3.1 根據當今結構力學的觀點：柱底為不動鉸的構架、如若柱頂沒有強有力的支頂拉接（如長向磚牆或斜撐），同時柱頂構件不能提供限制柱側傾的約束力矩時，則該構架柱在受到水平外力作用下是必然會全部傾倒。今結合古建木構架的實際狀況，由於它存在柱頂枋件並以燕尾榫作法與柱連接，如以上分析所述，該節點在出現“起步變形”之後枋件是可以承擔一定的作用給柱的力矩來約束柱的連續傾倒變形。依此來看風力作用下的枋件與柱，由於枋件是左右兩端支於柱頂、左右柱長不變，則枋件就不會出現轉動，但對柱來說，由於柱頂在風力作用下會出現柱頂移位，但柱底不動，這就使柱產生少許側傾變形，此變形將使柱與枋件的夾角帶來變化，這就形成了“起步變形”，隨之引發枋件端榫對柱出現約束力矩以防止柱側傾的擴大。此項約束力矩是同時出現在枋件兩端，且兩端約束柱身轉動的方向相同（示如圖2）。該約束力矩M_f傳給柱後，將與柱底相應承擔的剪力V₁所引發的柱頂彎矩V_1·H₁相互平衡。對此可列式如下：

M_f= V_1·H₁                                                                        （1）                                                          

式中：V₁——對應M_f可允許的柱底剪力；

H₁——由柱底到枋件中心的高度；

M_f——枋件端榫可承擔的力矩，對其量值的計算可如 下進行。                                                  圖2

今設枋件受力時，其承擔的彎矩是使頂面受拉，則在圖1的CABDD₁B₁A₁C₁面上的應力分布根據概念推理將如圖3所示，圖內於截面高度的中部大片應力為零，這是考慮存在起步變形的情況所致（若視截面為連續彈性體，則僅是在截面中部的中和軸處應力為零）。針對圖3的應力分布，我們對枋件端（榫根）截面的受力可近似取上部拉力總和F為：

F=0.2H·b×1.1×f_t=0.22 Hbf_t                                   （2）

式中：H·b為枋件截面高及榫根頂面寬（示如圖3）。

f_t為木材順紋抗拉強度設計值，可根據用材樹種參照國家標准（GB50003-2003）取用，對f_t前的1.1系考慮木材高韌性^[10]局部受力暫用的提高系數（日後經試驗可作修改）。由於截面上下屬力偶抗彎、下部壓力之和亦為F，這樣，榫根允許承擔的彎矩M_f可暫如下：               圖3                                                                                                              

M_f=F×0.8H=0.8H×0.22Hbf_t=0.176bH²f_t                                                                                          （3）

3.2 對榫連柱枋木構架具有“起步變形”的特點來看，其對木構架的受力工作將是引起柱頂位移的加大。位移加大——這對鋼筋混凝土框架及鋼框架來講是屬不到因素，按現行規范必要時要求在結構設計計算中考慮P·△效應，進行二階彈性分析。對木構古建從現實來看，構架的梁件（柁梁、檩）是簡支浮放在柱頭頂面，而柱底也是浮放在柱礎石頂面之上。考慮到木構架在受水平外載作用後，柱頂出現側移時會伴隨出現柱頂面及柱底面的傾斜，形成柱頂面一角降下，另角升起（示如圖4）。這將導致柱頂簡支梁件對豎重的向下傳遞由原先的在柱中心下傳改為由柱頂升起的角邊下傳。同時，側傾了的柱下端其對豎載的向下傳遞也由原先從中心下偉改為由柱底面斜下角（此角與柱頂的升起角為斜對）下傳。這種因柱頂底面由平變斜引發的豎載在柱頂面及底面上的移位傳遞，對柱而言起著迫使柱減輕側傾的趨勢；應認為是一項對柱頂作用的約束力矩。今命此柱頂底傳力移位的效應力矩為M_b，則在推理及假定條件下可有下式：

M_b=N·K·B=KNB                                           （4）

式中：N為柱件傳下的豎載力；

    B為柱頂面寬；

    K為出現M_b時柱頂底所傳豎力線平行中距與B的比值，可取為0.6～0.9。如屬必要可根據實況作試驗確定。

與此同時，我們也應清晰認識“起步變形”的不利影響一面。今取“起步變形”形成柱頂的位移值為S（此S值主要與榫卯加工精度有關，它由零起始，直達S後，枋件才通過榫接對柱產生約束力矩），則上柱頂豎載N將因S的出現產生導致柱傾的致傾力矩NS此致傾力矩對柱的作用與約束力矩為相反。這樣看來，柱頭在承受水平外載出現起步變形之初，首先出現M_b的約束力矩，當其能力不足隨著起步變形到達S後，M_f才起始參予。此時施加給柱的總的約束力矩M可如下式表示：                                                               圖4

