基于荷载修正的传统木构建筑构件重要性分析方法研究

传统木构建筑的构件重要性对于整体结构状态的评估具有重要意义,为弄清楚传统木构建筑的构件重要性,开发了一种基于荷载修正的传统木构建筑构件重要性评价程序,基于荷载工况修正与荷载重分布修正重构了荷载分布矩阵,基于荷载施加构件修正改进了构件重要性计算方法。以典型传统木构建筑——保国寺大殿为例进行了数值模拟分析,并基于广义刚度评价了构件重要性,分析了各项修正对构件重要性的影响情况以及最终修正对构件重要性的结果变化率。结果表明:柱类构件的修正变化为-0.526%~2.192%;梁栿类构件的修正变化为-2.638%~50.598%;铺作类构件的修正变化为-12.763%~9.989%;槫类构件的修正变化为-7.586%~6.918%。保国寺大殿构件重要性排序:柱类>槫类>梁栿类>铺作类;修正后柱类、梁栿类重要性提高,铺作类、槫类重要性降低。可为传统木构建筑的结构状态评估和预防性保护提供参考。     

南方地区古建筑木结构的整体性残损点指标研究

古建筑木结构的残损点指标是对古建筑木结构进行结构安全评估和加固修缮设计的重要指标,目前主要依据1992年制定的《古建筑木结构维护与加固技术规范》(GB 50165—92)中的规定,为了对该规范中的构架整体性残损点指标进行验证和补充,本研究通过对南方地区传统的穿斗木构体系和抬梁木构体系的典型榫卯节点和构架的试验研究,得出两种木构体系结构的整体性关键残损点指标,并与GB 50165—92规范进行比较分析。结果表明:规范规定的抬梁式木构架和穿斗式木构架的局部倾斜残损点比试验结果小,规范值偏于安全。规范中规定的抬梁式木构架梁柱榫卯连接残损点略小于试验结果,规范值偏于安全;而规范中规定的穿斗式木构架梁柱榫卯连接残损点对于燕尾榫穿斗木构而言是安全的,但对于透榫穿斗木构而言,则是不安全的。     

青海吾屯下寺民居木构件设计研究

中国传统的木构架建筑,将木材这一主要的结构材料充分运用并将其性能发挥的淋漓尽致,在许多方面可以与现代建筑中的钢筋混凝土材料相媲美。所谓＂木构架＂,就是建筑的结构与骨架,一般由柱、梁、檩、枋、椽以及斗拱等构件组成,这些构件按照一定的模数合理排列布置,构成所要营造的建筑的整体支撑框架,从而起到稳固建筑整体与承托屋顶等部分重量的作用。本文以青海省黄南藏族自治州同仁县吾屯下寺当地木构架民居构建过程中用到的木构件为例,与中国传统木构架中的木构件进行对比研究。     

试论古建筑木构架类型在历史演进中的关系

文章对现有的理论模式进行反思, 对中国古建筑木构架的几种类型的在历史演进中的关系提出了假说: 从干栏式到地面的穿斗式是木构架自然的发展序列, 具有普遍性。官式建筑的产生和秦汉以来高等级建筑采用井干式与多层木楼阁有关, 并受到穿斗式的影响。抬梁式是官式建筑发展的结果并反过来影响了南北方的民间建筑。     

从闵氏宗祠看豫南穿斗建筑特点

闵氏宗祠为豫南常见的清代穿斗式建筑,其结构、形式与江南、西南地区穿斗式建筑有相同和不同之处,同时又受北方抬梁式建筑影响,建筑有其鲜明的地方特征.     

江西教堂建筑群空间形态研究——以余江区锦江镇天主教堂建筑群为例

近代江西的教堂类建筑起初多以建筑群落的形式存在。经过多年的变迁后,目前保存完整的教堂建筑群已寥寥无几,大多仅保留经堂,附属建筑多被拆除。本文对江西余江区锦江镇天主教堂建筑群及江西现存主要天主教堂建筑群进行了调查研究。在建筑总平面布局方面,从锦江天主教堂建筑群入手,对江西各地的天主教堂建筑群的平面布局特点与建筑组合形式进行对比归纳。在建筑单体方面,着重选取了建筑群中具有代表性的建筑,围绕不同的建筑组构要素进行研究分析,总结建筑群中西结合特点。从建筑平面功能上来看,建筑群的单体建筑与中式传统建筑十分接近,都是将矩形平面与外廊结合。从建筑结构上来看,建筑群的大部分建筑多采用穿斗式、插梁式木构梁架,属于传统的中式大木作做法。建筑材料大量运用本地盛产的红色砂岩和青砖,显示了外来文化冲击下本土建筑自身的发展与变化。     

河南元代木构建筑的梁架特征

中国古代木构建筑的梁架与平面有着极其密切的联系,以柱网构成的平面在很大程度上决定了梁架的结构形式。一般说来,每一座建筑按照当时的风格、结构、布局建成之后,只要不是彻底毁掉进行重建,一般只进行局部的维修,更换其部分构件。既使是抽梁换柱,也至多会改变某个具体的构件式样或作法,     

