山地古建筑木結(jié)構(gòu)抗震性能研究評(píng)述

潘毅 陳建 安仁兵 易督航

摘 要：山地古建筑木結(jié)構(gòu)是中國(guó)古建筑的重要組成部分，因其柱底不等高約束而與平地古建筑木結(jié)構(gòu)存在建筑布局、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和抗震性能等方面的差異。近年的古建筑震害調(diào)查表明：高烈度區(qū)山地古建筑木結(jié)構(gòu)的破壞程度一般重于平地古建筑木結(jié)構(gòu)。為更好地保護(hù)山地古建筑木結(jié)構(gòu)，闡述了山地古建筑木結(jié)構(gòu)的基本概念，總結(jié)了山地古建筑木結(jié)構(gòu)的建筑特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，根據(jù)多次古建筑震害調(diào)查結(jié)果，分析了山地古建筑木結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)破壞、柱腳滑移、榫卯破壞、柱架扭轉(zhuǎn)、屋面破壞和構(gòu)架垮塌等典型震害特征及其震害原因，并指出其與平地古建筑震害的異同，從動(dòng)力特性、分析模型、抗震機(jī)理、破壞模式和加固方法等方面闡明了山地古建筑木結(jié)構(gòu)抗震研究的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，為后續(xù)抗震性能研究指明思路和方向。

關(guān)鍵詞：山地建筑;古建筑;木結(jié)構(gòu);抗震性能;震害特征

中圖分類(lèi)號(hào)：TU366.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-6717（2022）02-0010-12

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51878559）

作者簡(jiǎn)介：潘毅（1977- ），男，博士，教授，主要從事結(jié)構(gòu)工程抗震與加固研究，E-mail：panyi@swjtu.edu.cn.

Abstract： Ancient timber structures on sloped lands are an important part of the ancient Chinese architecture. Due to the unequal height constraint at the bottom of columns， they are different from the ancient timber structures on flat lands in the aspects of architecture layout， structure characteristics and seismic performance. In recent years， the investigations on seismic damage of ancient buildings show that the damage degree of ancient timber structures on sloped lands is generally more serious than that on flat lands. To protect ancient timber structures on sloped lands much better， the basic concept of ancient timber structures on sloped lands is expounded and the architecture characteristics，structure forms and structure characteristics of ancient timber structures on sloped lands are summarized. According to the results of many investigations on seismic damage of ancient buildings， the typical earthquake damage characteristics and causes of ancient timber structures on sloped lands are analyzed， such as foundation failure， column foot slip， mortise-tenon failure， column frame torsion， roof failure and frame collapse.The similarities and differences between seismic damage of the ancient timber structures on flat lands and those on sloped lands are pointed out.The key scientific problems of seismic research on ancient timber structures on sloped lands are illustrated from the aspects of dynamic characteristics， analysis model， seismic mechanism， failure mode and reinforcement method and the thinking and direction for the subsequent seismic performance research are pointed out.

Keywords：structures on sloped lands; ancient structures; timber structures; seismic performance; seismic damage charateristics

中國(guó)幅員遼闊，地形地貌豐富多樣。其中，山地約占全國(guó)總面積的1/3[1]。由于地理環(huán)境、宗教文化和生產(chǎn)生活等原因，許多古建筑修筑于山地之上。山地起伏大、坡度陡，一些古建筑不得不建于坡地之上，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)底部抗側(cè)力構(gòu)件的約束部位不在同一水平面，且不能簡(jiǎn)化為同一水平面。這類(lèi)古建筑定義為山地古建筑。底部抗側(cè)力構(gòu)件主要是由木材組成的山地古建筑則定義為山地古建筑木結(jié)構(gòu)。

