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：對于古建筑墓碣的結(jié)構(gòu)性能的研究內(nèi)容，包括古建筑中梁柱節(jié)點的半剛性雀替、臺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。對于古建筑木結(jié)構(gòu)的發(fā)展背景和營造的特點，從結(jié)構(gòu)、臺基層、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，對古建筑木結(jié)構(gòu)進行保護提出相關(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)。甚至日本等國家的建筑都是從我國的古建筑木結(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值和科學(xué)價值的結(jié)晶。對這些古文化進行保護和研究，是當代建筑工作者義不容辭的責任。我國關(guān)于古建筑木結(jié)構(gòu)性能的研究室從上世紀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)的營造的特點和構(gòu)造技術(shù)等，進行了大量的定性研究和理論計算，并且對于古建筑的木結(jié)構(gòu)性能也加以深入的研究。

1古建筑木結(jié)構(gòu)的營造特點

古建筑木結(jié)構(gòu)的營造技術(shù)眾多，如高臺基、柱腳的平擺、梁柱以及節(jié)點的半剛性連接、側(cè)腳以及柱端、梁架的雀替，大屋蓋的鋪作層等。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，都具有非凡的建筑技術(shù)特點，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

對于古建筑的木材的特點的研究，從構(gòu)造、物理化學(xué)性質(zhì)上有了眾多研究成果。例如對于木材的構(gòu)造和材料性能的實驗，包括了木材的抗拉強度、抗壓強度、橫向彎曲、抗剪強度等的研究，對于木材的各向異性材料的特點，采用ＡＢＡＱＵＳ有限元軟件的分析，對于木材額各類抗壓和抗壓強度、抗剪性能，以及在受到壓力作用下進行塑性變形等木結(jié)構(gòu)模型的木材的功能發(fā)揮等進行了分析，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。對于新舊材料的物理性能進行了對比和實驗，將木材的力學(xué)指標以及材料的強度等數(shù)值加以對比，在可靠性理論和累計損傷理論的基礎(chǔ)上，研究了木材的持續(xù)何在效應(yīng)的影響成都，同時也研究了木材發(fā)生腐朽、蟲蛀的時變規(guī)律，突發(fā)事件對于古建筑木結(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，對古建筑木結(jié)構(gòu)的臺基層和鋪作層以及屋蓋層的力學(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)的臺基層，主要包含了磉墩、礎(chǔ)石以及人工夯土臺等。對于古建筑木結(jié)構(gòu)的臺基的基本特點以及發(fā)展概況等，針對柱腳和礎(chǔ)石之間的平擺浮擱等進行連接的方法，是古建筑木結(jié)構(gòu)中基礎(chǔ)部分具有的獨特的風格。為了保持殿堂式古建筑木結(jié)構(gòu)的外觀氣勢宏大，大多數(shù)建筑中多采用人工夯土臺基作為結(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，對高臺基的結(jié)構(gòu)進行了高階頻率的動力特性的分析，發(fā)現(xiàn)高臺基的上部結(jié)構(gòu)的位移和加速度再放大效應(yīng)上發(fā)生了動力特性的相應(yīng)。通過晝夜連續(xù)的監(jiān)測，木結(jié)構(gòu)在地面交通動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建筑實行保護。這種保護，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?shù)卣饋硪u，摩擦滑移，都減小了地震帶來的作用。這一現(xiàn)象通過對柱腳的摩擦滑移機理的體系模型的簡歷，得到了結(jié)論：地震的級別增大，摩擦滑移的幅度會加大，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)動力，同時，柱腳的滑移也加速了上部結(jié)構(gòu)的相對位移，對于地震的隔斷作用十分明顯。柱架層的部分，經(jīng)過對古建筑木結(jié)構(gòu)的研究，一般是采用不用你鐵釘?shù)姆椒ǎ瑢⒘褐墓?jié)點與柱架采用側(cè)腳進行生起，使用的技術(shù)包括雀替等特殊手法，這是我國的古建筑木結(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，各個構(gòu)件的受力和抗震性能都得到了提升，起到了對木結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進行提升的作用。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，增強梁端的抗彎和抗剪性能，使得節(jié)點的剛度和強度得到提高，減少及梁柱的計算跨度和應(yīng)力。鋪作層的梁架部分過渡到柱架層，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。具有對上不支撐、對構(gòu)造連接和過渡的作用，避免柱身遭到侵襲、，將荷載進行傳遞、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

對于古建筑木結(jié)構(gòu)的修繕和加固，應(yīng)對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行加固的實驗，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，提升了強度和剛度，減少了節(jié)點的損壞程度，具有較好的加固效果。但是需要注意的是，采用擬靜力試驗研究柱架抗震性能時，木材蠕變、強度退化、裂縫出現(xiàn)、材料腐朽以及節(jié)點的松動等殘損情況，會限制試驗過程中作動器臂長的施工，極大地影響了現(xiàn)存古建筑可靠性的鑒定和評估。需要對榫卯節(jié)點的半剛性所用的材料進行篩選，使得柱架發(fā)生很大水平位移后節(jié)點仍保持一定的剛度和強度，降低結(jié)構(gòu)發(fā)生真正的破壞的概率。

5結(jié)語：

對古建筑木結(jié)構(gòu)進行修繕和加固，要對自然環(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)進行多方面的考慮，在設(shè)計階段，舊要考慮對于加固技術(shù)進行優(yōu)化，采用加固建筑物耐久性的方法和計算設(shè)計理論，最好的是建立古建筑殘損量化標準，進行殘損指標計算模型的構(gòu)建后，在進行修繕和加固。

參考文獻

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薛建陽,吳占景,張風亮