武当山太和宫金殿——从建筑、像设、影响论其突出的价值

武当山太和宫金殿位于湖北省武当山天柱峰顶,是我国现存等级最高的铜建筑。它仿照传统木构建筑的结构形式,以铜合金分别铸造构件,再装配而成,并通体鎏金。本文对金殿建筑整体结构、关键构造以及殿内的神像设置作了介绍。以期在此基础上全面认识金殿的设计理念和象征意义,及其在历史上对其他铜殿、真武图像以及武当真武信仰传播的影响。     

强风作用下木拱廊桥的风振响应分析——以文兴桥为例

中国传统木拱廊桥采用较短的木材构件,形成了较大的桥梁跨度,其整体造型优美,结构巧妙,构造特殊,具有重要的历史价值、艺术价值和科学价值。我国现存的传统木拱廊桥仅有百余座,集中分布于我国浙南和闽北地区,大多建于明清至民国时期,是我国木构桥梁建造技术和古代人民智慧的体现,而近些年来由于台风洪水等自然灾害导致的传统木拱廊桥破坏甚至损毁的事件时有发生。现有的对于传统木拱廊桥的研究大多着眼于其历史艺术价值和建造技术工艺等方面,鲜有对于其结构性能的研究,尤其缺乏强风作用下木拱廊桥的风振响应性能的深入研究。本工作为研究中国传统木拱廊桥在强风作用下的风振响应性能,以典型传统木拱廊桥——浙江泰顺的文兴桥为例,基于几何尺寸的精确测绘,采用SAP2000建立有限元模型进行了木拱廊桥的动力特性分析。研究内容包括以下几方面:首先,采用线性滤波法,基于自回归(AR)法模拟风场,利用MATLAB软件编写脉动风速时程。此后,由于我国现行的规范没有给出适用于木拱廊桥这一结构类型的风压体型系数,本工作通过CFD软件FLUENT风洞数值模拟得到适用于文兴桥的风压体型系数。最后,将模拟编译得到的时程风压作用于文兴桥的有限元模型得到其风振响应。计算结果表明:结构主振型为第一阶横向水平振动;风荷载对三节苗和五节苗两边最外侧的斜苗影响较大,对五节苗平苗的影响较大;下部剪刀撑的最大拉、压应力超过抗拉、抗压强度;剪刀撑脱榫将使下部斜撑的轴压力突增从而导致整体结构抗侧能力大幅降低;强风作用下传统木拱廊桥的时程计算风振系数为1.43～1.75,由此可见木拱廊桥风动力效应不容忽视。本研究成果反映了我国传统木拱廊桥在风荷载作用下结构构件的受力规律和整体结构的动力特性,并为我国传统木拱廊桥的风振性能评估和抗风保护提供理论依据,更科学地保护这一宝贵的建筑遗产类型。     

中国早期木结构建筑的时代特征

中国的古代建筑,是以木结构建筑为主发展起来的。由于中国土地广阔,各地区的气候、物产、地理环境等条件不同,各地区木结构建筑发展的情况也不一致。大体情况是:在北方地区,主要指黄河中下游地区,地多黄土高原,气候寒冷,"掘地为穴"建筑居室的方法曾被广泛采用,建筑的发展是由天然岩洞到穴居、半穴居,上升为地面的、简单的原始木构建筑物,又逐渐发展为抬梁式又称梁柱式或叠梁式木构建筑。在南方,主要是指长江中下游地区,可能由于地下水位高,气候潮湿,建筑的发展是由"构木为巢"逐渐下降到地面。随着社会的前进、交通的发达、技术的交流与改进,逐步形成了丰富多采、独树一帜的中华民族的建筑形式与建筑风格。     

上下椽头尾搭接的木构古建筑受力性能的简化计算方法研究

古建筑木结构主要分为抬梁木构体系和穿斗木构体系,其结构布置与连接节点明显不同于现代木结构。为了进一步提高古建筑木结构的结构计算和结构安全评估的工程实用性,对常见木椽的受力性能简化算法、常见拼合檩条的受力性能简化算法、三架梁和五架梁受力性能的简化算法进行研究,并基于动力特性分析,初步提出古建筑木结构典型构架体系在进深方向和面阔方向结构基本自振周期的近似计算模型。研究成果可为古建筑木结构的结构性能计算、结构安全评估以及加固修缮设计提供依据和参考。     

The Influence of Dowel-Bearing Strength in Designing Timber Pegged Timber Joints

ABSTRACT

The employment of timber pegs in timber structure joints is a widespread technology in the field of timber frame building in the United States, where the Timber Frame Engineering Council has published a special Standard to supplement the National Design Specification for Wood Construction. The authors have been studying the possibility of supplementing the Eurocode 5 design formulas, thought for timber joints with metal connectors, with specifications needed for a reliable design when employing timber pegs. The field of application envisaged is that of restoring timber structures and results obtained until now are quite encouraging. In this step of the research, more attention has been paid to deformation process: fir and chestnut samples have been tested to determine their dowel-bearing behavior with steel and ash timber peg while double-shear plane joints made of the same wood species, and fastened with steel as well as timber pegs, have been analyzed.     

