《營造法式》構(gòu)造的力學(xué)意義研究

周 乾，楊 娜

(1.大同大學(xué) 歷史與旅游文化學(xué)院， 山西 大同 037009； 2.故宮博物院， 北京 100009；3.北京交通大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院， 北京 100044)

《營造法式》由李誡編寫，是北宋官方頒布的一部建筑設(shè)計、施工的規(guī)范書，是我國古代最完整的建筑技術(shù)書籍。全書34卷，357篇，3 555條，規(guī)范了各種建筑做法，詳細規(guī)定了各種建筑施工設(shè)計、用料、結(jié)構(gòu)、比例等方面的要求，規(guī)定了大木作、小木作、石作、瓦作、雕作、旋作、鋸作、竹作、彩畫作、磚作等13個工種的制度，并說明如何按照建筑物的等級來選用材料，確定各種構(gòu)件之間的比例、位置、相互關(guān)系[1]?！稜I造法式》規(guī)定的古建筑木結(jié)構(gòu)主要由基礎(chǔ)、柱、梁、鋪作、屋頂?shù)炔糠纸M成，見圖1，其中梁與柱采用榫卯節(jié)點形式連接。

(1-基礎(chǔ)；2-柱；3-梁；4-鋪作；5-屋頂)

圖1古建筑木構(gòu)架示意圖

部分學(xué)者對《營造法式》中的構(gòu)架或構(gòu)件(節(jié)點)開展了力學(xué)性能研究。近年來的主要成果有：張風(fēng)亮等[2]按照《營造法式》的構(gòu)造要求，建立了古建筑木結(jié)構(gòu)屋蓋梁架層模型，開展了動力性能分析，獲得了屋蓋梁架層的結(jié)構(gòu)動力特性和地震響應(yīng)，并求解出了各梁架層的動力放大系數(shù)。孟濤[3]以《營造法式》中的構(gòu)造規(guī)定，采用仿真分析方法，建立了木構(gòu)古建直榫、燕尾榫、管腳榫和搭扣榫四類榫卯節(jié)點的模型，通過水平低周反復(fù)加載方式，進行了上述節(jié)點抗震性能和加固方法研究，認為各節(jié)點具有較好抗震性能，而采取碳纖維布和扁鋼方法有利于提高榫卯節(jié)點抗震性能。謝啟芳等[4]對7個按《營造法式》制作的燕尾榫節(jié)點模型進行了水平低周反復(fù)荷載試驗，對比分析節(jié)點的抗震性能及其隨各影響因素的變化規(guī)律，認為古建筑燕尾榫節(jié)點具有較好的滑移性能和耗能性能。馮凱[5]以《營造法式》六等材木構(gòu)架為研究對象，采用仿真分析方法，建立了考慮柱腳、燕尾榫節(jié)點殘損的古建筑模型，通過模擬水平低周反復(fù)加載方式，研究了殘損古建筑的抗震性能，認為柱腳殘損會削弱結(jié)構(gòu)整體減震隔震能力，但對結(jié)構(gòu)整體的剛度影響不大；燕尾榫殘損會直接影響結(jié)構(gòu)整體在地震荷載作用下的剛度變化趨勢，削弱結(jié)構(gòu)繼續(xù)承受荷載的能力。賀俊筱等[6]參照《營造法式》的相關(guān)規(guī)定，制作了七等材木柱模型，通過低周反復(fù)荷載試驗，驗證了水平地震、風(fēng)荷載作用下柱腳抬升判定的條件，認為當(dāng)柱頭位移達到10 mm時，柱腳出現(xiàn)一側(cè)抬升一側(cè)受壓現(xiàn)象。上述研究成果對于《營造法式》中的木構(gòu)古建力學(xué)性能研究具有一定推動作用。

