1.1 古建房屋的構(gòu)成一般分三部段,即臺基、屋身與屋頂。屋身皆為直立的木柱、屋頂為頗多桿件組成的木構(gòu)架。今參照文獻[1]圖2-2所示常用的硬山木構(gòu)架來看,望板承擔屋面瓦、泥灰以及其上活載后,將其傳給椽條(腦椽、花架椽、檐椽、飛椽),椽條又將荷載傳給檁條(檐檁、下金檁、上金檁、脊檁),檁條接受荷載后,除檐檁、下金檁直接將其傳給下面的柱頂外,而脊檁、上金檁則是將荷載通過瓜柱、三架梁傳給舉架底部的柁梁上,再由柁梁最終傳柱。這樣,從傳遞豎載來看,當建筑布四排柱時,其主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件,除柱之外將是柁梁、檐檁和下金檁,它們都是置于柱頂將屋頂全部豎重直接傳柱。從受力角度來看,在豎載作用下屋頂構(gòu)件的受力都是清晰的,椽、檁、柁梁的受力為靜定的受彎構(gòu)件。柱屬于軸壓或偏心受壓構(gòu)件。對它們進行桿件內(nèi)力計算及截面應(yīng)力及至確定截面都是方便的。
1.2 作為地面以上的古建筑除了承擔豎載之外,也必須考慮承受風載以及偶然出現(xiàn)的地震作用。風載是地面以上空氣流動形成的風壓,它來的方向可以是隨意的四面八方,作用給墻面及屋頂坡面,幾經(jīng)傳遞最后作用給柱或墻,而后傳給基礎(chǔ)。當建筑平面中布置軸線正交,柱與墻規(guī)格勻稱時,風力的傳遞不論風向如何皆可根據(jù)力學中力的分解原則,分解為相互正交并平行于建筑中墻面的力來分別傳給雙向的墻體來承擔,此時柱對水平風力將承擔很少甚至不承擔,(對低層的磚結(jié)構(gòu)建筑,由于墻量較多,抗風能力大有富裕,故常對風載略而不計)。這樣看來對古建中無墻的亭、榭類建筑,以及房屋一側(cè)全開門窗的建筑,其對柱的抗風能力就必須給予妥善解決。
1.3 觀測木柱的根部,其底端為一石制柱礎(chǔ)(或稱柱頂石),在柱礎(chǔ)正中鑿一卯孔(又稱海眼)。加工柱時將其底做出一凸榫,安裝時使凸榫插入卯孔。顯然這種古代木結(jié)構(gòu)的合理做法和當今現(xiàn)代結(jié)構(gòu)的砼柱底甩筋錨入基礎(chǔ),或鋼柱底周邊外采用長地腳螺栓錨入砼基礎(chǔ)的做法,從力學角度衡量二者差別是很大。若不考慮上部結(jié)構(gòu)具有對柱約束其傾倒作用的存在,則對砼柱、鋼柱頂端施加水平力是可以允許、理由是砼柱、鋼柱為剛性嵌固于基礎(chǔ)的懸臂狀態(tài)。而木柱底部為鉸接,凸榫雖可承受剪力,但不能承擔出現(xiàn)于柱根的彎矩,一旦柱頂施加水平力,則木柱必然傾倒。
1.4 觀測木柱的頂端可看出,柱頂一般是存在雙向多層水平桿件的相互交搭。今以四排柱布局的硬山明間的檐柱與金柱(參見文獻[1]中圖2-2、圖2-3)來說:檐柱頂在縱橫雙向有檐檁、抱頭梁與柱三向交搭(檐檁位在抱頭梁之上);金柱頂在縱橫雙向有金檁,柁梁與柱三向交搓(檁在柁之上),此種交搭當相接面為平面時,按力學原理來看,該相接面之間僅可傳遞豎向重力,水平剪力可借助磨擦產(chǎn)生,而對彎矩則在柱頂不變彎情況下是無法出現(xiàn)。