古建筑木結構結構性能研究

古建筑木結構結構性能研究

摘要：對于古建筑墓碣的結構性能的研究內(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加以研究，還有古建筑的自復位性能，抗地震的性能等，研究古建筑木結構的結構歷經(jīng)千百年依然完好的奧妙。對于古建筑木結構的發(fā)展背景和營造的特點，從結構、臺基層、柱架層的力學性能，到整體結構修繕結構等，進行綜合的研究。提出古建筑木結構中的性能結構的相關問題，對古建筑木結構進行保護提出相關意見。

關鍵詞：古建筑;木結構;技術研究

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構。甚至日本等國家的建筑都是從我國的古建筑木結構中引申而來。人類的智慧通過物質文明和精神文明的升華不斷得到了具有歷史價值和科學價值的結晶。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。我國關于古建筑木結構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，關于古建筑木結構的營造的特點和構造技術等，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構性能也加以深入的研究。

1古建筑木結構的營造特點

古建筑木結構的營造技術眾多，如高臺基、柱腳的平擺、梁柱以及節(jié)點的半剛性連接、側腳以及柱端、梁架的雀替，大屋蓋的鋪作層等。古建筑的木結構中，沒有鋼筋混凝土以及砌體的結構，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計，都具有非凡的建筑技術特點，使得沉重的木結構展現(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，從構造、物理化學性質上有了眾多研究成果。例如對于木材的構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構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)，構建了木材的木構模型。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上，研究了木材的持續(xù)何在效應的影響成都，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構的抗力衰減的影響程度。

3古建筑木結構結構性能的研究

以殿堂式建筑木結構分層為例，對古建筑木結構的臺基層和鋪作層以及屋蓋層的力學研究展開分析，包括古建筑木結構的整體結構、抗震性能等綜述。古建筑木結構的臺基層，主要包含了磉墩、礎石以及人工夯土臺等。對于古建筑木結構的臺基的基本特點以及發(fā)展概況等，針對柱腳和礎石之間的平擺浮擱等進行連接的方法，是古建筑木結構中基礎部分具有的獨特的風格。為了保持殿堂式古建筑木結構的外觀氣勢宏大，大多數(shù)建筑中多采用人工夯土臺基作為結構的基座，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，對高臺基的結構進行了高階頻率的動力特性的分析，發(fā)現(xiàn)高臺基的上部結構的位移和加速度再放大效應上發(fā)生了動力特性的相應。通過晝夜連續(xù)的監(jiān)測，木結構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俣?，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)古建筑木結構中都發(fā)揮著作用，利用柱腳礎石，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，使得結構的自振頻率發(fā)生了變化，減少了地震作用下的結構動力，同時，柱腳的滑移也加速了上部結構的相對位移，對于地震的隔斷作用十分明顯。柱架層的部分，經(jīng)過對古建筑木結構的研究，一般是采用不用你鐵釘?shù)姆椒?，將梁柱的?jié)點與柱架采用側腳進行生起，使用的技術包括雀替等特殊手法，這是我國的古建筑木結構柱架中的特殊工藝。側腳生起的做法和發(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，而且檐柱的軸壓力的峰值的相應也不同程度地減小，木結構的傾覆彎矩在位移的狀態(tài)下，各個構件的受力和抗震性能都得到了提升，起到了對木結構的穩(wěn)定性進行提升的作用。以雀替為例，該技術類似于現(xiàn)代建筑的加腋梁的施工技術，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，得到了倒三角的構件，該構件包含了四部分，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古建筑木結構的修繕和加固

對于古建筑木結構的修繕和加固，應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，得到不同的結構受力性能以及加固后的提高結果。例如采用碳纖維布和鐵件加固技術的特帶你，對于加固效果的提升具有很好的作用。采用古建筑木結構構件的梁和柱使用碳纖維布進行加固的實驗，得到了構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，降低結構發(fā)生真正的破壞的概率。

5結語：

對古建筑木結構進行修繕和加固，要對自然環(huán)境下結構的耐久性以及地震條件下結構的加固結構進行多方面的考慮，在設計階段，舊要考慮對于加固技術進行優(yōu)化，采用加固建筑物耐久性的方法和計算設計理論，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建后，在進行修繕和加固。

參考文獻

謝啟芳,杜彬,李雙等.殘損古建筑木結構燕尾榫節(jié)點抗震性能試驗研究.振動與沖擊,20XX,:165-170,210

薛建陽,吳占景,張風亮