古建筑木結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能研究

古建筑木結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能研究

摘要：對(duì)于古建筑墓碣的結(jié)構(gòu)性能的研究?jī)?nèi)容，包括古建筑中梁柱節(jié)點(diǎn)的半剛性雀替、臺(tái)基的平擺以及柱腳的浮擱等，將古建筑的作層中大屋蓋的營(yíng)造技術(shù)加以研究，還有古建筑的自復(fù)位性能，抗地震的性能等，研究古建筑木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)歷經(jīng)千百年依然完好的奧妙。對(duì)于古建筑木結(jié)構(gòu)的發(fā)展背景和營(yíng)造的特點(diǎn)，從結(jié)構(gòu)、臺(tái)基層、柱架層的力學(xué)性能，到整體結(jié)構(gòu)修繕結(jié)構(gòu)等，進(jìn)行綜合的研究。提出古建筑木結(jié)構(gòu)中的性能結(jié)構(gòu)的相關(guān)問題，對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)提出相關(guān)意見。

關(guān)鍵詞：古建筑;木結(jié)構(gòu);技術(shù)研究

中國(guó)擁有著幾千年的燦爛的文化，孕育了魯班、梁思成等著名的建筑大師，留下了眾多的建筑中的璀璨古建筑作品，例如山西應(yīng)縣木塔、五臺(tái)山佛光寺大殿、南禪寺大殿等，眾多建筑群體均是典型的木結(jié)構(gòu)。甚至日本等國(guó)家的建筑都是從我國(guó)的古建筑木結(jié)構(gòu)中引申而來。人類的智慧通過物質(zhì)文明和精神文明的升華不斷得到了具有歷史價(jià)值和科學(xué)價(jià)值的結(jié)晶。對(duì)這些古文化進(jìn)行保護(hù)和研究，是當(dāng)代建筑工作者義不容辭的責(zé)任。我國(guó)關(guān)于古建筑木結(jié)構(gòu)性能的研究室從上世紀(jì)７０年代開始的，之后擁有了眾多的研究成果，例如，關(guān)于古建筑木結(jié)構(gòu)的營(yíng)造的特點(diǎn)和構(gòu)造技術(shù)等，進(jìn)行了大量的定性研究和理論計(jì)算，并且對(duì)于古建筑的木結(jié)構(gòu)性能也加以深入的研究。

1古建筑木結(jié)構(gòu)的營(yíng)造特點(diǎn)

古建筑木結(jié)構(gòu)的營(yíng)造技術(shù)眾多，如高臺(tái)基、柱腳的平擺、梁柱以及節(jié)點(diǎn)的半剛性連接、側(cè)腳以及柱端、梁架的雀替，大屋蓋的鋪?zhàn)鲗拥?。古建筑的木結(jié)構(gòu)中，沒有鋼筋混凝土以及砌體的結(jié)構(gòu)，也不具備現(xiàn)代建筑物的抗震性能，但是其屋面的舉折、屋檐、屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)，都具有非凡的建筑技術(shù)特點(diǎn)，使得沉重的木結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出難得的舒展和輕盈。

2古建筑木材性能研究

對(duì)于古建筑的木材的特點(diǎn)的研究，從構(gòu)造、物理化學(xué)性質(zhì)上有了眾多研究成果。例如對(duì)于木材的構(gòu)造和材料性能的實(shí)驗(yàn)，包括了木材的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、橫向彎曲、抗剪強(qiáng)度等的研究，對(duì)于木材的各向異性材料的特點(diǎn)，采用ＡＢＡＱＵＳ有限元軟件的分析，對(duì)于木材額各類抗壓和抗壓強(qiáng)度、抗剪性能，以及在受到壓力作用下進(jìn)行塑性變形等木結(jié)構(gòu)模型的木材的功能發(fā)揮等進(jìn)行了分析，得到了木制才來哦的失重率等參數(shù)和數(shù)據(jù)，構(gòu)建了木材的木構(gòu)模型。對(duì)于新舊材料的物理性能進(jìn)行了對(duì)比和實(shí)驗(yàn)，將木材的力學(xué)指標(biāo)以及材料的強(qiáng)度等數(shù)值加以對(duì)比，在可靠性理論和累計(jì)損傷理論的基礎(chǔ)上，研究了木材的持續(xù)何在效應(yīng)的影響成都，同時(shí)也研究了木材發(fā)生腐朽、蟲蛀的時(shí)變規(guī)律，突發(fā)事件對(duì)于古建筑木結(jié)構(gòu)的抗力衰減的影響程度。

