在中國古代建筑中,許多建筑經(jīng)歷過多次強(qiáng)地震,這是中國乃至世界歷史上的一個(gè)地震奇跡。柔性框架、臺式隔震、斗拱支撐、榫榫連接,是古木結(jié)構(gòu)的抗震機(jī)制。
住宅木結(jié)構(gòu)古建筑從下到上分為基礎(chǔ)、柱框架層、鋪裝層和屋頂,其中木框架承擔(dān)了大部分結(jié)構(gòu)的載荷作用,而墻體只起分割和封閉的作用。
1.古建筑材料的地震效應(yīng)
木材屬于柔性材料,材料抗拉、抗彎、抗彈性,木材在地震過程中能很好地吸收和消耗地震能量,并具有較強(qiáng)的恢復(fù)變形能力,在水平地震下能產(chǎn)生較大的橫向變形而不造成斷裂損傷。
2.古建筑結(jié)構(gòu)的抗震防治效果
(1)木制建筑的外觀通常采用小于2:1的長寬比或近似正方形,這使得建筑的質(zhì)量和水平剛度隨著高度的變化更加均勻。規(guī)則對稱的布局使建筑的質(zhì)心與建筑物的剛度中心重疊最大,大大避免了建筑物發(fā)生地震時(shí)剪切效應(yīng)對墻體的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。
木制框架承擔(dān)并傳遞屋頂?shù)恼麄(gè)負(fù)載,而墻只保持空間隔離。在地震作用下,連接處的摩擦滑動,以及柱底部旋轉(zhuǎn)滑動減震,形成良好的隔離耗能結(jié)構(gòu)體系。
(3)在木結(jié)構(gòu)建筑中,結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用榫眼和榫頭連接,雖然削弱了木構(gòu)件的承重面積,節(jié)點(diǎn)的承載能力下降,但古結(jié)構(gòu)中的材料很大,削弱了木斷面面積仍足以承受更大的載荷,從而充分利用半剛性接頭的靈活性。榫眼榫和榫眼連接不僅改變了結(jié)構(gòu)的特性,而且由于榫眼接觸面的摩擦而消散了地震能量,相當(dāng)于在節(jié)點(diǎn)上安裝一個(gè)阻尼器,從而降低了結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。
3.古建筑在整體上的地震效應(yīng)
在建筑物上,有些有多柱,當(dāng)?shù)卣鹆τ糜诮ㄖ飼r(shí),柱會在它們之間產(chǎn)生緩沖力,使建筑物不會受到地震突然襲擊的破壞。
有些建筑采用多層框架,類似于現(xiàn)代建筑的環(huán)梁,是一種非常有效的防震t截面加固方法。當(dāng)?shù)卣鹆τ糜诮ㄖ飼r(shí),對于多組三角形,支架和梁之間的一些地震力會分散到若干個(gè)小三角形上,使地震力不集中在某一點(diǎn)。
中國古建筑是中華民族的珍貴遺產(chǎn),也是世界建筑史上不可或缺的一部分。中國現(xiàn)存最早的古代木結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)存在了一千多年,許多建筑在經(jīng)歷了多次自然災(zāi)害后仍屹立不倒。從結(jié)構(gòu)性能的角度來看,古木結(jié)構(gòu)具有重要的研究價(jià)值。一方面可以提高古建筑的維護(hù)和加固水平,另一方面也可以為現(xiàn)代建筑的設(shè)計(jì)提供一些有益的參考。