建筑工程jian zhu gong cheng
◎孙胜杰梦见开车撞人
摘要：中国木结构古建筑在历史的演变过程中，遭受地震等外部激励依然能屹立至今，说明其有良好的抗震能力。文章阐述了木结构古建筑的柱础、榫卯节点、斗拱、屋盖的耗能减震原理，说明了研究整体结构抗震性能的方法以及所面临的问题。
关键词：木结构；古建筑；抗震性能
20世纪以前，对木结构古建筑的研究的重心主要集中在古建筑艺术性及历史性方面。而随着古建筑面临的材料老化、虫害、自然灾害及人为损坏等现象越来越严重，其安全、健康状况不容乐观。由于结构构件之间采用了不同的连接方式及构造方法，现代木结构建筑也与古代木结构建筑的结构特性相差甚远。这些差异都是由木构古建筑本身的结构特征造成的。目前对单个构件的抗震性能研究较为成熟，对整体结构抗震性能的研究还不够深入，而我国古建筑形态各异，整体结构的研究成为亟待解决的问题。本文从单个构件减震耗能的原理、整体结构抗震的研究方法角度阐述木结构古建筑的抗震性能。
一、单个构件的耗能减震的研究
（一）柱与础石连接滑移隔震
木结构古建筑中柱与础石之间一般为平置浮搁式连接，即柱之间安置与础石的上方。风荷载作用下，柱与础石之间的静摩擦力可以提供足够的抗力以抵抗水平风载，使结构保持整体性和稳定性。水平地震作用下，当输入地震加速度超过一定值时，柱与柱础便会产生相对滑动，犹如一个滑移隔震装置，与现代结构中基础滑移隔震不同的是，古代木结构建筑底部没有限位复位机构，仅由摩擦力提供抗力。不论地震输入加速度有多大，结构基底剪力总小于柱与础石间的最大静摩擦力，阻隔了更大的地震力向上部结构的传播。
（二）柱架中半刚性榫卯节点的耗能减震
榫卯连接介于刚接与铰接之间的半刚性特征已逐渐被广大学者认同并做了诸多相关研究，正是由于其半刚性特性，榫卯节点既能抵抗一定的弯矩，同时又能产生较大的转动变形，从而使得整体结构既能承受一定的水平作用，又能产生较大的水平位移。由于其特殊的构造方式，结构在水平荷载作用下榫卯节点处会同时受到弯矩、剪力及轴力的复合作用，榫头上下表面及侧面会产生局部压应力，榫头侧面由于与卯口的挤压作用会产生与转动方向相反的摩擦力。通过榫头与卯口间的摩擦(库伦或干摩擦阻尼)及榫头的塑性变形(材料阻尼或滞回阻尼)，榫卯节点具有了耗能减震的能力。
（三）斗拱层的隔震
层层相叠的斗拱除了起到装饰作用以外，还具有减小梁袱跨度、承托出檐、传递屋盖荷载等结构作用。斗拱层特殊的构造还使其具有隔震的作用，下面就斗拱在竖向及水平方向的隔震性能进行分析。减少补间铺作朵数的做法有效地减小了斗拱层的竖向及水平刚度，使斗拱层起到了隔震的作用。斗拱层犹如一个置于屋架及柱架中间的振动缓冲层，有效地减小了水平及竖向地震作用下上部屋盖结构的地震反应，通过殿堂木结构的振动台试验[2]发现，斗拱层的耗能减震能力是结构各个层次中最强的，通过柱架后结构的地震响应随着地震动的增大反而衰减越多，证明了其耗能减震能力。
（四）屋架中半刚性榫卯节点的耗能减震
同柱架一样，屋架中的各个结构构件也是采用榫卯连接的。由于榫卯节点的半刚性特性，整个屋盖体系在水平地震作用下，也表现出与柱架相同的受力状态，即由于榫头与卯口的摩擦(库伦阻尼)及挤压变形(材料阻尼)，能够耗散一定数量的地震能量。通过有限元方法对水平地震作用下宋代木构中的屋盖梁架体系的结构性能进行了研究[3]，验证了其耗能减震性能，发现随着地震输入加速度的增加，各层梁架的加速度放大系数逐渐减小，并小于1，表明屋盖梁架中的半刚性榫卯节点的耗能能力增强，一定程度上降低了地震作用对屋盖的影响，起到了减震的作用。
