古建筑木结构抗震性能研究现状探析
0引言
追溯中华民族生存的源泉，遵循古代沿袭的文化传统，木结构房屋便是中国古代建筑的遗产。木结构房屋的基本结构大致分为二种———框架结构、重木结构。由于木结构房屋的许多优良特性，并以其独立的结构体系，成为东方建筑文化的巨龙，使在中国停滞了近半个世纪的木结构越来越受到人们的青睐。我国是个地震多发的国家，各种震害的触目惊心让我们深思。本文主要对木结构古建筑的抗震性能分析和研究的发展进行讨论，并对木结构将来在中国的发展前景进行展望。中国传统木结构的节点通常采用具有半刚性并可以消解外力的榫卯进行连接，使其有一定的抗拉压、抗弯以及抗扭能力[1]。在地震发生之初，地震的颠簸使榫、卯之间相互挤压，来回错动，使刚节转化成铰接点，产生较大的塑性变形，以柔克刚，从而，更大地减轻了地震对结构的损害。同时，斗拱结构的巨大作用在中国古建筑减震工程中也是举足轻重的，斗拱比榫卯连接具有更强的减震作用。斗拱在柱子和上部结构之间，起着承接的作用，地震的破坏力通过斗拱，穿枋等多个接点进行消解[2]。斗拱的柔性随着地震的巨大推动力发挥着独到的作用，并且对结构抗震非常有利。
1木结构房屋的特点
古建筑中木结构的承重构件是木构架，围墙等附属结构在木结构建筑中只起到围护和隔断作用。由于木结构的所有构件都由榫卯进行连接，榫卯连接的柔性和变形是结构耗能减震的主要原因，所以抗震性能特别好。木结构房屋具有如下几个特点：①木结构具有抗震优势。1）木材的弹性模量低，材质轻，韧性大，所以有很强的弹性恢复能力，对于突然荷载和周期性荷载的来袭有很强的抵抗能力。2）木框架结构有多根杆件和榫卯节点：通过各杆件和节点吸收地震能量，并有多种路径可以释放地震能。②木结构房屋既节能又保温：木材的保温效果比混凝土和钢材都好很多，木材的孔隙就是最好的隔热体，所以具有很好的保温性能。建造木结构房屋就比用混凝土和钢材节省材料和空间，要具有同样的保温效果，木材的厚度需要混凝土的1/15，而仅需要钢材的1/400[3]。③恢复性好、木材资源可回收重复利用，取材方便并容易适应各地的气候条件。④施工工期短且施工技术简便，设计灵活，维修方便。⑤建造成本低，耐久性好。
2木结构抗震性能研究
在地震的震动过程中榫卯节点结构从刚性转化为柔性，从而使刚节点变为铰接点，破坏力即从地基开始向上传递，通过木框架结构的很多构件和节点等多个辅助荷载通道来缓冲地震能量，当破坏力传到屋顶时，地震能基本已经被下部构件吸收掉，所以产生很小的破坏。湖南大学的黄曙，尚守平[1]通过对湖南西部农村地区典型木结构房屋模型的振动台试验，得出了如果结构自振频率较低，
自振周期较长，说明该试验模型由于木材的延性、榫卯等节点的作用使结构整体刚度较小，柔性较大，因此可减小地震作用和加速度。谷军明，缪升等[4]针对云南穿斗结构房屋的特点和穿斗式木构架进行讨论，最后得出穿斗木屋架和穿斗木结构围护墙体的抗震措施。高大峰、赵鸿铁等[5]对木结构古建筑中斗拱与榫卯节点的抗震性能进行试验研究。斗拱结构模型的试验结果显示，在地震反复作用下，榫卯节点发生滑移变形和弹塑性变形，榫、卯连接由于徐变的松动，使刚度退化而减轻了结构承受的地震作用，而斗拱本来就是起到减震耗能的作用其原因是当地震来袭并连续不断的振动下，是铺作（即斗拱）结构层发生弹性变形和摩擦滑移。何玲等[6]对云南省近几十年历次大地震中村镇木结构房屋的震害进行总结并提出了对于构件强度不足的，穿枋应贯通木构架的每根柱子并且柱子不宜有接长（如图1）。节点连接弱，需要加强榫的连接，并且檩条的平榫改为燕尾榫相连或交错搭接（如图2）。对于结构不稳定的体系只需增加斜撑，设置穿枋增加横向稳定就可以解决等相应的抗震技术措施。以上为前人提出关于木结构抗震特点及相关解决措施，对于这些抗震性能的研究，他们给出了相应的解决方法，同时也有很多不足，笔者认为木结构体系在地震的反复作用下，榫卯节点的晃动使卯孔增大，从而减小了榫卯之间的摩擦力，榫卯之间失去了相互的挤压，使榫头拔出，丧失了结构的稳定致使结构倒塌。所以在加强榫卯连接的同时，要既保持它的刚性，又要保持它的柔性，意大利研究人员[6]通过试验得知在其他条件相同的情况