從研究現(xiàn)狀來看，已有成果側(cè)重于《營造法式》規(guī)定的柱礎(chǔ)、榫卯節(jié)點、斗拱、屋頂?shù)葮?gòu)造單體的抗震性能仿真或試驗研究，而對上述構(gòu)造的力學(xué)意義進行歸納匯總，并開展理論分析，探討其力學(xué)機制等相關(guān)的成果較少?；诖?，本文在已有成果基礎(chǔ)上，開展《營造法式》構(gòu)造的力學(xué)意義研究，匯總探討我國木構(gòu)古建的靜、動力受力機制，結(jié)果可有利于我國木構(gòu)古建的保護與維修。

1 基礎(chǔ)

《營造法式》對建筑基礎(chǔ)的選址或者開挖有著嚴格的要求。比如卷三規(guī)定：“凡開基址，須相視地脈虛實。其深不過一丈，淺止于五尺或四尺，并用碎磚瓦石札等，每土三分內(nèi)添碎磚瓦等一分”?！胺查_基址，須相視地脈虛實”，這句話說明需要進行一系列的準備工作，如觀察場地所處的地質(zhì)條件是否良好，有無孔洞、虛土、巖石、地下水等不利條件，并把握好土的虛實、含水率、勻?qū)嵍鹊纫蛩?，確保地基土的承載力?！捌渖畈贿^一丈，淺止於五尺或四尺”，這句話對基礎(chǔ)開挖的深度進行了規(guī)定，即基礎(chǔ)的深度宜介于4尺(大約1.2 m)至1丈(大約3.1 m)之間。另外，華北地區(qū)的冰凍線較淺，約為0.8 m左右[7]。相應(yīng)的，《營造法式》中規(guī)定所開挖的基礎(chǔ)應(yīng)滿足冰凍線深度的最低要求。該基礎(chǔ)深度對于普通木結(jié)構(gòu)古建筑而言，可以滿足正常狀態(tài)的受力要求，其主要原因在于木結(jié)構(gòu)體系自重較輕，因而下沉不明顯。而當(dāng)?shù)鼗镣临|(zhì)條件較差時，《營造法式》規(guī)定了采用深基礎(chǔ)形式。對于各種基礎(chǔ)的地基土回填，《營造法式》規(guī)定為“并用碎磚瓦石札等，每土三分內(nèi)添碎磚瓦等一分”。也就是說，采取均勻密實的碎磚層和灰土層交錯回填夯實(磚層厚度與土層厚度比約為1∶3)。之所以考慮采用這種碎磚+灰土交錯回填的形式，其主要原因在于純灰土回填會使得上部建筑下沉量較大，而加入碎磚層后不僅可減小上部建筑的下沉量，而且可提高基礎(chǔ)的強度，有利于上部建筑的穩(wěn)定[8-9]。

當(dāng)建筑選址遇到地下水或者淤泥等不利地質(zhì)條件時，《營造法式》規(guī)定了樁基和筏基的使用。“凡開臨流岸口修筑屋基之制，開深一丈八尺，廣隨屋開數(shù)之廣。其外分作兩擺手，斜隨馬頭，布柴梢，令厚一丈五尺。每岸長五尺，錠椿一條，梢上用膠土打筑令實”。這句話的意思是在河岸建造建筑時，由于該位置土質(zhì)較松軟，因而其基礎(chǔ)開挖較深(一丈八尺，約5.8 m)，爾后采用長達一丈五尺(約4.8 m)的豎樁，樁底插在堅硬的持力層上。豎樁之上為水平樁，水平樁之上為灰土層，灰土層之上再建造房屋。此處豎樁作為上部建筑的主要支撐構(gòu)件，而水平樁則猶如承載平臺，有利于保持上部建筑的平整。

