中國古代木構建筑博大輝煌,樓閣作為諸多木構建筑中的一種,其在跨度、構架形式和高度上均與眾不同,故其結構技術也必有特殊之處。本書即從結構分析的角度,以構架的受力機制為切入點,解析了中國傳統(tǒng)木構樓閣發(fā)展演變中的相關結構問題。分析以中國木構最基本的技術——榫卯節(jié)點的結構研究為基礎,結合試驗和結構計算,史料研究等多種手段。從新的角度,再次解讀了從原始的半穴居屋頂到高度數十米的木構樓閣的發(fā)展演變歷史。并對一些長期疑難的構架演變問題,如從層疊式到通柱式的演變,從結構學角度提出了新的理解。而結構分析的計算數據,還為這些寶貴遺產的保護提供了重要研究基礎。
《建筑遺產保護叢書:中國古代樓閣受力機制研究》致力于研究中國古代樓閣的受力機制問題。全書首先從建筑歷史演替研究視角出發(fā),指出了傳統(tǒng)木構樓閣構架演化中的結構演化這一暗線。隨后從實例調研、歷史比較等多種途徑指出了結構研究的關鍵在于抗側剛度和榫卯剛度的研究,并說明該核心問題是解析樓閣演替中層疊式向通柱式發(fā)展內在機理。
樂志,江蘇南京人,1979年生。本科畢業(yè)于南京建筑工程學院(現南京工業(yè)大學)土木工程專業(yè),碩士和博士研究生階段皆就讀于東南大學建筑學院建筑歷史與理論專業(yè)。目前任教于南京林業(yè)大學風景園林學院。主要的研究方向是建筑遺產保護的結構研究。自碩士階段起,即開始針對中國傳統(tǒng)木結構的結構特性和榫卯節(jié)點的結構性能進行分析研究,主要擅長榫卯結構模型、試驗和構架有限元分析等。曾參與多項國家自然科學基金項目。目前主持的國家自然科學基金項目為“明清木構樓閣構架演替中拼柱榫卯及受力機制研究”(51308299)。
1 緒論
1.1 樓閣釋義
1.2 文獻綜述和研究概況
1.2.1 過往研究的深度局限
1.2.2 過往研究的系統(tǒng)缺陷
1.3 樓閣演變過程中的基本現象和問題
1.3.1 原始社會
1.3.2 奴隸時期
1.3.3 秦到西漢
1.3.4 東漢到南北朝
1.3.5 唐宋時期
1.3.6 元明清時期
1.3.7 木構樓閣演變中的結構規(guī)律
1.4 木構安全度初探
1.4.1 豎直荷載下的安全度及其分布特征
1.4.2 案例分析和解讀
1.4.3 傳統(tǒng)提高安全度方法評析
1.4.4 豎直荷載下安全度深入探討
1.4.5 豎直荷載安全度分析小結及探討
1.4.6 水平作用下的木構安全淺析
1.5 木構結構定量分析研究基礎
1.5.1 節(jié)點結構研究成果與問題
1.5.2 構架結構研究情況
1.6 本章小結
2 研究體系與思路
2.1 研究對象概念界定
2.2 受力機制研究目標與技術路線
2.2.1 研究技術路線圖
2.2.2 榫卯節(jié)點
2.2.3 斗棋
2.2.4 構架
2.3 木材材性和計算假設
2.3.1 木材的基本特性
2.3.2 腐敗和長期荷載作用下的木材屬性
2.3.3 木材計算簡化和假設
2.4 計算分析通用假設和說明
2.4.1 術語
2.4.2 符號
2.4.3 坐標
上篇 節(jié)點研究
3 榫卯類型差異研究
3.1 榫卯的基本類型和變化組合
3.2 榫卯類型選擇
3.3 試驗方案設計
3.4 試驗加載、現象描述與分析
3.4.1 總體特征和加載方式
3.4.2 水平作用下試驗現象
3.4.3 豎直荷載下試驗現象
3.4.4 試驗現象小結
3.5 試驗數據分析
3.5.1 豎直荷載作用
3.5.2 水平荷載作用
3.6 榫卯轉動剛度簡化模型
3.7 不同形式、不同作法的榫卯半剛性差異及數據分析
3.7.1 豎直荷載作用下榫卯比較
3.7.2 水平作用下榫卯比較
3.8 受荷狀態(tài)對榫卯轉動剛度半剛性的影響
3.8.1 豎直荷載與水平作用下榫卯半剛性行為差異
3.8.2 柱頭豎直荷載有無的差異
3.9 本章小結
4 斗棋節(jié)點研究
4.1 研究對象
4.2 研究目標
4.3 試驗設計
4.4 實驗現象,描述和分析
4.4.1 宋式四鋪作,華棋方向變形
4.4.2 宋式五鋪作,華棋方向變形
4.4.3 宋式六鋪作,華棋方向變形
4.4.4 宋式四鋪作,橫棋方向變形
4.4.5 宋式五鋪作,橫棋方向變形
4.4.6 宋式六鋪作,橫棋方向變形
4.4.7 清式華棋向
4.4.8 清式橫棋向
4.4.9 其他現象與總結
4.5 試驗數據及分析
4.6 斗棋轉動剛度半剛性退化曲線模型
4.7 斗棋轉動剛度差異研究
4.7.1 宋式三個等級華棋向轉動剛度比較
4.7.2 宋式三個等級橫棋向轉動剛度比較
4.7.3 宋式同一等級斗棋華棋向和橫棋向的比較