M=M_b-NS+M_f=KNB-NS+M_f                                                                                                                          （5）

在上式（5）中M_b可認為是恆定，M_f則是僅當出現NS時才會形成來參予工作。而NS的出現是標志著單由M_b來約束柱已能力不足，需M_f出面參予合作才能完成的約束柱的側傾歪倒。這裡反映出一個現象，即當柱頂壓重N很大（多層塔類結構當屬此），柱的尺寸又較寬（即B較大）時，M_b將顯著為大，此情況下有可能會是單有M_b即可約束柱不出現側傾歪倒。此時的柱身只是將要出現側傾趨勢——柱頂位移則有一點出現，其量遠不及起步位移S值，在這種情況下對結構的使用無疑是十分良好的。

為進一步闡明M_b存在的作用意義，今借文獻[5]、[6]對應縣千年木塔的有關數據、尺寸對M_b作如下粗略估算：

木塔上部總重（不計底層牆體重時）=2940t。

塔高65.86m，除去頂部尖端及底部半層高後的計算底層風壓總剪力的承風壓折算高度取為48m。

塔身八角形，近似取受風面的直徑為25m。

塔體明暗共9層，底層柱淨高取用5.2，柱寬取5.2÷11=0.48m。

今設塔底的柱根數為n，則單柱承擔的下傳豎載力N=2940t÷n。

按公式（4）計算M_b並取K=0.85，則

M_b=0.85×(2940÷N) ×0.48=(1200÷N)t-m

據文獻[11]計算塔體受風時的底層總剪力V為：

V=1.4×1.05×1.42×0.8×0.8×55×48×25=88172kg

此總剪力對底層柱頂產生的總彎矩=88.172×5.2=458.5t-m。

平衡此彎矩所需全效能服務的柱根數=458.5÷1200/n=38.2%n。

上式計算充分說明M_b的影響是相當可觀，不需全部柱參予，僅有總數38.2%的全效柱即可在塔體不出現明顯的“起步變形”條件下（即枋件端榫全然不工作），單由柱頂底傳力移位的效應力矩即可與塔體受風的設計值取得平衡。

細心觀測圖5所示的多層塔梁柱接頭示意，可看出上述結論並不意外。這是因為夾於上下柱之間的梁完全類似於上下柱連成整根而梁好象是透榫，穿入其間，榫與卯孔間完全無隙，這樣的約束雖然不是真正的透榫但其作用效果是可以令人滿意的。

3.3 通過以上的分析探討，我們可對古建構架特點作如下表述。

（1）古建木構架的主件皆由柱、梁件、枋件三類構成，梁件與枋件上下平行配置，但二者有著明確的分工。梁件首先始終承擔其上豎載的向下傳遞（其對水平外力的抵抗參予則與傳載大小、柱寬尺寸有關）。而枋件僅在必要情況下——即柱出現一定的側傾S之後，才承擔抵御水平外載。

（2）依構件受力重要性區別來說，在單層古建中，梁件承受豎重後，形成跨中截面彎矩值最大，但實際工程中一般因截面選用較大，故相對而言，梁件多不存在薄弱環節。但仿件相比則不同，因其在抵抗側向水平力情況下支座截面所受彎矩最大，同時還有剪切力存在，而相應枋件端頭燕尾榫根部因截面削弱過多，故形成為明顯的薄弱環節，這對亭、榭類建築卯榫的尺寸決擇、精細密合施工都是需要特別注意的。對柱則因其頂端所受彎矩為最大，更加柱頂存在多個卯口，形成截面明顯的缺失，而燕尾榫 的受力又會形成柱頂的劈裂應力，故該處也存在形成為薄弱面的隱患。                                                                           圖5

（3）由於柱的頂底面與相鄰構件都是浮擱簡支狀態，而柱的高寬比相對較大，這在梁端負重較大時，是存在有對柱作用的約束力矩（即柱頂底傳力移位的效應力矩）M_b，此約束力矩對單層結構來說其效應多不顯著，但對多層的塔體結構來說，則是十分重要的抗側力因素，在這種情況下，梁的受力將不再是簡支受力，梁端也出現了明顯的受彎，其在結構中的重要性正如此前對應縣木塔估算數據表明的那樣——非常顯著。