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古建结构承传竖、风载的情况分析

来源:永乐古建 作者:佚名 更新于:2016-1-31 阅读:

  1.1 古建房屋的构成一般分三部段,即台基、屋身与屋顶。屋身皆为直立的木柱、屋顶为颇多杆件组成的木构架。今参照文献[1]图2-2所示常用的硬山木构架来看,望板承担屋面瓦、泥灰以及其上活载后,将其传给椽条(脑椽、花架椽、檐椽、飞椽),椽条又将荷载传给檩条(檐檩、下金檩、上金檩、脊檩),檩条接受荷载后,除檐檩、下金檩直接将其传给下面的柱顶外,而脊檩、上金檩则是将荷载通过瓜柱、三架梁传给举架底部的柁梁上,再由柁梁最终传柱。这样,从传递竖载来看,当建筑布四排柱时,其主要的结构构件,除柱之外将是柁梁、檐檩和下金檩,它们都是置于柱顶将屋顶全部竖重直接传柱。从受力角度来看,在竖载作用下屋顶构件的受力都是清晰的,椽、檩、柁梁的受力为静定的受弯构件。柱属于轴压或偏心受压构件。对它们进行杆件内力计算及截面应力及至确定截面都是方便的。

  1.2 作为地面以上的古建筑除了承担竖载之外,也必须考虑承受风载以及偶然出现的地震作用。风载是地面以上空气流动形成的风压,它来的方向可以是随意的四面八方,作用给墙面及屋顶坡面,几经传递最后作用给柱或墙,而后传给基础。当建筑平面中布置轴线正交,柱与墙规格匀称时,风力的传递不论风向如何皆可根据力学中力的分解原则,分解为相互正交并平行于建筑中墙面的力来分别传给双向的墙体来承担,此时柱对水平风力将承担很少甚至不承担,(对低层的砖结构建筑,由于墙量较多,抗风能力大有富裕,故常对风载略而不计)。这样看来对古建中无墙的亭、榭类建筑,以及房屋一侧全开门窗的建筑,其对柱的抗风能力就必须给予妥善解决。

  1.3 观测木柱的根部,其底端为一石制柱础(或称柱顶石),在柱础正中凿一卯孔(又称海眼)。加工柱时将其底做出一凸榫,安装时使凸榫插入卯孔。显然这种古代木结构的合理做法和当今现代结构的砼柱底甩筋锚入基础,或钢柱底周边外采用长地脚螺栓锚入砼基础的做法,从力学角度衡量二者差别是很大。若不考虑上部结构具有对柱约束其倾倒作用的存在,则对砼柱、钢柱顶端施加水平力是可以允许、理由是砼柱、钢柱为刚性嵌固于基础的悬臂状态。而木柱底部为铰接,凸榫虽可承受剪力,但不能承担出现于柱根的弯矩,一旦柱顶施加水平力,则木柱必然倾倒。

  1.4 观测木柱的顶端可看出,柱顶一般是存在双向多层水平杆件的相互交搭。今以四排柱布局的硬山明间的檐柱与金柱(参见文献[1]中图2-2、图2-3)来说:檐柱顶在纵横双向有檐檩、抱头梁与柱三向交搭(檐檩位在抱头梁之上);金柱顶在纵横双向有金檩,柁梁与柱三向交搓(檩在柁之上),此种交搭当相接面为平面时,按力学原理来看,该相接面之间仅可传递竖向重力,水平剪力可借助磨擦产生,而对弯矩则在柱顶不变弯情况下是无法出现。

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