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古建木構(gòu)架抗風(fēng)的力學(xué)機理分析

來源:永樂古建 作者:佚名 更新于:2016-2-17 閱讀:

  在上式(5)中Mb可認為是恒定,Mf則是僅當(dāng)出現(xiàn)NS時才會形成來參予工作。而NS的出現(xiàn)是標(biāo)志著單由Mb來約束柱已能力不足,需Mf出面參予合作才能完成的約束柱的側(cè)傾歪倒。這里反映出一個現(xiàn)象,即當(dāng)柱頂壓重N很大(多層塔類結(jié)構(gòu)當(dāng)屬此),柱的尺寸又較寬(即B較大)時,Mb將顯著為大,此情況下有可能會是單有Mb即可約束柱不出現(xiàn)側(cè)傾歪倒。此時的柱身只是將要出現(xiàn)側(cè)傾趨勢——柱頂位移則有一點出現(xiàn),其量遠不及起步位移S值,在這種情況下對結(jié)構(gòu)的使用無疑是十分良好的。

  為進一步闡明Mb存在的作用意義,今借文獻[5]、[6]對應(yīng)縣千年木塔的有關(guān)數(shù)據(jù)、尺寸對Mb作如下粗略估算:

  木塔上部總重(不計底層墻體重時)=2940t。

  塔高65.86m,除去頂部尖端及底部半層高后的計算底層風(fēng)壓總剪力的承風(fēng)壓折算高度取為48m。

  塔身八角形,近似取受風(fēng)面的直徑為25m。

  塔體明暗共9層,底層柱凈高取用5.2,柱寬取5.2÷11=0.48m。

  今設(shè)塔底的柱根數(shù)為n,則單柱承擔(dān)的下傳豎載力N=2940t÷n。

  按公式(4)計算Mb并取K=0.85,則

   Mb=0.85×(2940÷N) ×0.48=(1200÷N)t-m

  據(jù)文獻[11]計算塔體受風(fēng)時的底層總剪力V為:

   V=1.4×1.05×1.42×0.8×0.8×55×48×25=88172kg

  此總剪力對底層柱頂產(chǎn)生的總彎矩=88.172×5.2=458.5t-m。

  平衡此彎矩所需全效能服務(wù)的柱根數(shù)=458.5÷1200/n=38.2%n。

  上式計算充分說明Mb的影響是相當(dāng)可觀,不需全部柱參予,僅有總數(shù)38.2%的全效柱即可在塔體不出現(xiàn)明顯的“起步變形”條件下(即枋件端榫全然不工作),單由柱頂?shù)讉髁σ莆坏男?yīng)力矩即可與塔體受風(fēng)的設(shè)計值取得平衡。

  細心觀測圖5所示的多層塔梁柱接頭示意,可看出上述結(jié)論并不意外。這是因為夾于上下柱之間的梁完全類似于上下柱連成整根而梁好象是透榫,穿入其間,榫與卯孔間完全無隙,這樣的約束雖然不是真正的透榫但其作用效果是可以令人滿意的。

  

  

   3.3 通過以上的分析探討,我們可對古建構(gòu)架特點作如下表述。

 。1)古建木構(gòu)架的主件皆由柱、梁件、枋件三類構(gòu)成,梁件與枋件上下平行配置,但二者有著明確的分工。梁件首先始終承擔(dān)其上豎載的向下傳遞(其對水平外力的抵抗參予則與傳載大小、柱寬尺寸有關(guān))。而枋件僅在必要情況下——即柱出現(xiàn)一定的側(cè)傾S之后,才承擔(dān)抵御水平外載。

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