在中國古代建筑中,許多建筑經歷過多次強地震,這是中國乃至世界歷史上的一個地震奇跡。柔性框架、臺式隔震、斗拱支撐、榫榫連接,是古木結構的抗震機制。
住宅木結構古建筑從下到上分為基礎、柱框架層、鋪裝層和屋頂,其中木框架承擔了大部分結構的載荷作用,而墻體只起分割和封閉的作用。
1.古建筑材料的地震效應
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,并具有較強的恢復變形能力,在水平地震下能產生較大的橫向變形而不造成斷裂損傷。
2.古建筑結構的抗震防治效果
(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,這使得建筑的質量和水平剛度隨著高度的變化更加均勻。規則對稱的布局使建筑的質心與建筑物的剛度中心重疊最大,大大避免了建筑物發生地震時剪切效應對墻體的扭轉效應。
木制框架承擔并傳遞屋頂的整個負載,而墻只保持空間隔離。在地震作用下,連接處的摩擦滑動,以及柱底部旋轉滑動減震,形成良好的隔離耗能結構體系。
(3)在木結構建筑中,結構構件采用榫眼和榫頭連接,雖然削弱了木構件的承重面積,節點的承載能力下降,但古結構中的材料很大,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構的特性,而且由于榫眼接觸面的摩擦而消散了地震能量,相當于在節點上安裝一個阻尼器,從而降低了結構的地震響應。
3.古建筑在整體上的地震效應
在建筑物上,有些有多柱,當地震力用于建筑物時,柱會在它們之間產生緩沖力,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,類似于現代建筑的環梁,是一種非常有效的防震t截面加固方法。當地震力用于建筑物時,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小三角形上,使地震力不集中在某一點。
中國古建筑是中華民族的珍貴遺產,也是世界建筑史上不可或缺的一部分。中國現存最早的古代木結構建筑已經存在了一千多年,許多建筑在經歷了多次自然災害后仍屹立不倒。從結構性能的角度來看,古木結構具有重要的研究價值。一方面可以提高古建筑的維護和加固水平,另一方面也可以為現代建筑的設計提供一些有益的參考。