自21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)先后發(fā)生5級(jí)以上地震600余次[2]，大多分布于西部地區(qū)。而西部多有山地、丘陵地貌，其間分布著大量古建筑木結(jié)構(gòu)。歷次震害調(diào)查表明，古建筑木結(jié)構(gòu)均受到不同程度的地震破壞，尤其是處于高烈度區(qū)的山地古建筑木結(jié)構(gòu)[3-5]。與平地古建筑木結(jié)構(gòu)相比，山地古建筑木結(jié)構(gòu)不僅具有柱腳平擺浮擱和榫卯連接等常規(guī)特征，還具有由地形引起的柱底不等高約束、平面和豎向不規(guī)則等獨(dú)特性。在地震作用下，山地古建筑木結(jié)構(gòu)的受力更為不利，震害特征更為顯著。文獻(xiàn)[6-14]對(duì)山地古建筑的歷史演變、營(yíng)造手法和構(gòu)造特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，文獻(xiàn)[15]對(duì)尼泊爾的山地古建筑震害進(jìn)行了調(diào)查和分析，文獻(xiàn)[16]對(duì)不等高木構(gòu)架的受力機(jī)理進(jìn)行了分析，文獻(xiàn)[17]對(duì)某典型山地古建筑木結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了分析，文獻(xiàn)[18]對(duì)青城山靈官殿的動(dòng)力特性做了動(dòng)力測(cè)試和分析。目前，古建筑木結(jié)構(gòu)抗震性能研究主要針對(duì)平地古建筑，雖然有部分山地古建筑木結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)和抗震性能的分析，但山地古建筑木結(jié)構(gòu)的抗震性能研究還存在很多不足。

基于對(duì)山地古建筑木結(jié)構(gòu)的定義，本文介紹了山地古建筑木結(jié)構(gòu)的建筑特征，總結(jié)山地古建筑木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和特點(diǎn)，結(jié)合多次震害調(diào)查，分析其震害特征和原因，探討山地古建筑木結(jié)構(gòu)抗震性能研究的不足，并提出其抗震研究中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

1 建筑特征

中國(guó)山地古建筑木結(jié)構(gòu)受地理環(huán)境、宗教文化和生產(chǎn)生活等因素的影響，形成了豐富多樣的山地建筑形態(tài)特征。首先，山地古建筑木結(jié)構(gòu)在選址時(shí)受地理環(huán)境的影響。以西南地區(qū)為例，境內(nèi)地形地貌復(fù)雜多樣，其中，四川、重慶和貴州等地的山地面積分別達(dá)到各自總面積的79.52%、75.33%和61.70%，丘陵面積分別達(dá)到各自總面積的11.03%、15.60%和31.10%，大量的山地、丘陵促使了山地古建筑木結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。

其次，山地古建筑木結(jié)構(gòu)在建造時(shí)受宗教文化的影響。道教作為中國(guó)本土宗教，在其發(fā)展過(guò)程中形成了崇尚自然，追求天人合一的思想，使得道觀(guān)往往選址于環(huán)境清幽的名山大川[8]。道觀(guān)的修建十分注重與自然環(huán)境的共生共榮，避免大面積的開(kāi)挖、回填，而選擇“筑臺(tái)、吊腳、下跌、上爬、讓出、鉆進(jìn)”等依山就勢(shì)的山地營(yíng)建方法[9-10]。同時(shí)，古代摩崖石刻的發(fā)展促使了摩崖建筑的興起，摩崖建筑“靠山、附崖”，應(yīng)勢(shì)而生，使寺院與山川共融[11-12]。這些道觀(guān)、寺院等山地古建筑木結(jié)構(gòu)由于需要公共空間，通常體型較大，形式復(fù)雜，可歸納為寺觀(guān)類(lèi)山地古建筑木結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

再次，山地古建筑木結(jié)構(gòu)的建造還受到生產(chǎn)生活的影響。西南山地、丘陵間的大量傳統(tǒng)聚落將較平坦的地形留作耕作生產(chǎn)之需，民居不得不面對(duì)復(fù)雜、局促的山地、丘陵地形。與寺觀(guān)類(lèi)山地古建筑木結(jié)構(gòu)不同，民居的空間相對(duì)私密。因此，民居通常體型較小、構(gòu)架簡(jiǎn)單，建筑的營(yíng)造形式更加靈活機(jī)動(dòng)、不拘一格，采用“架、吊、挑”等處理方法來(lái)消除地形高差，以“拖、梭、落”等營(yíng)造方式，使建筑形態(tài)變化與高差變化有機(jī)結(jié)合[13-14]，形成層層疊疊、錯(cuò)落有致的空間布局。雖然這些民居多為近代建造，但仍然沿用了古建筑木結(jié)構(gòu)的營(yíng)造方式。因此，將這類(lèi)建筑歸納為民居類(lèi)山地古建筑木結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