故宮慈寧花園東遺址基礎(chǔ)，根據(jù)勘察資料[7]，樁頂深度在地面3.8 m以下，樁徑為0.2 m左右，間距為0.4 m左右，采用的是堅硬的柏木。這說明古人已經(jīng)勘察到建造位置下部有受力薄弱的土層，通過樁基將持力層選擇堅硬的土層上，以提高建筑物的穩(wěn)定性。樁基之上為兩層水平放置的圓木，它們的直徑都在0.2 m左右。這兩層圓木非常類似于現(xiàn)代的筏基，地震作用下，該伐型基礎(chǔ)將會因滑動而產(chǎn)生隔震效果；筏基之上，則為厚約3 m的土層，它們采用黏土(厚約0.18 m)與碎石土(厚約0.05 m)分層夯實。該厚重土層相當(dāng)于樁基礎(chǔ)的承臺，使整座建筑物能平穩(wěn)地座落于基礎(chǔ)之上，在地震作用下不易產(chǎn)生傾斜或不均勻沉降。

2 柱

2.1 柱底平擺浮擱

當(dāng)僅僅研究柱底與柱頂石之間的力學(xué)關(guān)系時，可考慮整個柱頂以上部分為一個剛體。在地震作用下，該剛體的受力簡圖可用圖2表示。設(shè)古建筑的進深尺寸為L，計算高度為H，上部建筑重量為G，則水平地震作用下，滿足式(1)的條件時，古建筑不產(chǎn)生滑移：

Fek

(1)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》[10](GB 50011—2010)第5.2條、第5.3條規(guī)定，單質(zhì)點水平地震力的計算可按式(2)確定：

Fek=α1×Geq,Fvk=α2×Geq

(2)

式中：Fek為水平地震力；F為柱底與柱頂石之間的靜摩擦力；Fvk為豎向地震力；μ為柱底與柱頂石之間的滑動摩擦系數(shù)，可取值μ=0.5[11]；α1為水平地震影響系數(shù)，α1=0.16(8度常遇地震)；α2為垂直地震影響系數(shù)，α2=0.10(8度常遇地震)；Geq為等效重力荷載，Geq=G。

圖2浮放柱底

求解式(1)、式(2)，可得式(1)左、右邊值分別為0.16G、0.55G，即8度常遇水平地震作用下，浮放柱底滿足抗滑移要求。事實上，由于柱頂石比柱徑寬一定尺寸，即使地震時柱底產(chǎn)生滑移，也能落在柱頂石上，從而保證了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

《營造法式》關(guān)于柱高規(guī)定為：“柱高不越間之廣”，即柱高H不能超過建筑進深尺寸L，下面對其科學(xué)性進行分析。

圖2中，水平地震作用下，若要防止古建筑產(chǎn)生傾覆，則必須滿足式(3)條件：

Fek×H≤(G+Fvk)×L/2

(3)

將式(1)取等號，代入式(3)，可得不等式：

L/H≥2μ=1

(4)

即H≤L，恰好滿足式(4)要求，故古建筑滿足抗傾覆要求。

2.2 側(cè)腳和生起

為提高古建筑整體穩(wěn)定性，古人將古建筑最外一圈柱子的下腳向外側(cè)移一定尺寸，使外檐柱子的上端略向內(nèi)傾斜，即謂側(cè)角。《營造法式》卷五規(guī)定：“凡立柱，并令柱首微收向內(nèi)，柱腳微出向外，謂之側(cè)腳”。側(cè)角的尺寸一般為0.008～0.010H，H為柱高。

側(cè)腳后，建筑上部的荷載會使柱頭間自動向內(nèi)擠緊，同時在額枋中產(chǎn)生軸向壓力，在額枋端部產(chǎn)生集中彎矩，因而額枋端部榫卯節(jié)點具備了初始抗張角剛度[12]。這使得構(gòu)架整體重心降低，不僅提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的恢復(fù)力總是指向結(jié)構(gòu)的平衡位置(即結(jié)構(gòu)在地震前的靜止位置)，方向總是和柱架振動側(cè)移方向相反。這使得輸入結(jié)構(gòu)的地震波首先必須克服重力沿額枋縱軸傾斜方向分力做功，在地震中將具有一定的減震耗能效果[8]。另外，柱子側(cè)腳也能分擔(dān)一部分地震力。水平地震作用下，檐柱側(cè)腳值為θ時，地震力F沿著柱軸向會產(chǎn)生分力Fcosθ，因而幅值產(chǎn)生了削減，使得建筑整體受到的地震力減小。