4.7.4 清式華棋向和橫棋向的比較
4.7.5 清式和宋式斗棋抗側剛度比較
4.7.6 清式和宋式在華棋向半剛性的比較
4.7.7 宋、清式斗棋橫棋向比較
4.7.8 豎直荷載的影響
4.8 與其他研究成果之比較
4.9 總結與探討
4.9.1 分析小結
4.9.2 討論
5 豎向拼柱榫卯研究
5.1 研究對象
5.2 研究目標
5.3 試驗設計
5.4 實驗現象,描述和分析
5.4.1 十字榫口,有鐵件
5.4.2 有鐵件加固的對角榫
5.4.3 單向榫口,卯口方向豎直加載,有鐵件
5.4.4 十字榫口,無鐵件
5.4.5 對角榫口,無鐵件
5.4.6 單榫口,無鐵件
5.4.7 現象小結和初步分析
5.5 試驗數據及分析
5.6 拼接柱榫卯轉動剛度半剛性退化模型
5.7 不同拼接方式轉動剛度比較
5.7.1 三種鐵件加固榫卯的差異
5.7.2 未加鐵件的榫卯差異
5.7.3 十字榫有無鐵件加固時的區(qū)別
5.7.4 無鐵件的對角榫和十字榫的異同
5.7.5 所有拼接柱的比較
5.7.6 豎直荷載的影響
5.8 總結與探討
6 直榫專項研究
6.1 研究對象和緣起
6.2 研究目標
6.3 試驗設計
6.4 實驗現象描述和分析
6.4.1 榫長變化的影響
6.4.2 榫寬變化的影響
6.4.3 榫肩作法的影響
6.4.4 銷釘作法的影響
6.4.5 分榫作法的影響
6.5 試驗數據及分析
6.6 直榫轉動剛度退化模型
6.7 尺寸和作法對榫卯轉動剛度的影響
6.7.1 榫寬的影響
6.7.2 榫長的影響
6.7.3 榫肩的影響
6.7.4 銷釘的影響
6.7.5 分榫的影響
6.8 與同類研究結果的比較
6.9 總結與探討
下篇 構架受力機制研究
7 單層木構受力機制及對樓閣的影響
7.1 混沌與探索——綁扎節(jié)點的穴居小屋
7.1.1 重要案例
7.1.2 分析模型
7.1.3 受力機制解析
7.2 蒙昧初開——河姆渡的榫卯構架
7.2.1 河姆渡榫卯構架基本情況
7.2.2 受力機制解析
7.3 過渡期——土木混合結構的第一次內移
7.3.1 重要案例
7.3.2 分析模型
7.3.3 總結和討論
7.4 合縱——縱架和榫卯節(jié)點的第一次結合
7.4.1 重要案例
7.4.2 分析模型
7.4.3 小結和討論
7.5 層疊與合縱連橫——不僅是縱架的大發(fā)展
7.5.1 重要案例
7.5.2 分析模型
7.5.3 總結和討論
7.6 柱頭花開——橫架中斗棋的發(fā)展
7.6.1 重要案例
7.6.2 分析模型
7.6.3 小結和討論
7.7 盛極而衰——鋪作層的興盛和衰敗
7.7.1 重要案例
7.7.2 分析模型
7.7.3 小結與探討
7.8 返璞歸真——榫卯直連框架體系的興盛
7.8.1 重要案例
7.8.2 分析模型
7.8.3 小結與討論
7.9 本章小結
8 多層樓閣受力機制
8.1 百花齊放——漢代樓閣結構的多樣性探索
8.1.1 重要案例
8.1.2 分析模型
8.1.3 小結與討論
8.2 高度的沖刺——南北朝時期的高“塔”
8.2.1 重要案例
8.2.2 分析模型
8.2.3 小結與討論
8.3 從塔走向閣——重疊的單層殿閣
8.3.1 重要案例
8.3.2 分析模型
8.3.3 隋唐樓閣小結探討
8.3.4 遼代殿閣式樓閣重要案例
8.3.5 殿閣式樓閣模型分析
8.3.6 小結與討論
8.4 新的選擇——宋代的“通柱造”
8.4.1 重要案例
8.4.2 分析模型
8.4.3 小結與討論
8.5 簡化與加強——宋之后的樓閣“梁柱造”
8.5.1 重要案例
8.5.2 分析模型
8.5.3 小結與討論
8.6 本章小結
9 水平動載下的樓閣構架受力機制
9.1 動力學構架研究方法和對象
9.1.1 現有研究理論的不足
9.1.2 研究思路
9.1.3 研究對象
9.2 構架振形比較研究
9.2.1 構架一振形及分析
9.2.2 構架二振形及分析
9.2.3 構架三振形及分析
9.2.4 構架四振形及分析
9.2.5 本節(jié)小結
9.3 構架抗側剛度退化研究
9.3.1 構架一剛度退化規(guī)律及分析
9.3.2 構架二剛度退化規(guī)律及分析
9.3.3 構架三剛度退化規(guī)律及分析
9.3.4 構架四剛度退化規(guī)律及分析
9.3.5 構架間剛度退化規(guī)律比較
9.4 木構樓閣的地震響應分析
9.4.1 地震分析設計
9.4.2 框架一地震分析
9.4.3 框架二地震分析
9.4.4 框架三地震分析
9.4.5 框架四地震分析
9.4.6 綜合分析
9.4 本章小結