王展光，魏述和

（凱里學院 建筑工程學院，貴州凱里 556011）

0 引言

黔東南地區(qū)是苗侗等少數(shù)民居聚集區(qū)，其傳統(tǒng)民居為穿斗式木結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在在黔東南仍然存在著50多萬棟木質(zhì)民居和數(shù)以百計的鼓樓和風雨橋。黔東南民居基本采用榫卯結(jié)構(gòu)節(jié)點連接，很少采用釘子和鋼節(jié)點連接，按榫卯節(jié)點形式分其主要采用的是燕尾榫節(jié)點和直榫節(jié)點，見圖1。在這兩種榫卯節(jié)點連接方式中，直榫節(jié)點是黔東南木結(jié)構(gòu)采用的最主要的方式，大部分木柱和木枋的連接都采用這種形式，而燕尾榫節(jié)點主要用于地腳枋、美人靠靠背枋等幾個特殊部位。因此對黔東南地區(qū)直榫節(jié)點進行梳理和分類，并對其進行力學分析是十分必要的。

圖1 榫卯節(jié)點

對于傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)直榫節(jié)點，已經(jīng)開展了相關(guān)研究。姚侃[1]提出的三折線模型；楊艷華[2]建立了直榫節(jié)點4參數(shù)冪函數(shù)彎矩-轉(zhuǎn)角的相關(guān)曲線模型；潘毅[3]通過對直榫節(jié)點進行力學分析，建立了力學模型，并推導出簡化計算公式；淳慶[4-5]研究了江南傳統(tǒng)木構(gòu)建筑直榫節(jié)點的力學性能；謝啟芳[6]通過直榫節(jié)點的低周反復加載試驗，得到了不同形式直榫節(jié)點的破壞特征、滯回曲線和耗能等；陳春超[7]通過試驗和有限元模擬，對直榫節(jié)點的受彎性能進行研究；孫俊[8]借助木材嵌壓理論，推導出直榫節(jié)點彎矩和轉(zhuǎn)角的理論公式；胡旭[9]對黔東南地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu)材料性能和榫卯節(jié)點性能進行研究。

目前黔東南的木結(jié)構(gòu)都沒有經(jīng)過設(shè)計計算，都是民族工匠根據(jù)其多年的經(jīng)驗和傳承來進行設(shè)計和施工，因此結(jié)構(gòu)的合理性和安全難以得到保證。對黔東南木結(jié)構(gòu)直榫節(jié)點還沒有學者進行全面梳理和分析，本文在其他學者研究的基礎(chǔ)上，以黔東南木結(jié)構(gòu)直榫節(jié)點為研究對象，通過大量的實際調(diào)研，對黔東南木結(jié)構(gòu)直榫節(jié)點進行分類，并對其受力過程進行初步梳理，以期為后續(xù)研究提供思路和指導。

1 節(jié)點分類

黔東南木結(jié)構(gòu)數(shù)量眾多，其營造技法按國家非物質(zhì)文化遺產(chǎn)大類分為“苗寨吊腳樓營造技藝”和“侗族木構(gòu)建筑營造技術(shù)”。但實際上黔東南木結(jié)構(gòu)做法十分復雜，不同村寨不同師承關(guān)系都會導致做法的差異，節(jié)點的連接上也會有各種不同的處理方式。

1.1 按銷釘進行分類

按木柱和木枋的連接方式是否采用銷釘進行分類，可以分為以下三種形式：不帶銷釘?shù)闹遍竟?jié)點、帶明銷釘?shù)闹遍竟?jié)點、帶暗銷釘榫卯節(jié)點，見圖2—圖4。

圖2 不帶銷釘?shù)闹遍竟?jié)點

這三種方式在民居、鼓樓和風雨橋中都大量采用，沒有等級高低和優(yōu)劣之分，更多的是由工匠自己的習慣、所學，并結(jié)合工程實際進行處理。其實在一般節(jié)點，很多工匠采用的是不帶銷釘?shù)闹遍竟?jié)點，但在一些關(guān)鍵節(jié)點上，為了保證連接強度，會根據(jù)情況增加銷釘。

圖3 帶明銷釘?shù)闹遍竟?jié)點

圖4 帶暗銷釘?shù)闹遍竟?jié)點

1.2 按截面形式分類

按截面形式進行分類可以分為：全截面直榫節(jié)點、半截面直榫節(jié)點、三分之一截面直榫節(jié)點。在所有直榫節(jié)點中，全截面直榫節(jié)點采用最為廣泛；半截面直榫節(jié)點一般用于縱橫向木枋需要保持在同一標高，如屋檐處，見圖5；三分之一截面直榫節(jié)點原理同半截面直榫節(jié)點一樣，一般用于縱向、橫向和斜向木枋需要保持在同一標高，如在侗族鼓樓中較常使用，見圖6。

圖5 半截面直榫節(jié)點

圖6 三分之一截面直榫節(jié)點

2 節(jié)點受力分析

為了比較不同類型直榫節(jié)點的受力情況，本文對按銷釘進行分類的三種直榫節(jié)點進行分析，闡述三種類型直榫節(jié)點受力分析思路。

2.1 基本假定

由于榫卯節(jié)點受力十分復雜，為了在力學分析中進行簡化，采用以下基本假定：

（1）假設(shè)榫頭和銷釘為剛性，忽略榫頭和銷釘本身變形；榫頭發(fā)生剛體運動，忽略榫頭和銷釘?shù)膹澢冃危?/p>

（2）榫頭側(cè)面摩擦力對彎矩貢獻很小，為了簡化問題難度，忽略榫頭側(cè)面摩擦力的影響[3]；

（3）平截面假定，假設(shè)木柱和木枋無論是在彈性階段還是彈塑性階段，其應(yīng)變保持為直線。

2.2 變形和受力分析

對直榫節(jié)點進行力學分析，利用幾何條件分析直榫節(jié)點的變形情況，利用平衡條件分析直榫節(jié)點彎矩和壓力、摩擦力關(guān)系，最后引入木材的應(yīng)力-應(yīng)變模型，通過聯(lián)立方程，最后得出彎矩和位移的計算公式。

