应县木塔普拍枋用材方法与残损状况分析

普拍枋的横纹受压变形积累等残损现象是应县木塔结构发生竖向沉降和损坏的重要原因,严重影响木塔的安全性能。为研究应县木塔普拍枋的取材用材信息与残损现状,通过现场勘察记录各层普拍枋用材的年轮数、髓心位置与受压处的压缩情况,并采用无损检测技术获得木材年轮宽窄面与木材大小头摆放方式,同时对端面图像进行处理以计算端面裂隙率与缺损率。研究结果表明,应县木塔普拍枋用材为树龄大于100年的华北落叶松(Larix principis-rupprechtii Mayr.),且尽可能保证了木材两端髓心处于中心位置,同时木材的年轮宽窄面与大小头摆放存在一定规律;木材横纹受压残损是普拍枋的主要残损形式,其中压缩程度大于20%的木构件在各明层内槽普拍枋中占50%,同时随着木塔的使用普拍枋压缩程度仍在增加;木材局部受压是木构件端面开裂残损的重要原因,其中木构件局部受压压缩程度与端头开裂裂隙率呈高度线性相关。

应县木塔部分横纹抗压木构件残损分析

对应县木塔二层明层和五层明层内槽转角柱的普拍枋、华拱和泥道拱等横纹抗压构件进行勘测,测量其尺寸与含水率,使用相机拍照记录其破坏特征,后期利用ImageJ软件分析其裂隙率及破坏状况,探讨两明层横纹抗压构件的开裂程度与分布。结果表明:二层明层内槽转角柱上的普拍枋横纹抗压开裂严重,其裂隙率均值为16.6%,多数端面呈散裂状,甚至枋体有完全压溃和部分脱落的现象,华拱和泥道拱横纹抗压裂隙率均值分别为7.7%和12.0%,且拱身已有部分剥离和折断现象;五层明层各内槽转角柱上的普拍枋、华拱和泥道拱横纹抗压破坏主要为细微开裂,其裂隙率均值分别为2.9%、2.6%和2.1%,较二层明层而言,开裂较为轻微;对于木塔两层横纹抗压构件的开裂分布,二层明层多出现在塔身西南和东北方位,而五层明层横纹抗压构件在开裂方位上不明显。本研究所采用的方法可以有效获取应县木塔内部构件的横纹抗压破坏状况及开裂分布,为今后木塔修复与保护工作提供一定的基础数据。

应县木塔抗震性能研究

利用数值模拟方法研究应县木塔的动力特性及其抗震性能。首先从斗拱连接的实际构造出发,建立反映接触传力机制的斗拱节点域计算模型,研究其自身的动力特性,并利用动力特性等效方法将斗拱节点域简化为刚接简化模型和铰接简化模型。然后用简化节点域模型代替实际斗拱节点域建立木塔整体刚接和铰接有限元模型,并对这两个计算模型开展动力特性分析、弹性反应谱分析和时程分析。最后根据计算结果和相关研究成果对其地震作用下的性能进行评估。结果表明:木塔实测振型和计算振型基本相似,实测前4阶振型周期介于刚接计算模型与铰接计算模型之间;木塔二层明层是木塔的薄弱层;木塔在7度(0.15g)多遇地震作用下将产生严重损坏,二层明层位移角接近木塔倒塌的限值,在设防地震作用下有倒塌的可能。

应县木塔斗栱竖向受力性能精细化有限元模拟(英文)

山西应县木塔是我国现存最高和最古老的古代木结构建筑。木塔在建造时未曾使用过任何金属连接件,而是通过斗栱和榫卯连接各梁柱构件。木塔在遭受近千年的地震、强风以及人为破坏等作用后,依然屹立不倒,主要是斗栱和榫卯节点起着关键的作用。为了对应县木塔进行结构安全评估,对木塔斗栱的竖向受力性能进行了有限元分析。基于斗栱的真实构造、木材复杂的本构关系模型和各构件间的摩擦接触关系模型,建立了木塔典型斗栱的精细化有限元模型,并对其在竖向荷载下的受力性能进行了模拟分析。

中国三大古建筑的考察与思考

以中国古建筑考察之行为切入点,从外部环境营造、内部设计特点及参观者心理感受三方面分析了佛光寺大殿、应县木塔、独乐寺观音阁三座古建目前的境遇。强调了古建筑与其周围环境和谐相处的关系,阐明了古建筑保护与修缮的必要性,揭示了古建筑的传承与发展对延续文脉的重要意义。

基于多价值视角的应县木塔遗产价值再认知

应县木塔是世界上现存最古老最高的楼阁式木塔,代表了中国木构建筑营造技术的最高水平。由于木塔历经千年的风霜和灾害战乱,近年损伤变形逐年加剧,其保护修缮已迫在眉睫。价值分析是遗产保护的首要工作。对此,基于历史、科学、艺术及社会文化等多价值视角,分析了应县木塔价值的构成和来源,如形制风格、结构损伤、构件形态、佛像秘藏等方面的历史价值;结构体系、比例尺度方面的科学价值;形体比例、斗栱构造、佛像、壁画、匾额、风铃和书法等方面的艺术价值;社会凝聚、文化多样性、景观资源等方面的社会文化价值等,以期为未来保护修缮提供参考借鉴。

应县木塔精细化结构建模及水平受力性能分析

结合现场调查,对应县木塔进行结构体系分析、精细化建模、动力特性和水平受力性能分析。分析表明,应县木塔为"层叠平台式梁柱结构"体系。使用梁-短柱单元组模拟斗栱,刚度等效单元模拟梁柱及柱脚节点,建立了木塔的理想和现状精细化模型进行分析。结果表明,土磬墙对第1明层有嵌固作用,故木塔第1层侧移呈弯曲型而其它各层主要呈剪切型;明层铺作、暗层柱架、暗层铺作和明层柱架的抗侧移刚度依次减少,现状模型抗侧移刚度比理想模型平均低33%;多遇地震作用下,木塔部分明层柱架侧移角超过了弹性层间位移角限值;基于木塔柱脚连接特点,提出使用"重力抗倾覆力矩与倾覆力矩之比"作为木塔倾覆评判准则,多遇地震作用下木塔无倾覆危险,但在罕遇地震作用下则可能倾覆。

《营造法式》八棱模式与应县木塔的尺度设计

中国古代建筑尺度设计技术,以传统数学思维为背景,由此形成独特的设计思维方法。本文以正八边形建筑的尺度设计为对象,以《营造法式》正八边形构成模式为线索,分析应县木塔的尺度设计方法与特色。