数字建造背景下榫卯传承的当代探索# ——圆榫圆卯的数控制作研究

研究以榫卯的当代传承为导向,在综合分析圆榫圆卯特点以及梳理圆榫圆卯在现代木结构建筑中应用实例的基础上,对“机械臂平台”数控制作圆榫圆卯的特点、误差及其影响因素展开研究,并基于实物模型制作以接近真实呈现的方法,从构造、材料和构架三个方面对圆榫圆卯木构架的优化方法展开了进一步的阐述,以期推动建筑用榫卯制作的数字工业化进程,促进中国传统木结构建筑在当代的创新实践发展。研究从数控制作层面对榫卯的研究具有创新意义,从装配式建造层面对中国特色木结构建筑体系的发展具有实践意义。     

古建筑木结构榫卯节点抗震试验研究

通过对五个按照清代工部《工程做法则例》的做法制作的燕尾榫榫卯节点模型在反复荷载作用下的试验研究,得到了各节点的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、变形等性能.试验表明:木结构榫卯节点具有很好的变形能力,最大加载位移为100mm;节点破坏形式为榫头从卯口内拔出即脱榫破坏,榫头和卯口均产生明显的挤压变形,但梁、柱构件没有损坏;各...     

滇南与滇西传统匠作体系中榫卯的构造技艺

在中国古代木结构建筑中，构件之间通常采用榫卯连接，通过榫头与卯口的严密卯合，将各个构件组合成一个整体构架，具有极强的抗拉抗剪力，同时体现出“墙倒屋不塌”的优越抗震性能。滇南的通海匠系和滇西的剑川匠系，是云南的两大匠作体系，地理、人文环境等都有所差异。通过对两地汉式合院民居榫卯的形式类别、加工方式及作用位置的对比梳理，总结出两地榫卯在口风和制作方法上的差异、各类榫卯的受力特点以及榫卯加工工具的独特运用。同时发掘两地匠作体系的异同特征，探讨传统建筑不同营造技艺的民间智慧，具有及其重要的研究价值。     

古木结构中抬梁式和穿斗式木构架受力性能试验研究

为从木构架层次把握我国古建筑木结构的基本受力性能,根据相关文献和现场测绘设计并制作了抬梁式木构架和穿斗式木构架各1榀,进行了恒定轴压下的水平单调加载试验。通过试验研究获得了两类典型木构架的破坏模式、荷载-位移关系、榫卯节点的破坏形态、柱顶侧移-加载位移关系、榫卯节点的拔榫量-转角关系等。研究结果表明,在加载过程中,木构架中榫卯节点逐个破坏,半榫节点发生脱榫破坏,透榫发生变截面处顺纹撕裂破坏和榫头下侧受弯破坏,最终两榀木构架均发生整体倾覆破坏;抬梁式木构架和穿斗式木构架的极限位移角分别为1/6.6、1/4.0,均具有良好的变形能力,但抬梁式木构架的水平荷载承载效率明显低于穿斗式木构架;柱顶侧移随着加载位移的增加而近似线性增加;榫卯之间的初始缝隙在加载初期逐渐闭合,会引起部分榫卯节点拔榫量为负值,之后,主要榫卯节点的拔榫量随节点转角的增大而增大。     

传统木结构直榫节点弯矩-转角关系理论与试验研究

木结构榫卯节点连接属于半刚性连接,如何通过榫头与卯口尺寸确定节点的M-θ关系,是木结构设计的难点。为了解决这一困难,本文从直榫节点转动过程中的几何关系出发,借助木材嵌压理论,推导出了直榫节点M-θ理论公式,建立起榫头几何尺寸与M-θ的关系式。又通过实验研究,验证了所推导出理论模型的正确性。     

侗居穿斗架关键技艺原理

穿斗架是侗族民居建筑最本体的本质特色所在,营造技艺发达,以南侗黎平等地为代表。通过对肇兴建筑施工工地考察,择取侗居穿斗架的构架生成、尺寸控制、榫卯制作等关键技艺进行探索,揭示了侗居穿斗架生成规则,如基准构架和构成单元现象;解析了杖杆法等尺寸控制画线原理;阐述了榫结原理和竹签法等榫卯制作要点。本成果对侗居营造技艺研究有重要推进意义,也是南方建筑穿斗架研究、保护的基础性工作。     

侗居穿斗架关键技艺原理

穿斗架是侗族民居建筑最本体的本质特色所在,营造技艺发达,以南侗黎平等地为代表。通过对肇兴建筑施工工地考察,择取侗居穿斗架的构架生成、尺寸控制、榫卯制作等关键技艺进行探索,揭示了侗居穿斗架生成规则,如基准构架和构成单元现象;解析了杖杆法等尺寸控制画线原理;阐述了榫结原理和竹签法等榫卯制作要点。本成果对侗居营造技艺研究有重要推进意义,也是南方建筑穿斗架研究、保护的基础性工作。     

中国古代木结构直榫应用研究

榫接合是中国古代木构的主要连接方式,榫卯种类很多,形状各异,其中直榫是出现最早的榫卯类型之一,应用广泛,榫型方整。直榫根据榫端的不同又分为若干衍生亚型,以灵活适应不同的构造要求。本文以直榫为研究对象,通过对建筑大木作、小木作、家具及墓葬中出现的各直榫实例的梳理,探讨直榫在木结构中的处理方式,初步分析直榫的类型分化与应用情况。     