生起是《營造法式》規(guī)定的另一種柱子做法。《營造法式》卷五規(guī)定：“凡用柱之制，……，至角則隨間數(shù)生起角柱。關(guān)于生起尺寸的規(guī)定，《營造法式》規(guī)定為：“若十三間殿堂,則角柱比平柱生高一尺二寸……十一間生高一尺；九間生高八寸；七間生高六寸；五間生高四寸；三間生高二寸”。這句話說明不同開間數(shù)量的建筑，其生起尺寸各不同。生起的具體做法為：檐柱高度從明間開始，向兩端依次增高，形成一個“凹”字形狀，至角柱位置的檐柱，其高度比明間位置的檐柱高出2寸～12寸，見圖3?？梢钥闯?，屋檐僅明間為直線段，其余全由曲線組成。生起使得古建筑整個結(jié)構(gòu)處于一個凹形面中，降低了結(jié)構(gòu)的重心，增強了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，生起使得建筑檐部各柱頂榫卯節(jié)點擠緊，水平地震作用下，榫頭與卯口之間擠壓和轉(zhuǎn)動作用增強，有利于耗散部分地震能量；榫卯節(jié)點提供的水平分力還可抵抗部分地震力作用，因而可產(chǎn)生較好的減震效果。

圖3側(cè)角與生起作法

3 梁

3.1 梁高寬比

《營造法式》卷五規(guī)定：“凡梁之大小，各隨其廣分為三分，以二分為厚”，這說明梁的高寬比為3∶2。由于方料是由圓料加工而來的，因此方料截面的大小可反映對圓料截面的使用合理程度。下面對圖4所示梁截面高寬比的合理性進行分析。

圖4梁截面加工示意圖

設(shè)圖4中d為圓木直徑，W為梁彎曲截面系數(shù)，b為梁截面寬度，h為梁截面高度，則有：

W=bh2/6

(5)

b2+h2=d2

(6)

聯(lián)立式(5)、式(6)得：

bd2-b3=6W

(7)

3.2 穩(wěn)定性能

考慮古建筑梁架為單自由度體系，地震作用下其計算簡圖可由圖5表示，其中各字符代表的含義為：Fek為水平地震力，F(xiàn)vk為豎向地震力，F(xiàn)為梁底與柱頂之間的靜摩擦力，F(xiàn)1為梁底與柱頂之間的暗銷提供的拉接力，G為屋頂?shù)闹亓俊t有：

圖5梁架計算簡圖

已知條件：

H/L=1/3

(8)

梁架不產(chǎn)生傾覆的條件為：

(9)

梁架不產(chǎn)生滑移的條件為：

F+F1≥Fek

(10)

又：

Fek=α1G，F(xiàn)vk=α2G,
F=μ(G+Fvk)，F(xiàn)1=fA

(11)

式中：α1、α2意義同前，α1=0.16，α2=0.10；f為木材橫紋抗剪強度；A為暗銷的截面尺寸；μ為木梁底與木柱頂?shù)撵o摩擦系數(shù)，μ=0.33[13]。

