铺作层布置对古建筑木结构抗震性能的影响

古建筑木结构中斗栱形制及补间铺作斗栱的布置有清晰的历史演变规律。为研究斗栱的尺度从大到小、补间铺作的斗栱数量由少到多的变化对古建筑木结构抗震性能的影响,以饶益寺大佛殿和保国寺祥符殿的铺作层布置为参照,设计出4种不同铺作层布置的数值模型,并对其进行地震作用下的动力时程分析,研究不同铺作层布置的模型在不同地震激励作用下柱脚、普拍枋顶面、斗栱顶面的加速度和位移反应。研究结果表明:在水平地震作用下,柱脚、普拍枋顶面、斗栱顶面的加速度依次减小。当斗栱的尺度减小后,铺作层对地震动加速度的衰减作用降低,侧向变形能力也减小。当斗栱的尺度不变,布置数量越多、布置越规整,铺作层对地震动加速度的衰减作用越强,柱架层及铺作层的侧向变形也减小。在强震作用下,斗栱的尺度减小后,额枋榫头及馒头榫处的应力虽均有增大,但馒头榫处的应力增加更明显。

古建筑大木作铺作层的振动分析

结合课题组的殿堂结构四柱单间模型模拟地震振动台试验,对铺作层进行了水平方向的振动分析及随机破坏分析。为古建筑木结构的抗震机理提供部分的科研依据。

从井干结构看铺作层的形成与演变

对于中国古代建筑的结构及技术而言,铺作层是一至关重要的组成部分,铺作层的形成与演变问题也就成为中国古代建筑史研究中的一个重要问题。对这一问题的探讨。

铺作层布置对古建筑木结构抗震性能的影响

我国的古建筑汲取了传统建筑的精髓,以木质结构为主体的建筑形式更是成为了建筑领域中的宝贵财富。众所周知,相对于混凝土、石块等建筑材料而言,木质结构质地较轻,使用寿命较短,如何提高古建筑木结构的安全性和稳定性成为了我们急需解决的问题。铺作层布置能够一定程度上改善古建筑木结构的抗震性能,在下文中,我们就具体对于铺作层布置对古建筑木结构抗震性能的影响进行具体分析。

唐代殿堂型木构架带昂铺作层受力性能试验研究

在唐代殿堂型木构架中,作为木柱与屋架间连接层的铺作层结构整体性强,纵横向联系紧密,受力复杂。为研究铺作层结构的受力性能,以唐代殿堂型木构架单跨铺作层为研究对象,制作了1∶3的缩尺模型并开展两级竖向荷载作用下的水平往复加载拟静力试验,分析铺作层结构的受力变形特征和滞回性能。结果表明:在外荷载作用下,铺作层模型出现了铺作转动、连梁段受弯和横向构件相对滑动等变形,其中一、二下昂在不同的加载方向呈现出不同的位移特征。在正向加载阶段,一下昂随铺作转动并滑动,二下昂斜向下滑动,至正向加载阶段末,一、二下昂昂头的水平位移占水平控制位移的56.93%和79.03%;负向加载阶段,一、二下昂受下部构件阻碍与之挤压并斜向上滑动,至负向加载阶段末,一二下昂昂头的水平位移占水平控制位移的49.81%和63.90%。铺作层模型的滞回曲线具有不对称性特征,负向半环更为饱满,这是由于负向加载阶段一、二下昂的滑动增大了铺作的负向转动角度和连梁段弯曲程度,进而提高了铺作转动以及连梁段受弯时的抗侧能力。竖向荷载能够有效提高铺作层模型的水平承载力、抗侧刚度和耗能能力,当竖向荷载为60 kN时,相较于30 kN的情况,铺作层模型的正(负)向水平承载力、正(负)向抗侧刚度和耗能能力分别提高了25.35%(42.15%)、25.97%(38.04%)和70.01%。