2 結(jié)構(gòu)特征

2.1 結(jié)構(gòu)形式

由于建筑布局的豐富性，山地古建筑木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式具有多樣性。根據(jù)底部抗側(cè)力構(gòu)件的約束端與地面或邊坡不同的連接形式，并參考《山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 472—2020）的術(shù)語(yǔ)，山地古建筑木結(jié)構(gòu)可分為4種結(jié)構(gòu)形式：掉層式、吊腳式、附崖式和懸挑式，如表1所示。

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

盡管山地古建筑木結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式多樣，但具有一些共同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1）柱底不等高約束。柱底不等高約束直觀(guān)地表現(xiàn)在柱底與山體連接的標(biāo)高不同，這在掉層式、吊腳式和附崖式結(jié)構(gòu)中均有體現(xiàn)。地震作用通過(guò)不同接地高度的立柱傳遞到結(jié)構(gòu)上，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各層受到的作用力差異較大，易產(chǎn)生薄弱層，引起結(jié)構(gòu)的破壞[22-23]。不等高約束是造成山地古建筑在受力、變形方面與平地古建筑存在差異的主要原因。

2）結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度不均勻。山地古建筑木結(jié)構(gòu)將長(zhǎng)短不一的立柱平擺浮擱于兩個(gè)或多個(gè)不同標(biāo)高的礎(chǔ)石之上，將橫枋、橫梁嵌固于不同標(biāo)高的山體崖壁之中，這些抗側(cè)力構(gòu)件布置往往隨形就勢(shì)，靈活多變，充分利用地形地勢(shì)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度不均勻[16]。

3）結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著。由于結(jié)構(gòu)的平面和豎向布置不規(guī)則，抗側(cè)剛度不均勻，抗扭構(gòu)件非對(duì)稱(chēng)性布置等因素，使得山地古建筑木結(jié)構(gòu)的剛心和質(zhì)心具有較大的偏離，在地震作用下會(huì)產(chǎn)生較為明顯的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)[17，24]。當(dāng)結(jié)構(gòu)建造于高臺(tái)基、山頂或局部突出地形上時(shí)，地震的扭轉(zhuǎn)分量進(jìn)一步放大[25]，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)更為顯著。

4）土結(jié)構(gòu)相互作用明顯。山地古建筑木結(jié)構(gòu)與山體崖壁間聯(lián)系緊密，尤其在靠崖式與懸挑式結(jié)構(gòu)中，橫梁插入山體中，采用木楔子將橫梁與山體擠緊，形成類(lèi)似于現(xiàn)代“膨脹螺釘”的嵌固方式[26]。因此，土體與結(jié)構(gòu)的相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度、振型和穩(wěn)定性有較大影響[27-28]。

3 震害特征

近十余年來(lái)，中國(guó)先后發(fā)生了汶川地震、玉樹(shù)地震、蘆山地震、九寨溝地震和長(zhǎng)寧地震等多次強(qiáng)震，對(duì)山地古建筑木結(jié)構(gòu)造成了較為嚴(yán)重的破壞。歷次震害調(diào)查表明，山地古建筑木結(jié)構(gòu)有基礎(chǔ)破壞[29]、柱腳滑移[30]、榫卯破壞[30]、柱架扭轉(zhuǎn)[3]、屋面破壞[31-32]和構(gòu)架垮塌[32-33]等震害特征。有些震害特征與平地古建筑木結(jié)構(gòu)類(lèi)似，有些震害特征則體現(xiàn)出山地古建筑木結(jié)構(gòu)的獨(dú)有特點(diǎn)。