將式(8)、式(11)代入式(9)，解不等式左邊值為0.55GL，右邊值為0.02GL，即滿足抗傾覆要求。

將式(8)、式(11)代入式(10)，解不等式左邊值為0.36G+fA，右邊值為0.16G，即滿足抗滑移要求。

由上述分析可知，《營造法式》規(guī)定的我國古建筑木構(gòu)的梁架一般滿足8度常遇地震作用下的抗滑移及抗傾覆要求。

3.3 荷載配置

《營造法式》規(guī)定的上述抬梁式構(gòu)造，對于屋頂內(nèi)梁架受力是有積極作用的。從梁的抗彎承載力角度講，屋頂荷載傳遞給梁，若梁不做成梁架形式，則所需梁的抗彎截面高度可達2 m[14]。采取梁架構(gòu)造后，梁的受力方式發(fā)生改變，即由單根梁承擔(dān)屋頂荷載的方式轉(zhuǎn)變?yōu)槎喔悍謩e承擔(dān)屋頂荷載的方式，且各梁在豎向高度層層增加，上下層梁之間通過短柱(瓜柱)傳力。這種梁架方式不僅增大了屋頂空間，有利于保溫隔熱，而且在受力形式上有利于減小所需梁截面尺寸，并增大梁的跨度。如圖6所示的梁(梁架)受力簡圖彎矩分布圖，為故宮太和殿明間梁架靜力抗彎分析結(jié)果。其中，圖6(a)表示屋面荷載直接作用在單梁上，圖6(b)表示屋面荷載作用在梁架上。由圖6(a)可知，不考慮梁架形式時，梁承受的彎矩峰值為9PL/12；采取梁架形式后，梁架承受的彎矩峰值降為5PL/12。這使得建造屋頂所需木材的截面尺寸無需過大，且擴大了建筑的空間。另從圖6(a)、圖6(b)彎矩分布圖可以看出，梁架形式的彎矩分布相對單梁形式不僅峰值降低，而且峰值的位置也發(fā)生了改變，這對減小單梁產(chǎn)生的過大變形亦有一定幫助作用[15]。

圖6梁與梁架的抗彎分析

4 榫卯節(jié)點

榫卯節(jié)點主要用于古建筑梁與柱的連接，即梁端做成榫頭形式，插入柱頭預(yù)留的卯口中。《營造法式》卷十七規(guī)定了梁柱連接的形式有“攝口鼓卯”、“鼓卯”、梁柱對卯“藕批搭掌，蕭眼穿串”等，見圖7。

圖7 《營造法式》中的部分榫卯節(jié)點示意圖

我國古建筑榫卯節(jié)點有多種，但形式最常見的為直榫和燕尾榫兩種節(jié)點形式。直榫節(jié)點即榫頭與卯口的截面形狀、尺寸沿長度方向不發(fā)生變化。直榫榫頭與卯口的安裝方向為水平向，安裝后的梁柱構(gòu)架常用于承擔(dān)上部構(gòu)件傳來的豎向荷載。直榫節(jié)點在地震作用下容易產(chǎn)生拔榫，但由于榫頭較長，因而即便拔榫，也很少產(chǎn)生脫榫現(xiàn)象。直榫節(jié)點構(gòu)造見圖8(a)。燕尾榫的榫頭前后端截面大小不一致，前端截面尺寸大、后端截面尺寸小；對應(yīng)的卯口前端截面尺寸小、后端截面尺寸大。燕尾榫節(jié)點的榫頭與卯口安裝方向為豎向安裝，安裝后的節(jié)點常用來拉結(jié)水平構(gòu)件。燕尾榫榫頭的長度小，但由于榫卯節(jié)點拉結(jié)緊密，在地震作用下不易產(chǎn)生拔榫。燕尾榫節(jié)點構(gòu)造見圖8(b)。

理論和試驗研究表明[16-18]：榫卯節(jié)點具有良好的耗能能力，在地震反應(yīng)中可耗散大量的地震能量。榫頭與卯口之間的連接為介于剛接與鉸接之間的半剛性連接，這種連接方式可傳遞部分彎矩。地震時，榫頭與卯口之間產(chǎn)生相對擠壓、轉(zhuǎn)動。一方面，節(jié)點提供的抵抗彎矩可減小榫卯節(jié)點的過大角度轉(zhuǎn)動；另一方面，榫頭與卯口之間的相對擠壓、摩擦及轉(zhuǎn)動可耗散部分地震能量，從而使結(jié)構(gòu)整體受到的地震力減小。因此，可以近似認為榫卯節(jié)點的減震作用相當(dāng)于在節(jié)點處安裝了阻尼器，使得結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)得到減小。

