苏州地区歇山厅堂大木构架演变刍议

歇山建筑之研究是建筑史领域的重要内容。江南尤其是苏州地区宋元时期歇山厅堂具有鲜明的地域特征,是我国歇山建筑体系中的重要支系。探究苏州不同时期歇山厅堂构架之构成及发展特征是充分认知这一建筑谱系的必要环节。本文基于前辈学者之研究成果,梳理宋元以来苏州地区歇山厅堂实例,认为厅堂井字型构架与歇山厦两头屋架之一体性配适是其延续千载的基本构架传统,但随着山面梁架省、置不一,导致其分化为繁复的“设山面梁架的、相对均质的厦一架歇山厅堂”和简约的“无山面梁架的、完全均质的厦一间歇山厅堂”构架。整体构架之视角下,山面梁架作为主要线索,体现出在不同时期的不同作用,影响了苏州地区歇山厅堂构架的发展。

单檐歇山式古建模型动力特性与多遇地震响应

为了更好保护古建筑,以某单檐歇山古建筑模型为对象,应用已有的试验成果,采用有限元分析方法,研究其动力特性及8度多遇地震响应。采用弹簧单元模拟榫卯节点及斗拱构造,并考虑柱础为平摆浮搁,建立古建筑模型的有限元模型。通过模态分析,获得了模型的基频及主振型;通过对模型输入PGA=0.1g(x向)的水平双向地震波(x∶y=0.85∶1),获得了典型节点的位移、加速度响应曲线、典型单元的内力响应曲线,并对模型的抗震性能进行评价。结果表明:模型基频为1.34Hz,主振型以平动为主;8度多遇地震作用下,模型能保持稳定振动状态,结构的内力和变形均在容许范围内。有限元分析结果与振动台试验结果一致。本研究结果可为单檐歇山顶式古建筑在多遇地震作用下的性能评估及文物保护提供理论依据,为古建文物管理提供参考。

“假歇山”概念溯源及其类型浅析

作为官式做法的简化与背反,“假歇山”可被视作歇山缘起与发展的一面镜鉴,对其内涵的勾勒仰仗于对构造、空间与形象三方面的综合考察。文章以歇山“两厦”空间的成因差异为经,以结角与出际构件的组合模式为纬,尝试细分“假歇山”的类型并爬梳这一概念的缘起。通过比对“假歇山”与官式做法的设计逻辑与空间组织,探析“假作”的原因及其发展脉络,提出“假作”的目的是提升规格、简化构造和取整空间,实现途径分为增出披檐、附加围廊、梁檩倒置、假作戗角等几种。不同的“假作”方式也指向“假歇山”的多元源头,借此又可以审视宋、清不同技术体系下生成山花、翼角的设计思维差异,深化对传统营造中“结构-空间单元”互动关系的认识。

玄妙观雷尊殿大木构架探析——兼论明清苏州地区方三间厅堂井字型构架的演化特征

解析清初典型方三间遗构玄妙观雷尊殿的大木结构,认为其继承了宋元以来江南“厅堂井字型构架”的基本特征,并通过施用大抹角梁和减柱、简化铺作、加固厦两头屋架做法等措施予以改进,实现了室内空间的进一步扩展与畅通,精简并加固了结构。基于此,通过对比宋元以来同类遗构,进一步探讨明清苏州方三间厅堂演进特征,认为其具有平面尺度呈阶段性变化、殿身构架整合副阶构架及厦两头出际做法进一步发展等特点,并分别阐述其中动因。

“厦两头”与“厦周匝”——从早期歇山建筑形象看歇山顶的起源与演化

在歇山顶的众多祖型中,“悬山加披”的组合更为学界所公认,也更易于现有实物资料中得到证实。而悬山顶向歇山顶的演化,又存在“悬山两际加披厦”与“悬山四周加披厦”两种形式。现存早期歇山建筑形象中,可见两种与后世不同的歇山屋顶类型,很有可能分别对应了“厦两头”和“厦周匝”两种歇山顶生成逻辑。文章尝试通过对东汉至宋辽时期歇山建筑形象及建筑实例的分析,辨析早期歇山顶的起源、传播与演化过程。