（1） 幾何條件

不同類型直榫節(jié)點變形狀態(tài)示意圖，見圖7。從圖7可以看出，不帶銷釘?shù)闹遍竟?jié)點在外荷載作用下，直榫節(jié)點中點從A點移動到A’點，木枋既有橫向移動δ又有圍繞軸線的轉(zhuǎn)動θ；帶明銷釘?shù)闹遍竟?jié)點在外荷載作用下，不考慮早期錯動和銷釘變形情況，木枋圍繞銷釘B點進行轉(zhuǎn)動，只有一個變量轉(zhuǎn)角θ；帶暗銷釘榫卯節(jié)點，在不考慮銷釘變形的情況下，木枋也是圍繞銷釘C點進行轉(zhuǎn)動。

圖7 直榫節(jié)點變形狀態(tài)示意圖

（2） 平衡條件

不同類型直榫節(jié)點的受力示意圖，見圖8。從圖8中可以看出，在忽略側(cè)面摩擦力的情況下，木枋所受彎矩M主要由木枋和柱的接觸面的軸向力N和摩擦力f來平衡，通過建立力的平衡關(guān)系，可以得到彎矩與軸向力和摩擦力的方程式。

圖8 直榫節(jié)點受力示意

在上面的兩個條件的基礎(chǔ)上，通過與木材的應(yīng)力應(yīng)變進行聯(lián)合，求出木枋所受彎矩與木枋橫向移動和轉(zhuǎn)角的關(guān)系。

將推導出來的理論公式與相關(guān)直榫節(jié)點試驗以及有限元模擬結(jié)果進行比較，驗證理論推導結(jié)果的正確性與否。

由于直榫節(jié)點是半剛性連接，對節(jié)點半剛性性質(zhì)的把握是直榫節(jié)點性能和木結(jié)構(gòu)性能分析的關(guān)鍵。在理論分析、試驗分析和有限元模擬的基礎(chǔ)上，可以提出不同直榫節(jié)點情況下半剛度系數(shù)，從而可以將木結(jié)構(gòu)簡化為剛性連接進行分析計算，再用節(jié)點半剛性系數(shù)對木結(jié)構(gòu)內(nèi)力進行重分配，從而用結(jié)構(gòu)力學的知識來解決木結(jié)構(gòu)設(shè)計問題，使黔東南地區(qū)木結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工做到有據(jù)可依。

3 結(jié)論

通過上面的方法，可以對上述直榫節(jié)點受力情況進行分析，通過理論推導、力學試驗以及有限元模擬計算，對每種直榫節(jié)點給出定量結(jié)論，從而較為完整地掌握直榫節(jié)點的力學性質(zhì)，為后續(xù)對木構(gòu)架的分析奠定基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，提出木結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算方法，為黔東南木結(jié)構(gòu)的科學廣泛使用提供理論支持。

新聞快讀

以學術(shù)分享促行業(yè)交流——2019中建會計學會財務(wù)管理學術(shù)委員會議召開

2019年12月6日，中國建設(shè)會計學會財務(wù)管理學術(shù)委員會五屆三次會議在重慶召開，中國建設(shè)會計學會會長陳現(xiàn)忠、重慶市建筑科學研究院院長袁兵、總工張京街、財務(wù)管理學術(shù)委員會秘書長周永強、王春龍、主任委員湯宏等參加了此次會議。

會議在重慶市建筑科學研究院舉辦，該院院長袁兵向大會致詞，歡迎各位理事單位領(lǐng)導及會員代表來到美麗的山城重慶，并對本次會議的圓滿成功、中國建設(shè)會計學會的發(fā)展表達了衷心的祝愿。秘書長王春龍做財務(wù)管理學術(shù)委員會2019年度工作報告，總結(jié)2019年度的成績與不足，也對2020年度的工作提出了要求，寄予了期望。

論壇主旨報告環(huán)節(jié)為與會單位打造了一個相互交流的平臺。中國市政工程華北設(shè)計研究總院張秀華部長關(guān)于“公司科研管理”的報告，中國建筑科學研究院有限公司張靖巖對“公司科技管理體系”的分享，深圳市建筑設(shè)計研究總院周立枚副部長以“科研投入的預算及考核管理”為主題的討論，北京建筑機械化研究院楊如冰總會計師的《國企“雙百”改革實踐與財務(wù)管控思考》，以及北京中稅稅務(wù)咨詢股份有限公司余婷婷總監(jiān)《研發(fā)費用加計扣除風險梳理》的報告，獲得了近70位與會代表的熱烈反響。

會議也對在第13次中國建設(shè)會計學會征文活動中獲獎的單位及個人進行了表彰。據(jù)悉，其中尚未發(fā)表的論文，學會已擇優(yōu)推薦在中國建設(shè)會計學會主辦的期刊《建筑會計》發(fā)表。