3.1 基礎(chǔ)破壞

一般來(lái)說(shuō)，古建筑的地基基礎(chǔ)主要由地基、基礎(chǔ)和臺(tái)基3個(gè)部分組成[34]。而山地古建筑的地基通常為不等高的臺(tái)面或斜坡，甚至是局部凸起的巨石。在建造時(shí)通常采用磚石在邊坡或巨石上砌筑寬大的臺(tái)基，上部木結(jié)構(gòu)則常采用掉層式和吊腳式，以獲得更大的建筑空間。在強(qiáng)震作用下，臺(tái)基處的剪力較大[35]，導(dǎo)致砌體的灰縫開(kāi)裂，嚴(yán)重時(shí)引起臺(tái)基的不均勻沉降，甚至局部垮塌。由于山地結(jié)構(gòu)與邊坡之間的聯(lián)系一般比較緊密，微小的邊坡變形可能會(huì)在結(jié)構(gòu)中引起較大的附加內(nèi)力[36]。在地震中，山地古建筑木結(jié)構(gòu)不僅要承受地震作用，還要承受邊坡、臺(tái)基變形所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力。

理縣籌邊樓的臺(tái)基砌筑于突起的巨石之上，臺(tái)基上部再修建木結(jié)構(gòu)樓閣，樓閣局部采用吊腳的結(jié)構(gòu)形式。在汶川地震中，籌邊樓的臺(tái)基受剪出現(xiàn)局部垮塌，嚴(yán)重威脅到上部木結(jié)構(gòu)的安全，如圖3所示。都江堰秦堰樓修筑于山體斜坡之上。在汶川地震中，由于邊坡地基下沉導(dǎo)致戲樓、廂房等建筑嚴(yán)重?fù)p毀或局部垮塌，如圖4所示。同時(shí)，都江堰二王廟內(nèi)多處也因地基失穩(wěn)、山體滑坡而導(dǎo)致上部木結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不同程度的垮塌，如圖5所示。

3.2 柱腳滑移

古建筑木結(jié)構(gòu)的立柱平擺浮擱于礎(chǔ)石之上，在地震作用下，柱子可能會(huì)出現(xiàn)滑移[38]、搖擺[39]等現(xiàn)象。這使得柱腳滑移成為了平地和山地古建筑木結(jié)構(gòu)較為常見(jiàn)的震害特征之一，但山地古建筑木結(jié)構(gòu)的柱腳滑移量往往更大。由于掉層式山地建筑木結(jié)構(gòu)存在明顯的抗側(cè)剛度不均勻，其層間位移和樓層剪力的最大值出現(xiàn)在上接地層[17]，加大了上接地層的柱腳滑移量。在汶川地震中，青城山祖師殿就發(fā)生了較大的柱腳滑移，如圖6所示。

3.3 榫卯破壞

古建筑木結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)采用榫卯連接。在地震中，這種半剛性節(jié)點(diǎn)通過(guò)自身榫和卯之間反復(fù)的摩擦滑移和擠壓來(lái)消耗地震能量[40-41]，使得結(jié)構(gòu)具有良好的減震耗能性能[29]。因此，在地震作用下，平地古建筑木結(jié)構(gòu)榫卯節(jié)點(diǎn)的震害特征通常表現(xiàn)為拔榫[4]。而山地古建筑木結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度不均勻，其受力較平地古建筑木結(jié)構(gòu)更為不利，榫卯節(jié)點(diǎn)震害更為嚴(yán)重。除了常見(jiàn)的拔榫，榫卯還可能出現(xiàn)榫頭、卯口的劈裂。在汶川地震中，掉層式青城山祖師殿的榫卯節(jié)點(diǎn)卯口處就嚴(yán)重開(kāi)裂，如圖7所示。

3.4 柱架扭轉(zhuǎn)