斗栱、铺作与铺作层

'斗栱'与'铺作'可以作为同一类构件的名称,却包含不同的时段特性。'铺作'以及'铺作层'是木构架发展到一定时期才出现的高级斗栱形态,对于增强建筑结构的整体性和稳定性起到了关键性作用。魏晋以前,建筑物中的斗栱之间以及斗栱与梁架之间缺乏联系;东晋南北朝时,铺作层在南北方建筑中渐次形成,并出现一种由铺作层和柱网层结合而成的'回'形构架,在多层建筑物中得到广泛应用;铺作是古代建筑礼制的要素之一,而铺作层之有无,甚或可以成为区分建筑物构架类型(殿堂与厅堂)的重要标志。

营造尺和材分制:应县木塔五层木构表里数据采集与试解

建立在本研究团队既有假说与分析基础上,本文选取应县木塔五层外檐铺作作为研究对象,分别以三维激光扫描和计算机X射线成像(CR-Computed Radiography)技术采集外部设计与内部隐蔽构造数据信息,充分结合实测数据对现有成果进行验证,并对应县木塔五层斗栱材分制度、尺度设计和部分内部榫卯设计进一步提出以下推论:一,应县木塔五层斗栱足材广约1.2尺(20分°),单材广约8.4寸(14分°);材厚在5寸至6寸之间,或存在多种设计;二,应县木塔五层大木设计之中丈尺设计与材分设计或同时存在:以丈尺控制开间(朵距)、屋架、栱长整体比例关系,以材分配合栱与斗的精细设计;三,应县木塔五层斗栱的内部榫卯设计同样受到丈尺和材分思想的双重控制。此外,本文还强调三维激光扫描技术和计算机X射线成像技术综合运用在古建筑研究中的深远前景,同时也讨论了现有技术条件的局限和本研究的不足之处。

光岳楼缩尺模型有限元分析

为探究后续振动台试验中柱脚、柱架层、铺作层的减震规律,文中采用ANSYS有限元软件建立1:4.5的光岳楼缩尺有限元模型,输入El Centro波、Taft波、人工波进行有限元分析,得到柱脚、铺作层上下、屋顶的峰值加速度与加速度放大系数以及铺作层减震比重,从而分析柱架层、铺作层的减震规律;可以得出,随着地震加速度的增强,柱脚、柱架层、铺作层的减震效果越来越明显且铺作层、柱架层层数越高减震效果越明显;随着地震加速度的增强,铺作层的减震比重在减小且第二层铺作层减震比重最小。

唐代殿堂型木构架柱架摇摆抗侧机理研究

唐代殿堂型木结构建筑是我国古建筑遗存中弥足珍贵的文物,其建造年代久远,数量稀少,结构形制特殊且极富时代特征,具有极其重要的历史文化与科学研究价值。其木构架由三个水平结构层柱网层、铺作层和屋架层自下而上通过榫卯连接叠垒而成。为深入研究此类型木构架的抗侧性能,建立了某唐代殿堂型木结构一榀构架的精细化有限元足尺实体模型,并进行了水平低周反复加载模拟,系统研究了木构架的变形特点、破坏形态、滞回特性、抗侧刚度及耗能特征。结果表明在水平往复荷载作用下,殿堂型木构架的主要变形特征为柱脚无滑移偏转抬升,柱架摇摆并带动整体结构协同抬升摆动,铺作层如同刚体抬升平移,剪切变形不明显;主要破坏形式为栌斗全截面压溃和柱脚边缘压屈;构架滞回曲线呈“S”形,具有显著捏拢效应,两端较为饱满。木构架初始抗侧刚度较大,屈服后刚度退化显著,主要通过柱脚节点和柱头-栌斗节点的塑性变形、构件接触面的摩擦滑移、结构整体转动抬升摆动耗能,具有较好的抗震性能。

独乐寺辽代建筑结构分析及计算模型简化

针对独乐寺辽代建筑铺作层的结构作用,应用Ansys软件建立独乐寺山门的实体模型,总结出结构在竖向荷载作用下,内力沿铺作中连接构件"斗"的连线斜向传递的规律.提出将此类结构的计算模型简化为杆系模型的原则,即沿传力路径布置杆件,将铺作简化为斜撑与桁架结构.通过山门实体模型与杆系模型在自重荷载下的应力分布比较,表明在竖向荷载作用下主要结构构件的内力计算中,杆系模型可以取代实体模型.使用上述简化原则建立观音阁杆系计算模型,将观音阁自振频率计算值与实测值进行比较,表明简化模型亦可用于自振频率的估算.

