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。

木材榫卯结构力学分析

木材是非均质的、各向异性的材料，树干包括许多同心圆的年轮层次，这赋予木材圆柱对称性。这种对称性体现在木材的许多物理性质上，例如弹性、强度、热传导性能等。早在1928年，普赖斯(Price)就把正交对称原理应用于木材，借以说明木材材性的各向异性。根据树干的解剖构造，它有圆柱对称性。在远离髓心的一定位置取一个小块矩形试件，要求其有一对材面切于年轮，于是这个试件就有三个对称轴:平行于纵向的L轴、平行径向的R轴和平行于弦向的T轴。这三个轴大致是相互垂直的。但这三个方向的弹性常数不同。虽然径向轴在木材中是发散的，而不是平行的，并且L--T面也不是完全的平面，而是略似圆柱面。但经常仍然可以把这三个轴当作相互垂直的弹性对称轴，这样就把正交对称原理引入到了木材上。 木材在物理力学性质方面都具有特别显著的各向异性。顺木纹受力强度高，横木纹低。斜木纹介于两者之间。木材的强度还与取材部位有关，例如树干的根部与梢部、心材与边材、向阳面与背阳面等都有显著差异。此外，无疵病的清材与有疵病(木栉、斜纹、裂缝等)的木材之间差异更大。本文仅讨论清材的力学性质。 木材受拉、受剪时，在极小的相对变形下突然发生破坏的性质称为具有脆性破坏性质;相反，木材受压、受弯破坏时，具有较大的不可恢复的塑性变形性质。木材顺纹受力时，受压强度比受拉强度低。