王展光，魏述和

（凱里學(xué)院 建筑工程學(xué)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(jì)的鼓樓和風(fēng)雨橋。黔東南民居基本采用榫卯結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接，很少采用釘子和鋼節(jié)點(diǎn)連接，按榫卯節(jié)點(diǎn)形式分其主要采用的是燕尾榫節(jié)點(diǎn)和直榫節(jié)點(diǎn)，見圖1。在這兩種榫卯節(jié)點(diǎn)連接方式中，直榫節(jié)點(diǎn)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(diǎn)主要用于地腳枋、美人靠靠背枋等幾個(gè)特殊部位。因此對(duì)黔東南地區(qū)直榫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行梳理和分類，并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析是十分必要的。

圖1 榫卯節(jié)點(diǎn)

對(duì)于傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)直榫節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)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(duì)直榫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行力學(xué)分析，建立了力學(xué)模型，并推導(dǎo)出簡(jiǎn)化計(jì)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(diǎn)的力學(xué)性能；謝啟芳[6]通過直榫節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載試驗(yàn)，得到了不同形式直榫節(jié)點(diǎn)的破壞特征、滯回曲線和耗能等；陳春超[7]通過試驗(yàn)和有限元模擬，對(duì)直榫節(jié)點(diǎn)的受彎性能進(jìn)行研究；孫俊[8]借助木材嵌壓理論，推導(dǎo)出直榫節(jié)點(diǎn)彎矩和轉(zhuǎn)角的理論公式；胡旭[9]對(duì)黔東南地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu)材料性能和榫卯節(jié)點(diǎn)性能進(jìn)行研究。

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

1 節(jié)點(diǎn)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(shí)際上黔東南木結(jié)構(gòu)做法十分復(fù)雜，不同村寨不同師承關(guān)系都會(huì)導(dǎo)致做法的差異，節(jié)點(diǎn)的連接上也會(huì)有各種不同的處理方式。

1.1 按銷釘進(jìn)行分類

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

圖2 不帶銷釘?shù)闹遍竟?jié)點(diǎn)

這三種方式在民居、鼓樓和風(fēng)雨橋中都大量采用，沒有等級(jí)高低和優(yōu)劣之分，更多的是由工匠自己的習(xí)慣、所學(xué)，并結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行處理。其實(shí)在一般節(jié)點(diǎn)，很多工匠采用的是不帶銷釘?shù)闹遍竟?jié)點(diǎn)，但在一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，為了保證連接強(qiáng)度，會(huì)根據(jù)情況增加銷釘。

圖3 帶明銷釘?shù)闹遍竟?jié)點(diǎn)

圖4 帶暗銷釘?shù)闹遍竟?jié)點(diǎn)

1.2 按截面形式分類

按截面形式進(jìn)行分類可以分為：全截面直榫節(jié)點(diǎn)、半截面直榫節(jié)點(diǎn)、三分之一截面直榫節(jié)點(diǎn)。在所有直榫節(jié)點(diǎn)中，全截面直榫節(jié)點(diǎn)采用最為廣泛；半截面直榫節(jié)點(diǎn)一般用于縱橫向木枋需要保持在同一標(biāo)高，如屋檐處，見圖5；三分之一截面直榫節(jié)點(diǎn)原理同半截面直榫節(jié)點(diǎn)一樣，一般用于縱向、橫向和斜向木枋需要保持在同一標(biāo)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(diǎn)

圖6 三分之一截面直榫節(jié)點(diǎn)

2 節(jié)點(diǎn)受力分析

為了比較不同類型直榫節(jié)點(diǎn)的受力情況，本文對(duì)按銷釘進(jìn)行分類的三種直榫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，闡述三種類型直榫節(jié)點(diǎn)受力分析思路。

2.1 基本假定

由于榫卯節(jié)點(diǎn)受力十分復(fù)雜，為了在力學(xué)分析中進(jìn)行簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)，忽略榫頭和銷釘?shù)膹澢冃危?/p>

（2）榫頭側(cè)面摩擦力對(duì)彎矩貢獻(xiàn)很小，為了簡(jiǎn)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(duì)直榫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行力學(xué)分析，利用幾何條件分析直榫節(jié)點(diǎn)的變形情況，利用平衡條件分析直榫節(jié)點(diǎn)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(jì)算公式。