中国木结构古建筑抗震性能的研究

以殿堂式木结构为研究对象,通过理论分析和数值模拟推导出了榫卯节点和铺作层之间的半刚性单元的刚度矩阵,即采用组合式弹簧单元模拟柱脚与础石、榫卯节点和铺作层之间的连接单元,给出了动力方程,并通过对《营造法式》中的殿堂和厅堂模型结构的分析,求解出了结构各个层面的地震动力放大系数,为木结构古建筑的保护、维修和加固提供理论依据和技术参考,对现代建筑结构抗震研究也具有借鉴意义。

唐代殿堂型木构架抗侧力性能影响参数分析

唐代殿堂型木结构是中国最早的木结构建筑遗存,具有极其珍贵的历史文化和科学研究价值。为深入研究此类木构架的抗侧力性能,建立了经模型试验验证的唐代殿堂型木结构单间四柱空间木构架精细化有限元模型,探究斗栱梁架一体化铺作层构造,柱脚管脚榫、柱头馒头榫等弱连接节点形式以及竖向荷载大小和位置对木构架滞回耗能及抗侧力性能的影响。结果表明:水平往复荷载作用下,唐代殿堂型木构架表现为摇摆抬升,其水平位移以柱架层的水平位移为主,滞回曲线呈“S”形,具有明显的“捏缩”效应,两端较饱满,正反接近对称。木构架初始抗侧刚度最大,随位移增大退化明显。铺作层为刚度较大的水平结构层,其横梁联系存在一定的冗余度。柱脚管脚榫及柱头馒头榫均可增强木构架的滞回耗能及抗侧力,但两者发挥作用的阶段不同。竖向荷载越大,木构架的滞回耗能越大,水平抗侧力也越大;其作用位置在一个柱径长度内偏移对木构架的滞回耗能及抗侧力性能无明显影响。

《营造法式》卷三十一(大木作制度图样下)注疏

本文是《营造法式》中卷三十一的注疏。该卷为大木作制度图样的下卷,李诫用了一整卷篇幅,以图释的方式,专论殿堂与厅堂两类大木结构的特征、分类、分型及其属性。其中涉及铺作层、分槽形式、铺作配置、间缝内用梁柱等一系列大木结构的关键概念,有必要在探讨中取得共识。《营造法式》中的大木作图样注疏,尚属尝试。故先将卷三十一注疏发表,以征求意见。

禅宗样佛堂大木结构的源流与类型分析

日本'禅宗样'佛堂的大木结构,源自中国宋元两浙佛寺木构。传入日本后发生变异,衍生出与宋《营造法式》大木结构不尽相同的几个子类,如:功山寺佛殿型、永保寺观音堂型、安国寺经藏一最恩寺佛殿型、圆觉寺佛殿(古图)型。其共同特征是:形成提高的局部铺作层或铺作层,铺作层以上结构独立于下部自成体系。

传统古建筑的结构研究

以现存绍兴会稽山古建筑为例。该建筑整体结构类型为殿堂式,结构体系是属于抬梁式,分为柱网层、铺作层与屋顶层。在柱顶或柱网上的水平铺作层上,沿房屋进深方向架数层叠架的梁,梁逐层缩短,层间垫短柱或木块,最上层梁中间立小柱或三角撑,形成三角形屋架。其中柱子承接梁栿,梁栿再承接檩子等最上层构架,屋面荷载通过各层次依次传递到地基。