龙卷风作用下不同位置四坡屋面风荷载探究

为了探究龙卷风作用下四坡屋面风压分布规律,本文基于Ward型龙卷风发生装置,运用Realizable k-ε湍流模型对龙卷风作用下的四坡屋面风荷载特性进行探究。针对不同涡流比和风场不同位置,分析四坡屋面风压系数、周围迹线和涡量发展情况。研究结果表明:1)在四坡屋面背风面的屋脊处出现流动分离,形成逆压梯度;2)随着涡流比增大,龙卷风风场涡核半径增大,四坡屋面最大风压系数先增大后减小;3)在核心半径处的四坡屋面受到的风压最大,最容易受到破坏;4)由于迎风面对风荷载的阻挡,气流出现流动分离,在四坡屋面的侧面和背风面形成大量漩涡;5)当屋面位于两倍核心半径位置时,四坡屋面背后生成支涡与主涡相连,盘旋向上延伸,在屋面和背立面产生大量的涡量,随着屋面远离风场核心,在屋面背风面形成的支涡延伸得越长。本文研究成果可为四坡屋面结构抗风研究提供借鉴。

低层四坡屋面房屋风荷载的风洞试验与数值模拟

对低层四坡屋面房屋模型进行了风洞试验,给出了屋面平均和脉动风压系数等值线和各面体型系数的变化规律。采用计算流体力学软件FLUENT,对大气边界层中的试验模型进行了三维定常风场的数值模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行了比较分析,变化规律吻合较好。在此基础上,深入研究了不同风向角下房屋屋面坡度、挑檐长度、檐口高度和长宽比对低层四坡屋面平均风压系数及各面体型系数的影响,并提出了各面体型系数的建议取值。研究结果表明:数值风洞能够较好地反映低层四坡屋面房屋的风荷载特性;各参数对屋面风压系数的影响程度各异,与风向角密切相关;屋面坡度对屋面风压分布和大小有明显的影响;四坡屋面屋脊背后容易形成较高的局部负压区域;当屋面坡度小于35°时,四坡屋面房屋迎风屋面的体型系数绝对值大于相应双坡屋面房屋。该结论和提出的体型系数建议取值为低层四坡屋面房屋的工程抗风设计提供了可靠依据。

低层四坡屋面房屋表面风压的数值模拟

结合风洞模型试验对4种坡角的低层四坡屋面房屋在不同风向来流风作用下的屋面风压进行了数值模拟和分析.数值模拟基于Reynolds时均方程和标准k-ε湍流模型,采用具有良好适应性的四面体网格,利用Fluent软件实现了流场的数值求解.通过分析比较数值模拟结果和风洞试验结果发现,屋面坡角和风向角对四坡屋面房屋的屋面风压具有显著影响,在不同风向角下的峰值压力一般都出现在屋脊或迎风屋檐附近;屋脊处的峰值吸力绝对值随着坡角增加而增大,迎风屋檐处的峰值吸力随着坡角增加而减小.在对压力分布进行分析的基础上,还给出了屋面各分区风载体型系数的变化曲线及这些系数的简化计算方法.

单檐歇山式木构古建抵抗极端烈度地震试验调查研究

为更好地保护我国古建筑,基于《单檐歇山式古建筑抗震性能振动台试验》的相关成果,研究了强震作用下我国明清官式木构古建的抗震性能,制作了与该论文相同的试验模型,进行了振动台试验。通过对模型输入烈度逐渐增强的1940年El-centro波,并考虑地震波为水平双向作用,分析了强震作用下不同构造的试验现象,开展了详细的震后调查,获得了不同构造在强震作用下的抗震性能和震害机制。结果表明:强震作用下,我国明清官式木构古建的振动形式表现为柱架、斗拱、梁架及屋顶的近似同步往复摇摆;主要震害包括柱底偏移、榫卯节点开裂、拔榫、斗拱偏移及错位、额枋-垫板分离、墙体倒塌等,但承重木构架受损不严重,结构未产生倒塌。其良好抗震性能的原因与古建筑的构造特征密切相关。

