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古建筑常识

对古建类结构设计与强度计算的建议

2016年02月17日
  对此问题应区别仿古建、复古建、维修古建三方面来谈(由于中国古建巧妙地采用了隔震技术,故这里暂不谈有关地震问题,另见下节)。

   4.1 就仿古建而言,在当今多元文化气氛下已不再视作冒牌假货,它实际是古建随科技进展的延伸发展。对其建造的宗旨是其功能应满足现代化使用要求,快好省建成。对其外形观感要求具备中国传统风格神韵气质。这类建筑一般规模不是很小,对其建造是存在与现代结构进行造价省,施工快,优劣方面的激烈竟争。在此情况下,对其设计应是尽量采用能有好省快效果的新结构为妥,如举架采用钢桁架甚至对顶斜梁加拉杆的三杆架、檩及椽条用薄壁钢管,柱用配筋砖柱、砼柱、钢管柱,屋面用瓦型彩钢板等。在此情况下,对结构的强度计算应是遵照国家现行设计规范进行。

   4.2 对复古建筑,它要求其在外形及内部骨架细部方面皆同古建。鉴于古建已有通用的营造法则,依其规定制做,自然会符合于对建筑要求的初衷。由于营造法则的制定在安全度方面都有较大安全保证,故不必另作设计计算,但进行中应根据已知的受力情况对薄弱处给予着重加强;必要情况下作一点简化计算是必要的,可按实际据理进行。

   4.3 对古建维修,此项工作应是要求慎重仔细进行,对重要的大型古建(如应县木塔)更应具有先期研究、测试配合的过程。由于古建结构自身存在建筑初期就具有的“受力较大截面受限的薄弱环节”(如柱头部位),因之修缮的着眼点须是应对薄弱环节,而对其它大多部位仅作一般针对腐朽、硬伤等特殊情况的查测,无问题即可放过。对薄弱环节如能采取有效的加固做法,使其恢复承载的原有安全度,则应避免落架形成拆了重建的大动作。针对此状况,对古建结构的强度计算就成为必须进行的环节,以作为对残破如何取舍处置的确切力学理论依据。一般情况下的计算工作可按以下建议的步骤进行。

  (1)对仅承受竖载的梁件,如无异常(腐朽、硬伤等),则可认为已经过承载历史的考验,不作处置。

  (2)对结构的抗侧(抗风)能力,首先查看建筑中如存在布局完备,砌筑良好的墙砌体可协助抗风,则对上部木构也仅作一般查看,如无异常(腐朽、硬伤)情况,则可不作特殊处置。当不存在能协助木构架抗风的墙体时,则应对木构架进行抗风计算。

  (3)对古建木构架计算的具体进展应是:

  第一步,在结构的各类柱中核查选出在竖载及侧力(风载)最不利组合作用下的最大柱底剪力Vmax。

  第二步,分别按实际尺寸及用材树种计算该柱顶梁件可提供的,柱顶底传力移位的效应力矩Mb[按公式(4)计算]。及枋件端榫可承担的力矩Mf[按公式(3)计算]。

  第三步,将Mb与Vmax·H(柱高)进行对比,如Mb>Vmax·H则视木构架的抗侧能力可允许,对构架可不作大的处置。如Mb<Vmax·H,则须按公式(5)计算总的约束力矩M,此时对式中的起步变形S值应根据已有的调查资料或试验数据予以确定,当M>Vmax·H时,可视木构架的抗侧能力为允许。

  应当承认,在以上的计算中,对柱底剪力Vmax的确定是存在着较大难度,这是因为从总体看:单个建筑中全结构承受的风载即为风对建筑的总风力,其对结构底层的总剪力是明确的。按作用风向,可确定参予工作的抗风构架,每排抗风构架承担的风力应按抗侧刚度的大小比例分配,而后再求得分配于各柱的柱底剪力。这里说了简单,但从分配的操作层面上看有难度,它涉及屋顶或楼层面的刚性、各柱头的构造细节、枋端榫卯的加工精度及起步变形S的量值及其均匀性、各柱头Mb与Mf生成过程的应力——应变特征……都难以确定。这在目前缺泛调查、试验研究资料的情况下,如维修工程确属需要时,我们可以主要依据历史过程已有的结论及充分了解的现实情况,参照现代空间框架结构受力的思路及砌体结构设计中引用空间性能影响系数的做法,通过比对、思索、判断的概念分析手段,适当留有安全余地来给予确定。此项工作是难,但只要考虑周全、慎细推敲,这从既往工程经验[7]、[8]来看,还是可行的。

  

  

  

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