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古建筑知识

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木结构为什么稳固

作者: 更新时间:2021/1/29 20:37:22

木结构的稳固性,得益于木质结构几种独特的结构形式,大致可分为柱础浮搁、榫卯结构和大屋面结构,使得木质结构在摇摆时不仅减缓了地震的冲击,而且在升降后也无法恢复,过程呈现出“高不倒翁”的状态。

木结构

(1)柱础浮搁

在木结构发展的萌芽期,支撑立柱的基础埋在地下。由于土壤中的水分和腐蚀成分,柱子下部容易腐烂,对结构的安全极为不利。随着古代人对建筑结构认识的加深,千百年前埋柱基础逐渐转移到地面,不仅解决了基础的腐蚀问题,也为结构的隆起起到了基础的作用。作为承载结构主要质量的重要构件,柱将上部质量传递给其下方的基石,对木框架的整体稳定性起着关键作用。木柱由基石支撑,水平摩擦力用于抵抗重力和结构本身的外力。


地震作用下,柱基础与柱脚一侧边缘分离,柱的上部质量和自重集中在柱脚的另一侧边缘并传递到基石上,另一柱的受力情况相似;然后结构开始以同样的形式向对面移动,最终形成一个“摆动”的过程,结构地震作用小时,结构侧向变形,但柱脚不上升;当结构受到较大的水平作用时,柱脚的一侧将与基础分离,柱脚将被提升。


(2)榫卯结构

木结构是否安全可靠,不仅需要保证梁、柱等主要构件的质量,还需要构件之间的连接措施。在这方面,中国古代木结构有独特的技术手段,即榫卯结构,由桦木和榫卯组成。桦木位于组件的一端,形状为凸形,可以插入插座。插座位于另一个组件的末端,符合桦木的形状,是凹入部分。榫卯节点作为一种半刚性节点,具有一定的抗弯刚度,既能承受竖向荷载,又能承受弯矩,因此不需要埋柱来承受弯矩,可以浮在地面的基石上。地震作用下,榫卯节点可以转动和滑动,有助于提高结构的变形能力和提升立柱。

榫卯结构

(3)大屋顶结构

木结构古建筑的屋顶形式一般可分为五类:硬山、悬山、歇山、庆庙、攒尖。虽然外观不同,但都有一个共同的特点,那就是“大屋顶”的形式。屋面质量占整个结构体系质量的很大一部分,这也是中国古代建筑的特点之一,从结构上看,大屋面不仅对木结构的安全性没有不利影响,还表现在三个方面:古代木结构的高度低于现代建筑,可以保护结构。主震时的倾覆力矩可以被重屋盖产生的抗倾覆力矩抵消,使结构不会倾覆,结构的稳定性和整体性大大加强;根据以往振动台试验的结论,屋盖的动力放大系数应小于1,并随着输入地震烈度的增大而减小,有效降低了地震对结构的破坏;沉重的屋顶在升降过程中也起着重要的作用。当结构提升到临界状态时,屋面的质量使结构再次下落,回到提升前的位置。屋顶的质量保证了“摇摆”过程的稳定性,同时将结构的残余变形控制在较小的范围内。

大屋屋顶


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