龙卷风作用下四坡屋面建筑风荷载特性数值模拟研究

文章基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟,采用剪切应力传输(shear stress transport,SST)k-ω湍流模型对龙卷风作用下的四坡屋面低矮建筑风荷载进行模拟研究,针对多个龙卷风方位角,分析获取不同坡角和有、无挑檐时建筑表面风压分布规律以及分区风载体型系数。结果表明:建筑背风屋面始终承受风吸力作用,并随着屋面坡角增加,风吸力不断增大;随着坡角增加,迎风屋面受荷形式由受风吸力为主转变为受风压力为主;整体来看,挑檐的存在有利于减小四坡建筑屋面的龙卷风荷载作用。

单檐庑殿古建筑模拟地震振动台试验研究

庑殿建筑作为最高等级的古建筑形式,多用于宫殿、坛庙、重要门楼等,为研究该类建筑的抗震性能,进行了1个1/2缩尺单檐庑殿顶古建筑模型模拟地震振动台试验,获得了不同输入地震动不同水准下单檐庑殿建筑的动力响应和破坏现象,总结了柱顶石、围护墙与木构架间的相互作用、榫卯结构的变形规律等。研究表明:柱底与柱顶石间相对滑移削弱了上部结构的地震响应,减震效果良好;输入地震动强度较大时,小额枋、额枋垫板榫头轻微拔出,大额枋榫头连接牢固,木构架的整体性良好;庑殿顶与木构架间通过斗拱连接,有一定的变形能力,在保证结构整体稳定性的同时,增强了结构的耗能能力,提高了该类建筑的整体抗震性能。

相邻低层四坡屋面房屋在风荷载下的相互干扰作用

采用数值模拟方法,结合风洞模型试验对两栋低层四坡屋面房屋周围的风场及表面风压进行了计算和分析,数值模拟基于Reynolds时均方程和可实现k-ε湍流模型,采用了具有良好拓扑性能的非结构四面体网格,FLUENT软件实现了流场的数值求解。在单体计算结果和风洞试验结果有较好吻合的前提下,获得了有相邻建筑干扰的情况下,低层四坡屋面房屋的表面风压的变化规律,结论可直接供工程设计参考。

檐口构造对四坡低矮房屋屋面风压分布影响规律的数值模拟研究

基于日本东京工艺大学风洞试验数据,针对低矮四坡房屋展开研究,验证了RNG模型对四坡低矮建筑表面风压研究的可靠性.利用此模型深度研究檐口外伸长度与出挑高度对四坡低矮屋面表面风压的影响规律.结果表明:檐口的长度及出挑高度对屋面风压影响明显,当檐口外伸长度不变,随檐口竖向高度增加,迎风面风吸力随之增大,当檐口竖向高度不变,高度为0.5m、1.0m时,随着檐口外伸长度的增加,迎风面负风压减小,檐口外伸长度为1.5m,竖向高度为1.0m为最有利于房屋表面抗风设计,结论可为台风多发地区低矮民居设计提供建议.

生物臼盖的研制与临床应用

目的研制生物臼盖并将其用于治疗发育性髋关节发育不良患儿。方法采用异种皮质骨加工制成生物臼盖主体及生物螺钉,并将其应用于2～10岁发育性髋关节发育不良儿童13例(16髋)。术后定期复查,随访终末时,采用Mckay临床疗效评定标准和SeverinX线影像学评定标准评价复位后髋关节的功能及发育情况。结果所有病例均获得18个月以上随访。随访终末时,Mckay临床疗效评定结果,优9髋,良6髋,可1髋,优良率为94%;SeverinX线影像学评定结果,优9髋,良4髋,可3髋,优良率为81%。本组无一例发生术后再脱位、股骨头骨骺缺血性坏死、再骨折、髋关节僵硬等严重并发症。结论经临床初步观察,生物臼盖能有效维持复位后髋关节的稳定,增大头臼接触面积,增加髋臼对股骨头的包容,为髋关节的发育塑形提供良好的生物力学环境。

