邢凱峰，肖官衍，王小平，王公成，李紅艷

（1.黃山學(xué)院 建筑工程學(xué)院，安徽 黃山245041；2.西南交通大學(xué)-利茲學(xué)院，安徽 池州247100）

1 引 言

徽派木構(gòu)古民宅的水平構(gòu)件與豎向構(gòu)件多以半榫和透榫的形式進(jìn)行拉結(jié)。其做法都是榫的穿入部分的長(zhǎng)度至柱中部位，半榫相較于透榫的結(jié)構(gòu)作用較差。為了防止拔榫現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)點(diǎn)處多采取設(shè)置“關(guān)鍵”、替木或雀替的辦法予以解決。對(duì)既有材料的掌握和組織實(shí)施，使得中國(guó)建筑營(yíng)造對(duì)于木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用愈加?jì)故熘翣t火純青，其成就令后人難望其項(xiàng)背[1]。

2 節(jié)點(diǎn)受力分析及其建模

2.1 節(jié)點(diǎn)計(jì)算模擬

徽派木構(gòu)古民宅木構(gòu)件的榫卯節(jié)點(diǎn)是半剛性連接，其變形介于鉸接和剛接之間。本文以棠樾某民宅為例，該民宅為典型的徽派木結(jié)構(gòu)建筑，受力結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)，沒(méi)有多余的裝飾。這些規(guī)律與組合方式的受力分析可以從建筑靜力與結(jié)構(gòu)承重的角度出發(fā)[2]。

2.1.1 節(jié)點(diǎn)剛度

1.半榫（梁與中柱相交），X方向取1.0×1012kN/m，Y和Z方向均取1.41×104kN/m。

2.透榫（梁與邊柱相交），X方向取1.0×1012kN/m，Y和Z方向均取2.82×104kN/m。

2.1.2 杉木、馬尾松的強(qiáng)度和彈性常數(shù)

1.杉木、馬尾松的強(qiáng)度

木材按《規(guī)范》取杉木、馬尾松的順紋抗壓強(qiáng)度分別為10N/mm2和12N/mm2；杉木、馬尾松的順紋抗彎強(qiáng)度分別為11N/mm2和13N/mm2。

2.杉木、馬尾松的彈性常數(shù)，如表1。

表1 杉木、馬尾松的彈性常數(shù)

2.2 基本信息

該民宅建筑的一、二層平面圖及I-I 剖面圖如圖1所示。

圖1 一、二層平面圖及I-I剖面圖

2.3 作用于木構(gòu)架上的荷載

2.3.1 屋蓋的荷載

屋蓋荷載設(shè)計(jì)值：1.2×0.713+1.4×0.53=1.60 kN/m2

2.3.2 樓層的荷載

樓面荷載設(shè)計(jì)值：1.2×0.35+1.4×2.0=3.22kN/m2

2.3.3 構(gòu)件的尺寸（單位：mm）

其主要構(gòu)件尺寸分別為：頂層穿枋50×200，其他穿枋均為50×300；斗枋120×200；纖子150×250；房帖50×250；四周與墻體相連的柱直徑160，其余中柱直徑均為180；屋蓋和樓蓋梁均為150×300。

3 計(jì)算模型和結(jié)果分析

3.1 計(jì)算模型

該民宅木構(gòu)架的三維計(jì)算模型如圖2 所示，計(jì)算模型共有節(jié)點(diǎn)2522個(gè)，單元2285個(gè)，其中梁?jiǎn)卧?336個(gè)、柱單元949個(gè)。

圖2 三維計(jì)算模型

3.2 計(jì)算結(jié)果及分析

3.2.1 內(nèi)力計(jì)算分析結(jié)果

該民宅木結(jié)構(gòu)的軸力圖和彎矩圖如圖3 所示，3/E柱軸力最大為30.65kN，中跨梁上的彎矩值最大為7.37kN·m。

3.2.2 位移計(jì)算分析結(jié)果

該民宅木構(gòu)架的整體位移和豎向位移如圖4所示。

圖4 整體位移和豎向位移圖

從位移圖中可以看出：1.底層連接中間兩根脊柱纖子的跨中位移最大，可以采取增大纖子截面尺寸的措施以提高結(jié)構(gòu)整體剛度，達(dá)到減小跨中位移的目的；同時(shí)，此處的彎矩也是最大的，可以采取減小纖子跨度，或?qū)⒗w子做成月梁式，并向上反拱的措施以達(dá)到減小跨中彎矩的目的；采取在纖子與柱相連處設(shè)置替木或雀替的措施，這樣既增大了支撐長(zhǎng)度又增加了接觸面，以達(dá)到增強(qiáng)梁、柱節(jié)點(diǎn)剛性的目的。2.豎向位移明顯大于水平位移，脊柱的水平位移和軸力值均最大。脊柱在整個(gè)木構(gòu)架的作用是十分重要的，要保證木構(gòu)架整體不散架，整體結(jié)構(gòu)不倒塌，必須要保證脊柱是安全可靠的。

4 小 結(jié)

本文以棠樾某典型清代民宅為例，通過(guò)建模計(jì)算并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，從而得出徽派木構(gòu)古民宅木構(gòu)架通柱以水平位移為主，整體位移較小，提高榫卯節(jié)點(diǎn)剛度的同時(shí)也充分發(fā)揮了木材的力學(xué)性能。木構(gòu)架榫卯節(jié)點(diǎn)處設(shè)置雀替等增強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的剛性，保證通柱中脊柱的可靠，可大幅提高結(jié)構(gòu)骨架的整體性。