我国古建筑木构造性能讨论-精品文档.docx

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1、我国古建筑木构造性能讨论摘要：研究了中国古建筑木构造的基本特点，认识到中国古代木构造的基本单元为矩形，构件之间的连接为榫卯连接利用简单的构造模型，对中国古代木构造的稳定性、在单个构件失效时的非敏感性以及良好的抗震性能做出初步论证关键词：中国古代木构造；构架；基本单元；连接；稳定性中国的木构造制作已有数千年历史，别具特色构造精妙、结实牢靠，是中国的国粹相邻的构件之间用榫卯连接，构造的基本的单元是矩形，这两点是中国古代木构造，十分是中国古建筑的木制框架构造见图和图的基本特点中国的木构造不仅在构件间的连接方式不同于源于西方的桁架构造，其构造的基本单元也不同于桁架构造我们知道，桁架构造的基本单元是三角

2、形，如图所示桁架构造的基本单元之所以是三角形，是根据古希腊人所认识到的一个几何学原理：三个边长分别是确定的三角形，其形状是确定的因而，以三角形为构造单元的桁架构造的每一杆件都位于确定位置，这就是讲以三角形为构造单元的桁架构造具有几何学的稳定性中国古代木构造保持构造稳定性的原理不同于西方的桁架构造，但是，中国古建筑不仅完全能够承受常规载荷根据使用需要确定的载荷，即便是在非常规载荷来自非使用需要本身的忽然作用的强载荷，例如地震作用下可以以保持构造的原有状态，实践表明，中国古代木构造从力学角度上讲具有稳定性中国古代木构造保持构造稳定性的原理以及中国古代木构造在构造稳定性方面所具有的特点是值得讨论的问

3、题1中国古建筑构架的形式及连接方式中国古建筑多为木制框架构造的建筑，其构造可分为抬梁式及穿斗式两种主要形式，如图和图所示抬梁式构造的建筑成熟于春秋时期，穿斗式构造的建筑成熟于汉代抬梁式构造是以柱上架梁，梁上安装短柱，短柱上再架短一些的梁的方式组成抬梁式构造的建筑，其室内少支柱或者无支柱，进而可使室内空间开阔，但是建造抬梁式构造的建筑需要用较大的木材、耗材量也较大.大型的和重要的中国古建筑宫殿、庙宇等几乎都采用抬梁式构造建造，抬梁式构造在北方比拟流行穿斗式构造的柱子比拟密，而柱径略小，不设承力的梁，来自屋顶的载荷，直接作用于柱上，整体框架用“穿贯于柱间构成穿斗式构造的建筑减小了大木材的耗用，但是

4、室内柱子密集，对房屋内格局的安排有一定阻碍穿斗式的构造多见图一种桁架构造于南方民宅抬梁式、穿斗式这种木构造均采用榫卯连接，如图所示木制构造中采用榫卯，在中国具有长远的历史，能够追溯到新石器时代，在距今约年的河姆渡文化遗址，人们发现了大量有榫卯构造的木制构件见图抬梁式、穿斗式这种中国传统建筑的主要构造体现了中国古代木构造的基本特点能够观察出，中国古代木构造的基本特点是：基本单元为矩形，主要的连接为榫卯2中国古代木构造保持形状稳定的力学原理图展示的是一个由若干互相平行的短杆与两个互相平行的长杆用直榫卯连接起来的基本单元为矩形的木制构造，该构造是最简单的以矩形为单元用榫卯连接的木制构造，该构造能够比

5、拟明显地体现以矩形为单元用榫卯连接的木制构造的力学特性在图所展示的构造中，假若任意一个矩形单元的形状由矩形改变为非矩形的平行四边形，根据平行四边形的对边必然互相平行的几何性质，各个矩形单元的形状都会发生变化，成为其它形状的平行四边形如图所示，而每一单元形状的变化必定会造成短杆两端连接部位的榫以及短杆的基体假若短杆较细发生弯曲变形由于各个短杆的基体及其上的榫都发生弯曲变形，于是会构成很大的使构造单元恢复为矩形的恢复力，所以对于以矩形为单元用榫卯连接的木制构造，其原有的各个基本单元为矩形的状态是一种稳定的平衡状态根据对图所示的力学模型的讨论，能够看出，中国古建构造其使构造保持固有位置的原理不是使构