单檐歇山式木构古建抵抗强震分析

为更好地保护我国古建筑,采取振动台试验与数值模拟相结合的方法,研究了单檐歇山类屋顶在强震作用下的抗震性能。制作了一个十等材木结构模型,构造包括平摆浮搁柱底、榫卯连接、斗拱、单檐歇山式梁架、瓦顶等部分。通过对模型输入水平双向的1940年El-centro波,且考虑地震波峰值为PGA=1.3g(x向),分析了极端强震作用下不同构造的试验现象,开展了详细的震后调查,获得了不同构造在极端强震作用下的抗震性能和震害机制。基于数值模拟手段,从理论上进一步探讨了极端强震作用下模型的抗倒塌性能。结果表明:极端强震作用下,我国明清官式木构古建的振动形式表现为柱架、斗拱、梁架及屋顶的近似同步往复摇摆;承重木构架受损不严重,结构未产生倒塌;数值模拟结果与试验现象基本吻合,且反映不同构造的有利影响。因此,我国明清官式木构古建在极端强震作用下具有良好的抗震性能。

攒尖四坡屋面风致雪漂移的数值模拟

为获得攒尖四坡屋面的风致雪漂移规律,基于欧拉-欧拉方法和风雪单向耦合假定,运用计算流体动力学软件,选取Mixture模型分别对立方体周边和高低屋面上的风致雪漂移运动进行数值模拟,将模拟结果与两者的实地观测数据对比,探讨分析数值风洞的关键技术和参数设置,验证数值模拟方法的合理性与可靠性。依据攒尖四坡房屋的使用功能要求,设计分析模型与分析工况,在试算的基础上对屋面进行分区。以风速5 m/s,7 m/s,9 m/s,11 m/s,13 m/s和15 m/s,风向角0°,15°,30°和45°以及屋面坡度25°,30°,34°,40°和45°为分析参数,对攒尖四坡房屋的120种工况进行数值模拟,得到屋面各分区侵蚀沉积的基本规律,提出可用于抗雪设计的屋面积雪分布系数。研究表明,风向角的改变会使屋面积雪分布状态发生较大程度的变化,风速和屋面坡度的变化对屋面整体积雪量有较大影响。

重檐建筑考

将历史典籍文献、现存文物资料、现代研究论著等相结合,系统考证了中国古代重檐建筑的起源、功能造型及其构架特征。

迭代算法:中国古建屋顶曲线的生成机制

本文通过采用数学的解读方法,对中国古代官式建筑"屋顶曲线形式"的生成机制——迭代算法——进行了深入分析。推导出宋《营造法式》中记载的"举折之制"的几何作图法背后所隐藏的迭代公式;梳理了生成"步架相等情况下的庑殿推山法"(即《营造算例》中记载的"第一则")的等比公式,并推导出"步架不相等情况下的庑殿推山法"(即《营造算例》中的"第二则")的迭代公式。提出研究中国古建一方面要"以算求样",另一方面要"以算求律"。指出当今中国建筑师应更注重"形"背后隐藏的逻辑,以"算法"(数学运算法则)生"形",而非以"形"仿"形";应勇于创新,编写、改写出新的"算法",并由其生成具有传统审美和民族思想的新的建筑形式。

重檐歇山顶叠加暗廊转经道形制的河湟地区藏传佛教殿堂研究

位于青藏高原和黄土高原关键过渡地带的河湟地区,是汉、藏文化碰撞与融合的重要场所。西藏地区于吐蕃时期所形成的暗廊转经道和中原地区于宋金时期所发展出的重檐歇山顶,这两种迥然不同的结构类型在河湟地区相互叠加组合,产生了一种独特的藏传佛教殿堂建筑类型,在结构形制、营造做法等方面体现出汉、藏传统建筑相互嫁接、彼此借鉴的鲜明特色,极大地丰富了中国传统建筑异彩纷呈的营造形式。处于河湟地区这一藏传佛教向外传播起始阶段的汉藏结合式佛殿类型,填补了中国民族建筑研究、地域建筑研究的关键中间过渡环节,并有力见证了多元民族建筑文化共同推进中国传统建筑的不断向前发展。

低层四坡屋面建筑群风环境特性的数值模拟

采用数值模拟方法,结合风洞模型试验对群体低层四坡屋面房屋周围的风场及表面风压进行了计算和分析.数值模拟基于Reynolds时均方程和可实现k-ε湍流模型,采用了具有良好拓扑性能的非结构四面体网格,运用流体软件FLUENT实现流场的求解.在单体计算结果和风洞试验结果有较好吻合的前提下,获得了有相邻建筑干扰的情况下,低层四坡屋面房屋的表面风压的变化规律,结论可直接供工程设计参考.