在山地古建筑木結(jié)構(gòu)中，柱底的不等高約束會(huì)使上接地層的剛度中心和質(zhì)量中心不重合，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在水平地震作用下發(fā)生一定程度的扭轉(zhuǎn)[42]。同時(shí)，由于地形、地勢(shì)的限制，山地古建筑的布局往往還存在平面不規(guī)則，進(jìn)一步加大結(jié)構(gòu)的偏心，放大結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在汶川地震中，由于結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則和豎向剛度不均勻，青城山真武宮木構(gòu)架發(fā)生了明顯的扭轉(zhuǎn)，墻面出現(xiàn)了不同程度的傾斜，如圖8所示。同時(shí)，山地古建筑木結(jié)構(gòu)顯著的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大的柱腳滑移量和榫卯轉(zhuǎn)動(dòng)量，導(dǎo)致柱架出現(xiàn)嚴(yán)重傾斜。在蘆山地震中，蘆山佛圖禪寺發(fā)生了較大的傾斜，如圖9所示。

3.5 屋面破壞

古建筑木結(jié)構(gòu)屋面多采用小青瓦鋪?zhàn)鞫?，屋脊裝飾有吻獸、人物等。屋面震害主要是屋面溜瓦、吻獸脫落等。由于小青瓦通常直接鋪?zhàn)髟谖菁艽獥l間，或輔以灰漿攤鋪于望板之上，瓦件與木屋架間缺乏牢固的連接，在地震下發(fā)生擾動(dòng)而脫落[3]。同時(shí)，屋脊處的各種吻獸、人物等裝飾物僅依靠灰漿與屋架連接，地震作用下容易產(chǎn)生鞭梢效應(yīng)，地震反應(yīng)加劇，易發(fā)生脫落損壞。在汶川地震中，都江堰二王廟入口的屋面瓦件幾乎全部掉落損毀，如圖10所示;都江堰伏龍觀(guān)屋脊吻獸脫落、屋脊受損，如圖11所示。

3.6 構(gòu)架垮塌

在地震作用下，山地古建筑木結(jié)構(gòu)垮塌的概率通常大于平地古建筑木結(jié)構(gòu)，特別是修建在高聳山頂上的山地古建筑木結(jié)構(gòu)。這主要是因?yàn)榈卣鸩ㄔ诟呗柟铝⒌纳襟w內(nèi)經(jīng)過(guò)反射、散射和疊加后，在到達(dá)坡頂時(shí)，其水平分量會(huì)有明顯放大，同時(shí)，坡頂處的豎向地震作用效應(yīng)顯著，不可忽略[25]。在汶川地震中，建于竇圌山山頂?shù)脑茙r寺竇真殿完全垮塌，如圖12所示，而山下的古建筑損毀卻相對(duì)輕微。

4 待解決的問(wèn)題

由于山地古建筑木結(jié)構(gòu)的特殊性，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)特征、震害特征與平地古建筑有所區(qū)別，到目前為止，還沒(méi)有形成系統(tǒng)的抗震理論，尚存在許多不足，有待深入研究。

4.1 動(dòng)力特性不清楚

山地古建筑木結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性是研究其抗震機(jī)理的重要基礎(chǔ)。而結(jié)構(gòu)剛度、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件[43]以及柱腳約束形式[44]等非確定性參數(shù)也會(huì)影響古建筑木結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，且數(shù)值模型很難準(zhǔn)確建立。學(xué)者們對(duì)平地古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行了很多原位動(dòng)力實(shí)測(cè)與分析[44-48]，有助于人們掌握其動(dòng)力特性規(guī)律。由于柱底不等高約束、側(cè)向剛度不均勻等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，山地古建筑木結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性規(guī)律不能照搬平地古建筑木結(jié)構(gòu)。然而，目前山地古建筑的動(dòng)力特性測(cè)試較少[18，49]，尚不能掌握其動(dòng)力特性的基本規(guī)律。盡管文獻(xiàn)[18]對(duì)青城山靈官殿進(jìn)行了原位動(dòng)力特性實(shí)測(cè)，但僅關(guān)注結(jié)構(gòu)前兩階頻率與振型，而對(duì)于扭轉(zhuǎn)模態(tài)和高階模態(tài)參數(shù)的識(shí)別還不夠。因此，有必要對(duì)典型山地古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力特性測(cè)試，搞清楚結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性規(guī)律和影響因素，為準(zhǔn)確建立數(shù)值分析模型奠定基礎(chǔ)。

