明清木構樓閣構架演替中拼柱榫卯及受力機制研究

《明清木構樓閣構架演替中拼柱榫卯及受力機制研究》是依託南京林業大學，由樂志擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：明清木構樓閣構架演替中拼柱榫卯及受力機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：樂志
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

本課題為一項綜合建築學，結構分析和木材檢測多學科研究方法，針對明清樓閣構架演替中的榫卯和受力機制的基礎性研究。明清木構樓閣是傳統木構建築的重要組成部分。其構架演變中以通柱造代替層疊式的結構驅動機制至今不明。這與當前研究中缺少針對其核心技術拼柱榫卯的基礎研究和綜合建築歷史理論與結構分析的方法均有關。本研究即針對性的結合多學科研究方法，解析明清樓閣構架受力機制和節點構造的關係。第一、結合構架研究成果，梳理和拼柱密切相關的作法；第二、結合榫卯研究和多種測繪手段，包括無損檢測技術，綜合研究現存明清木構樓閣典型案例中，拼柱榫卯的構造和位置。並結合結構試驗方法解析其作用機理；第三，建立半剛性有限元節點框架模型，定量比較、分析明清木構樓閣演替過程的受力差異，重新梳理其演替規律。本課題的階段性成果不但是對明清樓閣構架演替的再認識，也可幫助充實完善建築歷史理論研究體系和針對古建遺產的結構研究與實踐。

結題摘要

本研究課題針對中國建築遺產中的一類，明清樓閣進行研究。主要對象為該類型樓閣的拼接柱節點。 主要研究內容包括如下三個方面： 第一， 節點形式的調研 第二， 節點的側向剛度，加固方式和破壞模式分析 第三， 基於拼柱節點的樓閣側向剛度研究 基於上述研究內容，共獲得如下個方面的成果： 第一， 樓閣發展歷史脈絡梳理和整理，歸類整理了傳統木構樓閣結構演化的基本脈絡，並指出了明清樓閣結構發展的必然性 第二， 明清樓閣調研，共調查研究了11處建築遺產，均為國家級文保單位，此外拍照記錄20餘處。明確了部分建築內拼柱節點的存在、位置和形式 第三， 拼柱榫卯節點的超音波無損檢測，通過對36個拼柱試件的超音波檢測，明確了一套切實可行的拼柱節點測量方法 第四， 拼柱節點的試驗分析，第一次針對6個杉木材試件，第二次針對96個松木材構件，進行了水平側推力下的單節點低周往複試驗，獲得了各類節點的側向剛度數據，大約在0.16-0.3kN/mm左右，極限承載力為10-20kN(200mm直徑)，明顯低於連續柱剛度。 第五， 完成了可適用於木材複雜應力下的Vumat分析材料模型，並套用於配套有限元中，與試驗數據一定程度上吻合，提供了試驗分析外的手段 第六， 通過實驗和有限元分析軟體，比對性分析和研究了拼柱節點的加固方法，指出傳統的包鑲柱鐵件作法約可提高節點極限承載力一倍，並明確，同樣直徑下，包鑲柱剛度大於非包鑲作法20%以上。 第七， 分析了基於拼柱節點的樓閣在側向力作用下的內力分布和變形，指出節點高於樓板1米的拼接位置使得該節點承擔荷載大大降低，是傳統明清樓閣建築中該節點普遍存在的內因。通過比較該節點和同尺度下樑柱節點剛度，指出其雖然明顯低於連續柱，但大於樑柱節點，加上其有利位置，在樓閣側向力計算中，和連續柱差別不大，因此沒有必要進一步使用高強材料如碳纖維包裹的加固方式。 上述結論，對於認知傳統木結構有重要的補充意義，同時對保護重要的文化遺產，提高修復時的工藝水平也有積極作用