应县木塔修缮方案研究

第1章应县木塔的结构特征与损伤状况 1.1应县木塔的结构特征 1.1.1木塔建筑概况 山西应县佛宫寺释迦塔，俗称应县木塔，始建于辽代清宁二年（1056年)，总高度66.67m，底层总面阔30.27m，是世界现存年代*悠久、体型*高大、构造*精致的木结构楼阁式宝塔。应县木塔于1961年被列为首批全国重点文物保护单位，2013年被列入联合国教科文组织《中国世界文化遗产预备名单》。 应县木塔建造在砖石台基上，平面呈八角形，塔的底层为重檐并有回廊，底层以上四层均为单檐，外观为五层六檐（图1.1(a))；因五个楼层（明层）之间设有平坐（暗层)，实际结构为九层（图1.1(b))。 木塔各层均用内、外两圈木柱支承，每层外圈有24根柱子，内圈有8根柱子，木柱之间使用普拍枋、阑额、地袱连接，在平坐中还设置了斜撑，形成一个牢固的八边形套筒式中空结构。整个木塔的木构件体积约3100m3，重约1800t。 应县木塔底层南北方向各开一门，二至五层每层有四门，二层以上设平坐栏杆；塔内每层装有木楼梯，游人逐级攀登可达顶端。塔内各层中部均安置佛像，底层为释迦牟尼像，高约11m。木塔的顶部设塔刹，砖砌刹座高1.86m，金属塔刹高9.91m；铁质刹杆下端伸入屋顶平梁，用方木固定，上部用八条铁链系于各屋角垂脊末端上。 議应县木塔修缮方案研究 (a)木塔外观 (b)木塔分层构造 图1.1应县木塔 应县木塔的整体设计采用了富有华夏特色的重楼殿堂形式，将五个楼层和四个平坐层交替叠放，构成稳定的九层楼阁。木塔的构造设计独*精巧，每层之间都设置了具有悬挑、拉结、隔振作用的斗拱层，全塔采用斗拱五十四种，共四百一十六朵，与梁、枋、柱结合，形成了稳固的整体木构架。 1.1.2木塔结构特征 1.地基 应县木塔的地基范围包括中心受力区和周边保护区两部分。 在以八角形塔基为界的中心受力区，地基持力层为人工夯实的粉土，厚约5m，土质均匀，夯实质量良好，低压缩性，其承载力标准值约为420kPa。 在八角形塔基至四方形台基边界的周边保护区，地基为夯实性略差的粉土，厚约4.65m，含有砖块和瓦片，中低压缩性。 木塔地基下卧层为天然沉积粉土，土质较为均匀，中等压缩性。 按照地震部门评定，木塔所在的塔院区场地为中硬场地土，场地类别为II类，为建筑抗震有利地段，可不考虑场地的震陷问题；地下水埋深在地面下1.8～2.0m，应县木塔的结构特征与损伤状况 场地内天然地基为不液化土，地震烈度7度时，场地为不液化场地。 木塔地基经承载力和沉降分析，均能满足木塔的安全性要求，这是保证木塔近千年整体稳定的必要条件。 2.台基 木塔的台基由上、下两层构成（图1.2)，总高度3.76m；台基周边用条石、城砖平砌，地面用块石、城砖和小砖拼凑铺砌。 台基下层是不规则的方形，各面宽度约40m，高1.66m。台基上层为八角形，直径35.47m，高2.10m，自塔体墙外皮至阶沿宽4.77m，台阶高宽比为1:2.27，具有较好的稳定性。 木塔宽大牢固的台基，对塔体和基础都有较好的保护作用；建造在高大台基上的木塔，底部远离地下水气，可使木材长期处于干燥环境中，不易糟朽，这也是保证木塔整体稳定的又一有利条件。 图1.2应县木塔台基外景 3.木塔平面布置 木塔的底层设柱三圈（图1.3)；*外一圈为回廊柱，每面分为三间；第二圈为檐柱，每面也分为三间；第三圈为内槽柱，每面一间。内槽南北二面装门，其他六面筑墙，墙厚2.86m；内槽净空直径10.25m，中间放置一尊释迦牟尼塑像，像下八角形莲座底径5.80m，周边留有2.20m宽的空间。外槽北面装门，南面设门洞，其他六面筑墙，墙厚2.60m；内外墙间走道净宽2.38m，在西南面架设通往上层的楼梯。 木塔的第二层至第五层楼层，每层设内、外柱两圈，楼面铺木地板，除了楼梯方位不同，结构布局基本相同。图1.4为第二层楼层平面图，外槽柱圈每面分为三间，每间设格子门；内槽柱圈每面也分为三间，每间设半高栅栏；内槽当中设坛座，放置佛像；塔身外在平坐之上铺木地板，外缘立栏杆扶手。 各层平坐的结构布局也基本相同，每层设内、外柱两圈；外圈每面三间，内圈每面一间；平坐之内只在上下两楼梯之间铺木地板，并于两侧装板壁。图1.5为第三层平坐平面图。 木塔在平面上总体为对称结构，但因楼梯绕塔身顺时针旋转而上，在各层平面呈不对称布置，致使各层的几何中心不在同一中心轴上。 4.木塔竖向布置 木塔的塔身总高51.14m，全部采用木构件制作和榫卯连接，其结构为五层楼层（明层）、四层平坐（暗层）和一层塔顶重叠而成。各层高度见图1.6。 木塔在竖向布置上采取了逐层内收和设置侧脚的方式，使得塔身外形美观、构架内拢稳定。各层内、外槽柱都设有侧脚，侧脚约为柱高的1.7%；外檐柱内移约1/4柱径，侧脚叉立在平坐的斗拱层上；各层平坐的柱子也向内收缩，柱脚叉立于草乳袱上。 木塔的五层楼层和四层平坐，基本上采用了同一种结构方式（图1.7)，即用普拍枋、阑额、地袱，将外槽柱、内槽柱结合成两个大小相套的八角形柱圈；在平坐中，又在内、外槽柱间设置了斜撑，进一步增强了柱圈的整体性。在柱圈的上、下部，铺放了结成整体的八角形斗拱层，既增加了楼层的高度，又将柱圈牢牢地箍住。 这种结构的特点是：在水平方向层次分明，每一层是一个整体构造，且有相互制约的关系；塔身为各层整体结构的重叠，不需要用通连的长柱也十分稳定。这种结构，可根据建筑空间需要进行尺寸调整，特别适用于大面积或高层建筑物，是中国古代木结构建筑*突出的创造。 木塔的楼层与平坐具有不同的使用功能，两者在构造上也有明显的差异。各楼层因通行和观瞻佛像的需要，仅设有竖向柱圈（图1.8），且层高较大，其抗侧移刚度较小。平坐主要用于架设楼层的地板和楼梯的布置，可在其柱圈内布置环向和径向的支撑（图1.9），且层高较小，其抗侧移刚度较大。木塔各相邻层的刚度比差别较大，在交界处的刚度突变会引起结构的应力集中和变形集中。