4.2 分析模型不完善

數(shù)值模擬作為科學(xué)研究的重要方法之一，建立合理準(zhǔn)確的山地古建筑木結(jié)構(gòu)數(shù)值分析模型是研究其抗震與加固的重要基礎(chǔ)。目前，學(xué)者們針對(duì)山地古建筑木結(jié)構(gòu)的半剛性榫卯節(jié)點(diǎn)[16，50]、柱腳節(jié)點(diǎn)[17]進(jìn)行了理論分析，建立了能夠在結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析中反映節(jié)點(diǎn)變剛度性質(zhì)的彎矩轉(zhuǎn)角力學(xué)模型，并將其運(yùn)用到整體結(jié)構(gòu)的桿系模型中。不少山地古建筑木結(jié)構(gòu)由于地處深山，氣候潮濕，為避免底層柱的過(guò)早腐朽，通常采用石柱營(yíng)造，平擺浮擱于礎(chǔ)石之上，但目前尚無(wú)較為完善的石柱柱腳力學(xué)模型，在分析模型中仍采用鉸接處理[18]。在地震響應(yīng)分析中，利用桿系模型能夠高效快速地得出結(jié)構(gòu)的宏觀(guān)響應(yīng)，但無(wú)法獲取關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變以及損傷情況，不能明確具體的薄弱部位和破壞機(jī)理，而實(shí)體模型則需較高的計(jì)算成本。因此，有學(xué)者將多尺度建模方法引入到一榀等高木構(gòu)架的抗震分析中，榫卯節(jié)點(diǎn)采用精細(xì)化實(shí)體單元，梁柱采用桿系單元，利用多點(diǎn)約束方法實(shí)現(xiàn)兩種模型單元的變形協(xié)調(diào)[51]，然而，多尺度模型至今尚未在山地古建筑木結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用。因此，當(dāng)前亟需完善山地古建筑木結(jié)構(gòu)相關(guān)節(jié)點(diǎn)的力學(xué)模型，提高桿系模型的合理性、精確性，完善山地古建筑木結(jié)構(gòu)多尺度建模方法。

4.3 抗震機(jī)理不明確

抗震機(jī)理是分析山地古建筑木結(jié)構(gòu)抗震性能的必要內(nèi)容。強(qiáng)震下，山地古建筑結(jié)構(gòu)平面質(zhì)心的慣性力對(duì)剛心產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，迫使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生平動(dòng)和扭轉(zhuǎn)的耦合變形，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的抗震機(jī)理復(fù)雜[52]。正因如此，山地古建筑結(jié)構(gòu)的震害更為嚴(yán)重。通過(guò)理論分析和模型試驗(yàn)，學(xué)者們研究了掉層和吊腳RC框架結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)以及抗震機(jī)理[53-55]。而古建筑木結(jié)構(gòu)中的半剛性榫卯節(jié)點(diǎn)和柱腳連接形式，使得山地古建筑木結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)和抗震機(jī)理與RC框架結(jié)構(gòu)有很大區(qū)別，因此，不能照搬山地RC框架結(jié)構(gòu)的抗震機(jī)理。當(dāng)前，亟待建立山地古建筑木結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)方程，分析影響抗震機(jī)理的關(guān)鍵因素，明確山地古建筑木結(jié)構(gòu)的抗震機(jī)理。