地震作用下，榫卯節(jié)點耗能在古建筑結(jié)構(gòu)整體耗能中占有一定比例。圖9為文獻[19]提供的西安鼓樓在1940年美國加州El Centro波作用下的地震能量-時間曲線。易知地震能量分別由結(jié)構(gòu)阻尼、榫卯連接和動能3部分消耗吸收，而榫卯節(jié)點吸收的地震能量大約占到總能量的30%，這種連接方式使古建筑振動得到衰減，因而有利于其震害減輕。

圖8榫卯節(jié)點構(gòu)造示意圖

①總能量；②阻尼能量；③榫卯節(jié)點能量；④動能

圖9地震能量-時間曲線

5 鋪作

5.1 彈性恢復(fù)

在靜止狀態(tài)下，鋪作的櫨斗通過暗榫安裝在普拍枋上，普拍枋也通過暗榫與柱頭進行連接，鋪作上方傳來的荷載N通過櫨斗中心傳給柱頭。水平地震作用下，柱頭產(chǎn)生傾斜，而櫨斗與普拍枋仍保持水平，此時櫨斗受力平衡狀態(tài)發(fā)生改變：一方面，上部荷載由N變?yōu)镹′并通過普拍枋底一側(cè)端部與柱頭接觸點O′傳給柱頭；另一方面，N′以柱底端部O為支點產(chǎn)生恢復(fù)力矩N′D用以抵抗水平傾覆力矩FH，這使得柱子立刻恢復(fù)到原來平衡狀態(tài)，保證了柱架的穩(wěn)定和正常工作，見圖11。

圖11鋪作的彈性恢復(fù)作用

5.2 水平減震

鋪作的水平減震表現(xiàn)在以下2個方面：

(1) 地震作用下，櫨斗產(chǎn)生傾斜，并帶動泥道木共產(chǎn)生水平移動，泥道慢拱和柱頭枋也因與散斗相連產(chǎn)生變形位移，構(gòu)件之間同時產(chǎn)生擠壓、剪切，使得泥道木共和櫨斗變形受到了限制，上述構(gòu)件運動過程即為摩擦耗能過程。

(2) 櫨斗產(chǎn)生位移時，要同時帶動上面的華木共產(chǎn)生錯動，而與櫨斗正交的華木共由于搭扣緊密，只與櫨斗產(chǎn)生摩擦力，自身產(chǎn)生較小的位移，因而在產(chǎn)生減震作用的同時，自身不會產(chǎn)生破壞。

圖12為某宋代鋪作縮尺模型試驗獲得的P-Δ滯回曲線[20]。由曲線可知，荷載作用下，鋪作的P-Δ滯回曲線形狀為平行四邊形，這說明鋪作出現(xiàn)水平滑移，即鋪作分層構(gòu)件通過層間剪切變形和摩擦滑移產(chǎn)生減震耗能效果；Δ增大時，曲線包絡(luò)的面積較大，反映了鋪作具有良好的耗能特性。該鋪作的耗能特性同樣可在鋪作中體現(xiàn)。

圖12鋪作P-Δ滯回曲線

5.3 豎向隔震

由于鋪作在豎向由多層構(gòu)件疊加而成，而這些木構(gòu)件彈性模量較小，在豎向猶如一個串聯(lián)的彈簧。地震作用下，構(gòu)件間的彈性變形可將部分地震能量轉(zhuǎn)化為重力勢能，因而起到了隔震效果。豎向地震作用下，鋪作的計算模型見圖13(a)，各符號含義為：m為屋頂質(zhì)量；k為鋪作豎向剛度；c為鋪作阻尼。對其進行動力分析，可獲得其傳導(dǎo)比Tr滿足式(12)[21]：

