摘要
江南地区宋元时期传统木构作为中国传统木构源流的重要一支，无论对研究本地区的木构谱系还是研究中国传统木构的发展脉络都有着重要价值。然而由于江南地区水系发达、气候湿润，加之战争和人为破坏等原因，江南地区留存下来的宋元时期木构建筑实例十分匮乏。另一方面，建筑的连续倒塌事件发生越来越频繁，江南地区传统木构建筑更是面临着同样的风险。若因为局部破坏而导致这些珍贵的木构建筑出现连续性大面积的坍塌是非常可惜的。为了对这些珍贵的文化瑰宝进行有效的保护，亟需对江南地区宋元时期传统木构建筑的抗连续倒塌问题进行研究。本文结合结构试验和有限元分析的方法，从传统木构中的重要构造——铺作切入，对其在结构倒塌时的受力机制和作用进行研究。 首先，本文总结了江南地区宋元时期传统木构建筑的铺作样式和铺作布置方式等方面的特点。研究结果表明：该时期斗栱形式上多用双昂，后尾挑斡至下平槫且与梁柱均有所连系，五至七铺作更为普遍。宋代面阔补间铺作之典型布置方式为当心间2朵、次间1朵，至元代则增加为当心间3朵、次间2朵。 其次，本文选择了典型斗栱样式进行精细化有限元分析，总结了主要构件的传力路径和受力机制，并提出了一种适用于大尺度有限元分析的斗栱简化建模方法。研究结果表明：在屋面荷载情况下，斗栱衬方头、外耍头和昂受弯，华栱和华头子则主要受压，面阔方向的单栱、重栱与枋组合受力；在倒塌情况下，斗栱主要通过梁枋向两侧传力，枋与栱在散斗处脱开，不再共同作用；本文提出的“梁杆式”简化模型计算时间远小于精细化实体有限元模型所需时间，约下降90%~97%，且总体上与精细化模型的一致性较好。 接着，本文选择典型传统木构单榀框架进行连续倒塌试验研究，研究不同的铺作样式和布置方式对木框架抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明：结构倒塌时，柱间阑额是主要的传力构件。但是，铺作间的横向构件也可以在倒塌时提供有效拉结，与阑额共同工作。柱头正心位置的构件是较为关键的受力构件；铺作的存在还可以有效的提升结构的总承载力，有补间铺作的木框架总承载力约比无铺作的木框架高出138%~158%，仅有柱头铺作的木框架也比无铺作的木框架高出约45%~60%；相较于柱头铺作，补间铺作在倒塌时起到作用更为十分关键，可有效提升结构在倒塌时的延性和总承载力。 最后，本文选择典型江南地区宋元时期传统木构实例进行抽柱后结构的空间推覆分析，研究铺作在空间木构架连续倒塌时对结构传力路径及极限承载力的影响。研究结果表明：当某根柱突然失效时，周围的梁、枋、槫、阑额等横向构件可以提供多个方向的拉结，防止结构进一步的倒塌；铺作之间的横向构件在倒塌时联合周围构件形成“组合桁架”共同受力，提供了有效传力路径和整体性拉结，大大增强了结构倒塌时的备用荷载路径。这也使得局部柱失效后结构的极限承载力提升约30%~50%；相比与檐柱和角柱的失效，金柱的失效更不容易造成木构大殿的连续性倒塌。 本文的研究可为江南地区宋元时期传统木构建筑的抗连续倒塌加固保护提供科学依据。
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