4.4 破壞模式不清晰

山地古建筑木結(jié)構(gòu)的破壞模式是古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固的重要前提。盡管山地古建筑與平地古建筑的震害特征類(lèi)似，但也有所區(qū)別[56-57]。文獻(xiàn)[18]對(duì)某典型山地古建筑木結(jié)構(gòu)的抗震分析表明，由于結(jié)構(gòu)平面和豎向不規(guī)則、抗側(cè)剛度不均勻，山地古建筑木結(jié)構(gòu)的破壞模式是由上接地層扭轉(zhuǎn)和上接地端柱腳滑移控制，且地震作用方向的不同也會(huì)使其地震響應(yīng)規(guī)律和薄弱位置發(fā)生改變。雖然通過(guò)數(shù)值模擬可初步判別山地古建筑木結(jié)構(gòu)的破壞模式，但無(wú)法直觀(guān)反映薄弱層或關(guān)鍵構(gòu)件的破壞對(duì)結(jié)構(gòu)整體破壞影響的全過(guò)程。同時(shí)，一些山地古建筑木結(jié)構(gòu)靠近斷層，在近斷層脈沖型地震動(dòng)作用下，其破壞模式也可能不同[58]。因此，建議通過(guò)擬靜力試驗(yàn)、振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)、多尺度數(shù)值模擬等方法，明確典型山地古建筑木結(jié)構(gòu)的破壞模式，為山地古建筑木結(jié)構(gòu)抗震加固提供指導(dǎo)。

4.5 加固方法不合理

山地古建筑木結(jié)構(gòu)的抗震加固一般沿用傳統(tǒng)加固方法，如使用鋼構(gòu)件[59]、扒釘[60]及扁鋼[61]加固榫卯節(jié)點(diǎn)、梁柱節(jié)點(diǎn)附加支撐[62]等。但在強(qiáng)震下，傳統(tǒng)抗震加固方法可能造成梁和柱的損傷或破壞，不一定能更好地保護(hù)古建筑，且有的加固方法不符合古建筑保護(hù)原則。對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)抗震加固方法進(jìn)行有益的探索，近年來(lái)成為熱點(diǎn)[63-65]。其中，阻尼器能給木結(jié)構(gòu)提供附加阻尼，增強(qiáng)榫卯節(jié)點(diǎn)和穿斗式木結(jié)構(gòu)的耗能能力[66-67]。與傳統(tǒng)加固方法相比，阻尼器能有效減小加固節(jié)點(diǎn)相鄰構(gòu)件的內(nèi)力和結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)，在一定程度上克服傳統(tǒng)加固方式的不足[38，68]。因此，可采用阻尼器對(duì)山地古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固，并通過(guò)模型試驗(yàn)研究阻尼器參數(shù)、加固位置及阻尼器數(shù)量對(duì)加固效果的影響，以探明阻尼器在山地古建筑木結(jié)構(gòu)抗震加固的有效性，進(jìn)而提出適宜山地古建筑木結(jié)構(gòu)的抗震加固方法。

5 結(jié)論

闡述了山地古建筑木結(jié)構(gòu)的基本概念，總結(jié)了山地古建筑木結(jié)構(gòu)的建筑特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，歸納了山地古建筑的震害特點(diǎn)，分析了其震害原因，并闡明了山地古建筑木結(jié)構(gòu)抗震研究中亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，主要結(jié)論如下：

1）按照柱腳約束端與地面或邊坡不同的連接形式，山地古建筑木結(jié)構(gòu)可分為掉層式、吊腳式、附崖式和懸挑式4種結(jié)構(gòu)形式。山地古建筑木結(jié)構(gòu)具有柱底不等高約束、抗側(cè)剛度不均勻、結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)顯著和土結(jié)構(gòu)相互作用明顯等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2）強(qiáng)震作用下，山地古建筑木結(jié)構(gòu)有基礎(chǔ)破壞、柱腳滑移、榫卯破壞、柱架扭轉(zhuǎn)、屋面破壞和構(gòu)架垮塌等典型震害特征。同等條件下，山地古建筑木結(jié)構(gòu)震害通常比平地古建筑木結(jié)構(gòu)嚴(yán)重。

3）由于山地古建筑木結(jié)構(gòu)的獨(dú)有特點(diǎn)，建議從動(dòng)力特性、分析模型、抗震機(jī)理、破壞模式和加固方法等方面開(kāi)展山地古建筑抗震性能研究，為山地古建筑保護(hù)提供理論支持。

（致謝：感謝西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院張宇、陳穎，成都文物考古研究院陳曉寧，都江堰市文化體育和旅游局傅浩等提供的幫助和部分資料！）

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（編輯 胡玲）

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