(12)

圖13鋪作層的豎向隔震分析

6 屋頂

《營造法式》卷十三“瓦作制度”規(guī)定了“用瓦之制”，如“殿閣廳堂等，五間以上，用瓦長一尺四寸、廣六寸五分”?！胺餐呦卵a襯柴棧為上，版棧次之。如用竹笆葦箔，若殿閣七間以上，用竹笆一重，葦箔五重；五間以下，用竹笆一重，葦箔四重；廳堂等五間以上，用竹笆一重，葦箔三重；如三間以下至廊屋，并用竹笆一重，葦箔二重”?！捌錀２裰希纫阅z泥偏泥，次以純石灰施瓦”。此處“柴?！?、“版?！奔赐?；“膠泥”即土和搗碎的麥殼按比例用水?dāng)嚭投蒣22]。以上說明屋頂是由瓦(包括底瓦和蓋瓦)、石灰、膠泥、柴棧、竹笆，葦箔等多種材料組成，其自重可達400 kg/m2[14]。這使得屋頂?shù)闹亓窟h遠大于下部的柱架結(jié)構(gòu)。而屋頂?shù)拇筚|(zhì)量特征有利于降低結(jié)構(gòu)整體重心，增強榫頭與卯口之間、斗拱分層構(gòu)件之間的連接性能，因而有利于結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性。同時，屋頂?shù)拇筚|(zhì)量增大了結(jié)構(gòu)整體的自振周期，有利于結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生減震作用[23]。

文獻[2]按照《營造法式》的構(gòu)造要求，建立屋頂有限元模型，模型含梁架層及瓦面層。通過對屋頂進行動力性能分析，并與試驗結(jié)果進行對比，認為屋頂厚重、平動剛度相對很大，可近似看作剛體；地震作用下，屋頂內(nèi)梁架層受力不大，其主要原因在于各梁架層之間采取了榫卯節(jié)點連接方式。亦即古建屋頂質(zhì)量大、地震響應(yīng)小。因此，《營造法式》規(guī)定的厚重屋頂可增加下部構(gòu)架的穩(wěn)定性，減小結(jié)構(gòu)整體受到的地震力。

7 結(jié) 論

本文研究了《營造法式》構(gòu)造的力學(xué)意義，得出如下結(jié)論：

(1) 《營造法式》對建筑基礎(chǔ)的選址、地基土開挖及回填、薄弱地基處理等方面有著嚴格要求，主要表現(xiàn)在選址合理，地基土分層回填，樁基的靈活運用等。

(2) 柱底平擺浮擱在柱頂石上，有利于減小地震力向上傳遞；柱高尺寸不超過建筑進深尺寸，有利于提高構(gòu)架的抗傾覆能力；柱側(cè)腳及生起做法，有利于構(gòu)架在地震作用下保持穩(wěn)定。

(3) 梁高寬比為3∶2，有利用充分利用木材截面，梁架的高寬比限定為H/L≤1/3，有利于地震作用下梁架具有良好的抗滑移和抗傾覆能力；梁架采用抬梁式構(gòu)造，有利減小梁的截面尺寸，并增大梁的跨度。

(4) 榫卯連接構(gòu)造有利于耗散大量地震能量，減小古建結(jié)構(gòu)整體的震害。

(5) 鋪作構(gòu)造可產(chǎn)生水平減震及豎向隔震作用，并有利于柱架在地震作用下恢復(fù)到初始平衡狀態(tài)。

(6) 屋頂厚重構(gòu)造有利用增強榫卯節(jié)點、斗拱構(gòu)件之間的連接性能，并增加下部構(gòu)架穩(wěn)定性，減小結(jié)構(gòu)整體受到的地震力。

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