综上所述，木结构古建筑中的各个结构分层共同构成了一个集滑移隔震、耗能减震为一体的多重隔震减震系统，大大提高了其抗震性能。此外，由于滑移的存在及榫卯半刚性的特点，使得整个结构的自振周期高于一般建筑。总之，整个结构体系的选择体现了优良的概念设计思想。
二、整体结构抗震性能研究
（一）现场动力测试
刘亦菲陪干爹k歌结构现场动力测试是测试结构动力性能较为安全地一种方法，可以不需要激振设备，对建筑物没有任何损伤，不影响建筑物的正常使用，在自然环境激励下，即可测得结构的响应，经过数据分析可得到结构的动力特性。但现场检测中受外界干扰因素影响较大，采集的振动信号中容易被噪声干扰，导致振动信号畸形，需要对振动信号进行精细化处理。
（二）足尺或缩尺振动台试验
快男李炜按照宋代《营造法式》中对结构构件的尺寸要求，设计缩尺模型进行模拟地震振动台试验。获得可靠的实验数据，能够客观真实地描述古代木结构的地震反应情况。可以得到不同地震激励作用下台面、柱脚、柱架顶部、顶层木梁的位移、速度和加速度响应。可以对模型的破坏形态、自振周期、阻尼比、动力响应、动力刚度及能量耗散状况进行分析来进行结构整体抗震性能综合评价。
（三）有限元数值分析
在建立木结构有限元模型过程中，关键节点的处理是最重要的部分，对于柱脚与础石的平摆浮搁，可以采用耦合自由度的方式进行铰接处理，也可以采用弹簧单元来模拟结构在地震作用下柱脚滑移的特
性；榫卯节点的共识为节点呈半刚性连接，可以根据现场实测动力特性，采用反演法确定榫卯节点的连接刚度，将刚度值赋予弹簧单元中来模拟，也可以根据拟静力试验节点刚度退化曲线中数据，将相关数据赋值到非线性弹簧单元中模拟节点刚度变化的特性；屋盖的处理大多简化为集中质量，也可用板单元来模拟。本文在前人研究的基础上，选取相应的建模处理方法来建立光岳楼木结构有限元模型。
三、结论
（1）木结构古建筑良好的抗震性能与柱与础石连接滑移隔震、柱架中半刚性榫卯节点的耗能减震、斗拱层的隔震、屋架中半刚性榫卯节点的耗能减震密切相关。
（2）对于木结构古建筑整体性能的研究，有现场动力测试、振动台试验研究、数值分析三种研究方法。三种方法各有利弊，要想深入研究整体抗震性能以及地震作用下的破坏机理，振动台试验是最可靠的方法。
（3）在对整体结构数值模拟时，关键节点的边界条件的处理是尤为重要的，合理的有限元模型是地震反应分析的基础。
（作者单位：聊城大学）作者简介：孙胜杰（1997-），女，在读硕士研究生，研究方向为结构工程。gd
参考文献
[1]张锡成.地震作用下木结构古建筑的动力分析[D].西安建筑科技大学,2013.
[2]张鹏程，赵鸿铁，薛建阳，高大峰.中国古代大木作结构振动台试验研究[J].世界地震工程,2002(04):35-41.
中国古建筑[3]张风亮.中国木结构古建筑屋盖梁架体系力学性能研究[D].西安：西安建筑科技大学,2011.邓伦家房子塌了
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