（1） 幾何條件

不同類型直榫節(jié)點(diǎn)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(diǎn)在外荷載作用下，直榫節(jié)點(diǎn)中點(diǎn)從A點(diǎn)移動(dòng)到A’點(diǎn)，木枋既有橫向移動(dòng)δ又有圍繞軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)θ；帶明銷釘?shù)闹遍竟?jié)點(diǎn)在外荷載作用下，不考慮早期錯(cuò)動(dòng)和銷釘變形情況，木枋圍繞銷釘B點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，只有一個(gè)變量轉(zhuǎn)角θ；帶暗銷釘榫卯節(jié)點(diǎn)，在不考慮銷釘變形的情況下，木枋也是圍繞銷釘C點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖7 直榫節(jié)點(diǎn)變形狀態(tài)示意圖

（2） 平衡條件

不同類型直榫節(jié)點(diǎn)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(diǎn)受力示意

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

將推導(dǎo)出來的理論公式與相關(guān)直榫節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)以及有限元模擬結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證理論推導(dǎo)結(jié)果的正確性與否。

由于直榫節(jié)點(diǎn)是半剛性連接，對(duì)節(jié)點(diǎn)半剛性性質(zhì)的把握是直榫節(jié)點(diǎn)性能和木結(jié)構(gòu)性能分析的關(guān)鍵。在理論分析、試驗(yàn)分析和有限元模擬的基礎(chǔ)上，可以提出不同直榫節(jié)點(diǎn)情況下半剛度系數(shù)，從而可以將木結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為剛性連接進(jìn)行分析計(jì)算，再用節(jié)點(diǎn)半剛性系數(shù)對(duì)木結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行重分配，從而用結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識(shí)來解決木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，使黔東南地區(qū)木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工做到有據(jù)可依。

3 結(jié)論

通過上面的方法，可以對(duì)上述直榫節(jié)點(diǎn)受力情況進(jìn)行分析，通過理論推導(dǎo)、力學(xué)試驗(yàn)以及有限元模擬計(jì)算，對(duì)每種直榫節(jié)點(diǎn)給出定量結(jié)論，從而較為完整地掌握直榫節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性質(zhì)，為后續(xù)對(duì)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(jì)計(jì)算方法，為黔東南木結(jié)構(gòu)的科學(xué)廣泛使用提供理論支持。

新聞快讀

以學(xué)術(shù)分享促行業(yè)交流——2019中建會(huì)計(jì)學(xué)會(huì)財(cái)務(wù)管理學(xué)術(shù)委員會(huì)議召開

2019年12月6日，中國建設(shè)會(huì)計(jì)學(xué)會(huì)財(cái)務(wù)管理學(xué)術(shù)委員會(huì)五屆三次會(huì)議在重慶召開，中國建設(shè)會(huì)計(jì)學(xué)會(huì)會(huì)長陳現(xiàn)忠、重慶市建筑科學(xué)研究院院長袁兵、總工張京街、財(cái)務(wù)管理學(xué)術(shù)委員會(huì)秘書長周永強(qiáng)、王春龍、主任委員湯宏等參加了此次會(huì)議。

會(huì)議在重慶市建筑科學(xué)研究院舉辦，該院院長袁兵向大會(huì)致詞，歡迎各位理事單位領(lǐng)導(dǎo)及會(huì)員代表來到美麗的山城重慶，并對(duì)本次會(huì)議的圓滿成功、中國建設(shè)會(huì)計(jì)學(xué)會(huì)的發(fā)展表達(dá)了衷心的祝愿。秘書長王春龍做財(cái)務(wù)管理學(xué)術(shù)委員會(huì)2019年度工作報(bào)告，總結(jié)2019年度的成績(jī)與不足，也對(duì)2020年度的工作提出了要求，寄予了期望。

論壇主旨報(bào)告環(huán)節(jié)為與會(huì)單位打造了一個(gè)相互交流的平臺(tái)。中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院張秀華部長關(guān)于“公司科研管理”的報(bào)告，中國建筑科學(xué)研究院有限公司張靖巖對(duì)“公司科技管理體系”的分享，深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院周立枚副部長以“科研投入的預(yù)算及考核管理”為主題的討論，北京建筑機(jī)械化研究院楊如冰總會(huì)計(jì)師的《國企“雙百”改革實(shí)踐與財(cái)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(fèi)用加計(jì)扣除風(fēng)險(xiǎn)梳理》的報(bào)告，獲得了近70位與會(huì)代表的熱烈反響。

會(huì)議也對(duì)在第13次中國建設(shè)會(huì)計(jì)學(xué)會(huì)征文活動(dòng)中獲獎(jiǎng)的單位及個(gè)人進(jìn)行了表彰。據(jù)悉，其中尚未發(fā)表的論文，學(xué)會(huì)已擇優(yōu)推薦在中國建設(shè)會(huì)計(jì)學(xué)會(huì)主辦的期刊《建筑會(huì)計(jì)》發(fā)表。