6、造不动，在理论上，其整体上能够微动，但是整体的固有位置是稳定的平衡位置，所以，从力学原理讲中国古代木构造是一种形状稳定的构造这种稳定性决定了中国古代木构造对单个构件的失效具有非敏感性，并且具有良好的抗震性3中国古代木构造对单个构件失效的非敏感性对于图所示的力学模型，假若有一短杆因断裂而失去作用，仅仅是减少了构造的一个矩形，整个构造仍然是用榫卯连接的基本单元为矩形的构造，构造的外轮廓也仍然保持原有形状如图所示任意一个矩形单元的形状由矩形改变为其它形状的平行四边形，也会使各个矩形单元的形状都变为其它形状的平行四边形，各个短杆的基体及其上的榫也会发生变形，所以，仍然会构成很大的使构造单元恢复为矩形的

7、恢复力这一失效短杆所应承受的载荷被其余的保持效用的短杆平均承当这讲明，中国古代木构造对于除了基干部件例如大梁以外的单个构件的失效具有非敏感的特性这一特性使得很多中国传统建筑在很多构件脱落、断裂的情况下，仍然能够保持建筑的原有框架构造，并且具有足够程度的承载能力，对中国古建筑维修时，例如在对应县木塔以及北京故宫的多处殿宇进行维修时，人们都发现了这一点这一特性是当代的桁架构造所不能企及的，我们知道，桁架构造的力学模型是由铰链连接的直杆所构成的二力杆系统在经常的情况下桁架构造只要一杆失效，桁架构造就会由于失稳而迅速失效例如，对于图所示的这种被普遍采用的桁架构造，若其内部的一个腹杆失效，则所示的桁架构

8、造成为内部自由度为的四杆机构，若其中的一个弦杆失效，整个桁架构造就成为内部自由度为的二杆机构，这种内部自由度大于零的可动的构造对荷载没有抵抗能力，在荷载的作用下，构造内部发生互相运动，使得整个构造迅速失稳毁坏在西方建筑的工程史上，不乏由于一个构件的毁坏或者失稳而导致整个构造毁坏的例证.4中国古代木构造的抗震性地震波存在沿竖直方向传播振动的纵波以及沿水平方向传播振动的横波这两种独立的行波由于建筑物更容易在水平方向的振动下毁坏，所以相应所作的研究也比拟多我们也针对沿水平方向传播振动的横波，用简单模型见图讨论中国古代木构造的抗震性对于图所示的力学模型，存在水平地震波时，在上半周期见图，假设力学模型的

9、左侧下方点遭到地震水平波向右的作用，右侧上方点遭到由障碍物所产生的向左方的作用力，于是力学模型向左方倾斜，基本单元及整体都成为向左方倾斜的平行四边形；在下半周期见图，假设力学模型的右侧下方点遭到地震水平波向左的作用，左侧上方点遭到由障碍物所产生的向右方作用力，于是力学模型向右方倾斜，基本单元及整体都成为向右方倾斜的平行四边形当模型在伴随地震波作阻尼强迫振动时，阻尼的来源是榫与卯之间的摩擦，以及短杆的内摩擦这两种摩擦能够消耗传递给构造的能量，地震波所造成的构造的应变能相应减小，于是减小了构造毁坏的可能性对于一个实际的木构建筑，其框架构造有大量构件，并且各个构件之间都是用榫卯连接的，因而，通过榫与

10、卯之间的摩擦，以及短杆的内摩擦所耗散的能量是很大的，这会大量削减由地震所造成的在构造内所储藏的应变能，于是在相当大的程度上，减小了古建的框架构造在地震时毁坏的可能性，地震往往毁坏了古建的墙体，但是由于框架抗震性很强，仍然保持完好，所以对古建经常有“墙倒屋不塌之讲有关文献研究表明：古建筑木构造具有良好的抗震性能，同时，古建筑木构造良好的减震、隔震措施为现今解决构造隔震、控震问题提供了一条合理的途径.中国传统建筑的框架构造，由于其材质是木材，基本单元为矩形，连接为榫卯，这既使得构造的整体能够微动，又使得构造整体的固有位置是稳定平衡的，所以，中国古代木构造在力学上是一种稳定的系统，这种系统对单个构件的失效具有非敏感性以及良好的抗震性中国古建筑的框架构造具有独到的优异性能