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對古建類結構設計與強度計算的建議

日期:2016/12/15 1:46:15      編輯:古建築彩繪

對此問題應區別仿古建、復古建、維修古建三方面來談(由於中國古建巧妙地采用了隔震技術,故這裡暫不談有關地震問題,另見下節)。

4.1 就仿古建而言,在當今多元文化氣氛下已不再視作冒牌假貨,它實際是古建隨科技進展的延伸發展。對其建造的宗旨是其功能應滿足現代化使用要求,快好省建成。對其外形觀感要求具備中國傳統風格神韻氣質。這類建築一般規模不是很小,對其建造是存在與現代結構進行造價省,施工快,優劣方面的激烈竟爭。在此情況下,對其設計應是盡量采用能有好省快效果的新結構為妥,如舉架采用鋼桁架甚至對頂斜梁加拉桿的三桿架、檩及椽條用薄壁鋼管,柱用配筋磚柱、砼柱、鋼管柱,屋面用瓦型彩鋼板等。在此情況下,對結構的強度計算應是遵照國家現行設計規范進行。

4.2 對復古建築,它要求其在外形及內部骨架細部方面皆同古建。鑒於古建已有通用的營造法則,依其規定制做,自然會符合於對建築要求的初衷。由於營造法則的制定在安全度方面都有較大安全保證,故不必另作設計計算,但進行中應根據已知的受力情況對薄弱處給予著重加強;必要情況下作一點簡化計算是必要的,可按實際據理進行。

4.3 對古建維修,此項工作應是要求慎重仔細進行,對重要的大型古建(如應縣木塔)更應具有先期研究、測試配合的過程。由於古建結構自身存在建築初期就具有的“受力較大截面受限的薄弱環節”(如柱頭部位),因之修繕的著眼點須是應對薄弱環節,而對其它大多部位僅作一般針對腐朽、硬傷等特殊情況的查測,無問題即可放過。對薄弱環節如能采取有效的加固做法,使其恢復承載的原有安全度,則應避免落架形成拆了重建的大動作。針對此狀況,對古建結構的強度計算就成為必須進行的環節,以作為對殘破如何取捨處置的確切力學理論依據。一般情況下的計算工作可按以下建議的步驟進行。

1)對僅承受豎載的梁件,如無異常(腐朽、硬傷等),則可認為已經過承載歷史的考驗,不作處置。

2)對結構的抗側(抗風)能力,首先查看建築中如存在布局完備,砌築良好的牆砌體可協助抗風,則對上部木構也僅作一般查看,如無異常(腐朽、硬傷)情況,則可不作特殊處置。當不存在能協助木構架抗風的牆體時,則應對木構架進行抗風計算。

3)對古建木構架計算的具體進展應是:

第一步,在結構的各類柱中核查選出在豎載及側力(風載)最不利組合作用下的最大柱底剪力Vmax

第二步,分別按實際尺寸及用材樹種計算該柱頂梁件可提供的,柱頂底傳力移位的效應力矩Mb[按公式(4)計算]。及枋件端榫可承擔的力矩Mf[按公式(3)計算]

第三步,將MbVmaxH(柱高)進行對比,如MbVmaxH則視木構架的抗側能力可允許,對構架可不作大的處置。如MbVmaxH,則須按公式(5)計算總的約束力矩M,此時對式中的起步變形S值應根據已有的調查資料或試驗數據予以確定,當MVmaxH時,可視木構架的抗側能力為允許。

應當承認,在以上的計算中,對柱底剪力Vmax的確定是存在著較大難度,這是因為從總體看:單個建築中全結構承受的風載即為風對建築的總風力,其對結構底層的總剪力是明確的。按作用風向,可確定參予工作的抗風構架,每排抗風構架承擔的風力應按抗側剛度的大小比例分配,而後再求得分配於各柱的柱底剪力。這裡說了簡單,但從分配的操作層面上看有難度,它涉及屋頂或樓層面的剛性、各柱頭的構造細節、枋端榫卯的加工精度及起步變形S的量值及其均勻性、各柱頭MbMf生成過程的應力――應變特征……都難以確定。這在目前缺泛調查、試驗研究資料的情況下,如維修工程確屬需要時,我們可以主要依據歷史過程已有的結論及充分了解的現實情況,參照現代空間框架結構受力的思路及砌體結構設計中引用空間性能影響系數的做法,通過比對、思索、判斷的概念分析手段,適當留有安全余地來給予確定。此項工作是難,但只要考慮周全、慎細推敲,這從既往工程經驗[7][8]來看,還是可行的。

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