木结构之直榫和燕尾榫的比较

在中国古代，木结构的构件主要采用榫卯连接。榫卯节点由榫头和榫眼组成，能够承受一定的弯矩，具有良好的弹性和抵抗水平推力，并允许一定的变形，表现出很强的半刚性特性，可以吸收一定的地震能量，降低结构的地震响应。通过模拟得出以下总结： (1)透榫和燕尾榫是典型的半刚性连接，介于铰链和刚性连接之间。它们的共同特点是能转动，能承受弯矩。榫卯摩擦滑移具有耗能减震功能，是古代木结构抗震性能良好的重要原因。 (2)两种榫卯节点由于结构不同，其力学性能也不同。从骨架曲线可以看出，榫的初始刚度较大，刚度衰减缓慢，没有明显的下降截面，强度高于燕尾榫。但燕尾榫的初始刚度较小，刚度衰减比榫快，出现下降段。 (3)两个榫卯节点的滞回曲线呈倒Z形。试验过程与理论分析一致，滞回区饱满，说明它们具有良好的耗能效果。拟合的弯矩-转角方程和恢复力模型反映了半刚性榫卯连接特性的刚度变化规律，适用于类似木结构的静力传递和结构动力分析计算。 (4)两个榫卯节点的刚度变化属于非线性变化，经历了结构连接阶段、滑动阶段、工作阶段和破坏阶段四个阶段。而且从工作阶段到失效阶段刚度大大降低。可见榫卯一旦被拔出或变形过大，就会失去继续承载的能力。这些基础理论可以为古建筑木结构的抗震性能研究和修复加固提供理论依据。

中国古建筑柱架结构

根据建筑空间使用的不同，中国古代木结构建筑柱网有不同的布置方式，如“身内单槽，周匝无副阶”、“副阶周匝身内单槽”、“身内双槽周匝副阶”、“副阶周匝身内金箱斗底槽”等。按分槽柱网，结构柱架层简支搁置在柱顶石上。柱头与上面的栌斗的连接方式有两种：一是水平搁置，二是柱头留有镘头榫，同时斗底留有海眼。与这两种方法相对应，柱底与柱顶石的连接也是水平搁置或留有馒头榫嵌入柱顶石的海眼中。中国木构古建的空间稳定是依靠各个基本间架维系的。各柱按分槽位置布置，由阑额、由额、内额、地栿相搭构成空间稳定的框架间架。基本的结构间架称“间”。梁思成先生从建筑的角度，提出“间”是中国古建的小单位。 无论建筑平面如何变化，柱额层必须是一个独立的稳定的空间体系。简单的结构间架是在形成一个间架的四个立柱端头横向施额枋，纵向施随梁枋，通过榫卯固定，形成空间门式简支框架。梁架层的屋盖，加强柱额层的空间稳定。因此柱架的稳定不依赖基础对柱子的嵌固，柱因下端自由简支，上端嵌固，它们的“跟”不在基础，而在上方的额枋和屋盖，因此柱架像八仙桌。正是由于“间”的套用和扩展才形成丰富多变的平面布局。 大屋顶屋架的主要结构形式 木结构古建筑常会采用大屋顶屋架，如楼、廊、亭、榭等等， 超大的结构会用为钢木屋架，对于每一榻屋架，其作为主要承载结构可以看做梁杆组合结构，根据整个大屋顶屋盖的不同位置，其结构形式也有差别，调查已有建筑物的钢木析架结构形式，不同形状和尺寸的屋架共有7种，其中不同形状的钢木精架有以下七种，如下图所示，分别编号为一号至七号形状屋架。