饱水古木材的结构和降解过程

饱水古术材横切片通常显示两个或更多的不同降解区域。光学显微镜、电子显微镜、配合组织的化学成分分析,证明了木材从内到外的非生命化学降解过程。随着水分的充满,欢生壁园糖类的水解开始松动。细胞壁失去荧光性和飒折射。最后残存的本质素结构崩塌,只剩粒状残片。第三层细胞壁,特别是薄片状胞间层,有抵抗力,只要一直充满永就会保持原始组织尺寸。     

宁波保国寺大殿风振性能研究

为了更科学地保护我国传统木构建筑,需要研究我国江南地区传统木构建筑的风振性能,为此,以江南地区最古老、保存最完整的佛教木构建筑——保国寺大殿的主殿为例进行风振性能研究。首先基于三维激光扫描获得的真实可靠的保国寺大殿的几何信息,采用SAP2000有限元软件建立主殿的有限元模型,并进行动力特性分析。再利用MATLAB软件编写脉动风速时程,并将风压作用于有限元模型上分析,得到主殿的风振响应。得到结构模态、位移时程曲线、位移谱曲线、加速度响应,并对时程位移风振系数和规范风振系数进行对比。结构的振动响应主要由前三阶振型控制,在强风荷载作用下,最容易出现的变形就是南北向振动、东西向振动和扭转振动;各个典型节点的最大位移均在侧向位移容许值内;迎风面阑额中心位移最大、屋面上半部次之、屋面下半部及檐柱柱头最小;主殿相连的两个部分的加速度相差较多,屋面和屋身的连接节点应成为日后保国寺大殿的保护重点;时程风振系数变化与规范风振系数的变化规律不同是因为结构横向刚度分布不均匀;时程风振系数是规范风振系数的1.2~1.4倍,这是由于按照规范计算风振系数的过程中只考虑了第一阶振型的影响而忽略其他所有振型的结果;规范风振系数的计算只适用于形状、质量沿高度不变的高耸结构,不适用于类似本研究中的低矮木构传统房屋结构。     

Reaction to Fire of Existing Timber Elements Protected With Fire Retardant Treatments: Experimental Assessment

Fire safety is an important issue of building safety, especially when the building’s fire load contents enhance the risks of fire deflagration. When existing timber structures are involved, the most usual way to improve its reaction to fire is to treat wood with fire retardants. This study focuses on the surface protection of existing timber roof structures against fire, through the use of fire retardant (FR) treatments applied on site. An experimental investigation was carried out to study the effect of FR treatments on timber reaction to fire, with a special emphasis on timber members with biological deterioration and previously treated with preservative products. The behaviour and effectiveness of intumescent and non-intumescent treatments was also investigated. The study showed that the application of FR treatments improved the reaction to fire of timber, even in the presence of previous preservative treatments. However, the choice of the specific FR treatment should take into account the substrate conditions. In addition, test results suggest that protection systems involving multi layers (intumescent and non-intumescent) with different functioning modes each are likely to have a good global performance on the protection of timber elements against fire.     

Flexural Behavior of Typical Chinese Traditional Timber Stitching Beams

In Chinese traditional timber buildings, stitching is very common. When the bearing capacity or the rigidity is inadequate, a timber beam is often strengthened with another beam using the stitching method. The timber stitching beams are mainly of two types—the small-top/big-bottom type and the big-top/small-bottom type. To study the bending behavior of these two types of timber stitching beams, including the failure mode, the flexural capacity, the strain distribution at mid-span section, and the maximum deflection, bending tests are carried out on 14 timber stitching beams with Chinese traditional conformation for seven pine beams and seven fir beams. The results show that the failure modes of the small-top/big-bottom type of stitching beams all show brittle fractures at the bottoms of the bottom beams. The failure modes of the big-top/small-bottom type of stitching beams all show brittle fractures at the bottoms of the top beams. The distribution of section strain along the height of each part of the beam basically obeys plane hypothesis. Based on the theoretical and experimental analysis, the calculation formulas of flexural capacity and maximum deflection of these two types of timber stitching beams made of pine and fir are presented.     

古建筑木结构的保护问题

我国古建筑以木结构体系为主,主要承重材料是木材。木材是生物体,由有机物组成,容易发生腐朽、虫蛀、火灾和力学性能衰减等劣化,其中腐朽和虫蛀等生物危害的发生最为普遍。本文重点介绍了古建筑修缮和保护中,木材的保存、干燥、木材防腐处理的通用药剂和使用方法,针对古建筑保护中存在的树种选择困难、木材防腐处理质量和木材含水率过高等问题,提出建议,为古建筑木结构的保护和维修提供最新的信息。