3古建筑木結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能的研究

以殿堂式建筑木結(jié)構(gòu)分層為例，對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)的臺(tái)基層和鋪?zhàn)鲗右约拔萆w層的力學(xué)研究展開分析，包括古建筑木結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)、抗震性能等綜述。古建筑木結(jié)構(gòu)的臺(tái)基層，主要包含了磉墩、礎(chǔ)石以及人工夯土臺(tái)等。對(duì)于古建筑木結(jié)構(gòu)的臺(tái)基的基本特點(diǎn)以及發(fā)展概況等，針對(duì)柱腳和礎(chǔ)石之間的平擺浮擱等進(jìn)行連接的方法，是古建筑木結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)部分具有的獨(dú)特的風(fēng)格。為了保持殿堂式古建筑木結(jié)構(gòu)的外觀氣勢(shì)宏大，大多數(shù)建筑中多采用人工夯土臺(tái)基作為結(jié)構(gòu)的基座，起到很好的安全抗震的作用。例如西安的鼓樓和鐘樓，利用有限元數(shù)值模型的分析方法，對(duì)高臺(tái)基的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了高階頻率的動(dòng)力特性的分析，發(fā)現(xiàn)高臺(tái)基的上部結(jié)構(gòu)的位移和加速度再放大效應(yīng)上發(fā)生了動(dòng)力特性的相應(yīng)。通過晝夜連續(xù)的監(jiān)測(cè)，木結(jié)構(gòu)在地面交通動(dòng)力交通荷載的作用下，依然保持著頂層柱頂?shù)乃较鄳?yīng)速度，維持在規(guī)范容許之內(nèi)。從振源和隔振等方面對(duì)建筑實(shí)行保護(hù)。這種保護(hù)，在多數(shù)古建筑木結(jié)構(gòu)中都發(fā)揮著作用，利用柱腳礎(chǔ)石，采用平擺浮擱的連接方式，當(dāng)?shù)卣饋硪u，摩擦滑移，都減小了地震帶來的作用。這一現(xiàn)象通過對(duì)柱腳的摩擦滑移機(jī)理的體系模型的簡(jiǎn)歷，得到了結(jié)論：地震的級(jí)別增大，摩擦滑移的幅度會(huì)加大，耗散了摩擦帶來的一部分能量，使得結(jié)構(gòu)的自振頻率發(fā)生了變化，減少了地震作用下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力，同時(shí)，柱腳的滑移也加速了上部結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移，對(duì)于地震的隔斷作用十分明顯。柱架層的部分，經(jīng)過對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)的研究，一般是采用不用你鐵釘?shù)姆椒?，將梁柱的?jié)點(diǎn)與柱架采用側(cè)腳進(jìn)行生起，使用的技術(shù)包括雀替等特殊手法，這是我國(guó)的古建筑木結(jié)構(gòu)柱架中的特殊工藝。側(cè)腳生起的做法和發(fā)展，通過有限元分析模型的方法進(jìn)行了定量的分析后，不僅柱頭的加速度的峰值產(chǎn)生了相應(yīng)，而且檐柱的軸壓力的峰值的相應(yīng)也不同程度地減小，木結(jié)構(gòu)的傾覆彎矩在位移的狀態(tài)下，各個(gè)構(gòu)件的受力和抗震性能都得到了提升，起到了對(duì)木結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行提升的作用。以雀替為例，該技術(shù)類似于現(xiàn)代建筑的加腋梁的施工技術(shù)，能夠豐富里面的同時(shí)，增強(qiáng)梁端的抗彎和抗剪性能，使得節(jié)點(diǎn)的剛度和強(qiáng)度得到提高，減少及梁柱的計(jì)算跨度和應(yīng)力。鋪?zhàn)鲗拥牧杭懿糠诌^渡到柱架層，采用彈性的橫木交疊的方式，從上到下，層層拼裝，得到了倒三角的構(gòu)件，該構(gòu)件包含了四部分，由大屋頂、梁拱、挑檐、墊梁等。具有對(duì)上不支撐、對(duì)構(gòu)造連接和過渡的作用，避免柱身遭到侵襲、，將荷載進(jìn)行傳遞、減少地震帶來的危害，節(jié)省耗能。

4古建筑木結(jié)構(gòu)的修繕和加固

對(duì)于古建筑木結(jié)構(gòu)的修繕和加固，應(yīng)對(duì)古建筑在地震作用下的破壞程度加以分析，根據(jù)不同的破壞情況給出加固的方法，通過有限元模擬加以總結(jié)，得到不同的結(jié)構(gòu)受力性能以及加固后的提高結(jié)果。例如采用碳纖維布和鐵件加固技術(shù)的特帶你，對(duì)于加固效果的提升具有很好的作用。采用古建筑木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的梁和柱使用碳纖維布進(jìn)行加固的實(shí)驗(yàn)，得到了構(gòu)件的破壞性能以及剛度的極限荷載。經(jīng)過試驗(yàn)表明，使用碳纖維布加固梁和柱具有很好的抗震效果。使得柱架的耗能能力下降，提升了強(qiáng)度和剛度，減少了節(jié)點(diǎn)的損壞程度，具有較好的加固效果。但是需要注意的是，采用擬靜力試驗(yàn)研究柱架抗震性能時(shí)，木材蠕變、強(qiáng)度退化、裂縫出現(xiàn)、材料腐朽以及節(jié)點(diǎn)的松動(dòng)等殘損情況，會(huì)限制試驗(yàn)過程中作動(dòng)器臂長(zhǎng)的施工，極大地影響了現(xiàn)存古建筑可靠性的鑒定和評(píng)估。需要對(duì)榫卯節(jié)點(diǎn)的半剛性所用的材料進(jìn)行篩選，使得柱架發(fā)生很大水平位移后節(jié)點(diǎn)仍保持一定的剛度和強(qiáng)度，降低結(jié)構(gòu)發(fā)生真正的破壞的概率。

5結(jié)語：

對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行修繕和加固，要對(duì)自然環(huán)境下結(jié)構(gòu)的耐久性以及地震條件下結(jié)構(gòu)的加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方面的考慮，在設(shè)計(jì)階段，舊要考慮對(duì)于加固技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，采用加固建筑物耐久性的方法和計(jì)算設(shè)計(jì)理論，最好的是建立古建筑殘損量化標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行殘損指標(biāo)計(jì)算模型的構(gòu)建后，在進(jìn)行修繕和加固。

參考文獻(xiàn)

謝啟芳,杜彬,李雙等.殘損古建筑木結(jié)構(gòu)燕尾榫節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究.振動(dòng)與沖擊,20XX,:165-170,210

薛建陽,吳占景,張風(fēng)亮