黏弹性阻尼器增强传统木结构燕尾榫节点试验研究

为研究村镇传统木结构燕尾榫节点在不同摩擦力工况下,以及节点安装阻尼器前后的耗能情况,采用杉木和松木共制作12个燕尾榫节点试件,通过改变榫卯节点侧面紧密程度来改变榫头与卯口间的摩擦力,同时提出了一种黏弹性阻尼器增强节点,将增强前后的节点进行低周反复加载对比试验。研究结果表明：木材种类和榫卯间摩擦力大小对节点的抗震性能有较大影响;燕尾榫节点滞回曲线捏缩效应明显,同级加载位移下承载力退化主要发生在第二循环,而刚度退化曲线表现出明显的不对称性,其负向加载时具有更好的抗震性能;在安装阻尼器后,节点的耗能能力、刚度和承载力有显著提高,且负向加载时提高更为显著。     

榫卯间缝隙对古建筑木结构燕尾榫节点承载性能影响的有限元分析

以宋《营造法式》为标尺,建立分析2个一榀燕尾榫柱架有限元模型,包括节点无缝隙柱架模型和节点有缝隙柱架模型。在不同竖向荷载下,对2种模型进行水平往复加载模拟,得出2种模型的滞回曲线及骨架曲线,以分析屋顶质量和榫卯间缝隙对木结构节点承载性能的影响。结果表明:木结构的屋顶质量越大,结构整体刚度越大,耗能越可观;2种柱架的榫头与卯口之间存在较明显的挤压变形,滞回曲线都呈现"捏缩"现象,但节点有缝隙模型由于榫卯节点之间的缝隙导致节点紧密度下降,其滞回环饱满度差,结构耗能能力弱,抗震性能差。通过对比分析节点无缝隙和有缝隙模型的计算模拟结果,得出燕尾榫榫卯节点的破坏方式和缝隙对燕尾榫柱架造成耗能减少、刚度降低的影响,为古建筑抗震性能研究和榫卯节点处修缮加固提供借鉴。     

古建筑榫卯结构抗震性能与加固方法

我国古建筑榫卯结构各节点的连接方式刚柔相济,能有效减轻地震对榫卯结构建筑的危害,但仍存在长时间导致构架松散的情况.基于传承中华传统建筑文化,选择常见榫卯结构燕尾榫,从建筑结构、抗震能力等方面,简述榫卯结构在房屋建筑中的抗震作用,同时测试以新型材料为辅助的榫卯结构的抗震效果.     

考虑局压效应的榫卯节点力学性能研究

木结构榫卯节点在受力过程中处于局部受压状态,通过木材横纹、顺纹方向的中部局压、端部局压、全截面受压性能的试验研究,得到了相应的材性参数;设计了钢榫头-木卯口、木榫头-钢卯口、木榫头-木卯口三组不同形式的分离式直榫节点试件,通过单调加载试验,对局部受压区域的应变分布特征进行了研究;基于试验研究得出的榫卯节点受力机理,建立了考虑局压效应的直榫节点力学模型。研究结果表明：木材横纹局压的抗压强度和弹性模量均高于全截面受压,顺纹局压与全截面受压的材性参数基本一致;榫卯节点受力区域的榫头应变远大于卯口应变,榫卯节点的受力挤压变形主要集中在榫头,而卯口变形可忽略;考虑局压效应的榫卯节点力学模型计算结果比未考虑局压效应所得的结果更符合试验结果。     

古建筑木结构燕尾榫节点力学模型研究

在古建筑木结构中，燕尾榫节点广泛用于水平构件与柱头相交的部位。为了研究古建筑木结构中燕尾榫节点的弯矩-转角(M-θ)力学模型，在分析燕尾榫节点构造特点和受力机理的基础上，建立其数值模型，采用已有的燕尾榫节点试验数据验证了数值模型的正确性。根据受力分析的结果，建立以屈服点、极限点为特征点的双折线多参数M-θ力学模型，给出了考虑模型尺寸和材料特性的特征点计算式，其计算结果与大量试验数据吻合，并将该力学模型应用于木构架的受力分析中。研究结果表明：燕尾榫节点的挤压变形主要集中在榫头处，而卯口变形可忽略；提出的M-θ力学模型反映了燕尾榫节点的整个受力过程，适用于木构架的受力分析，其加载点荷载-位移曲线与试验结果基本吻合。研究成果可为中国古建筑木结构的维修与保护提供参考。     

清式木构建筑的节点和榫卯

一座大型的中国古代宫殿式木构建筑,要由成千上万个单件组合而成;一座小式的、结构简单的古建筑,也要有数以百计的木构件。这样多的木构件,除椽子、望板的安装要使用钉子以外,其余构件几乎全部是凭榫卯结合在一起的。木结构的形式和榫结合的方法,是中国古代建筑的一个主要构造特点。研究这些结构特点,总结我国古建筑工匠在榫卯结合处理方面的丰富经验和高超技艺,对于继承、传播我国的古     

穿斗式木结构钩榫节点抗震性能研究

为研究传统民居穿斗式木结构钩榫节点的抗震性能，参照西南地区典型木结构建筑，按1∶1.33缩尺比制作了5个不同榫头尺寸的钩榫节点和1个半榫节点，对其进行低周往复加载试验，研究节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、耗能与变形能力。采用ABAQUS有限元软件对钩榫节点进行数值模拟，进一步分析了榫头与卯口部位的应力分布，以及榫尖高度和榫大头长度对钩榫节点受弯承载力的影响。结果表明：钩榫节点破坏形态主要表现为榫尖受剪破坏、榫头变截面处的木材撕裂和榫头折断，半榫节点破坏形态为榫头脱出卯口，柱和穿枋基本完好；钩榫节点弯矩-转角滞回曲线呈反“Z”形且正反向不对称；加载后期等效黏滞阻尼系数增大，节点耗能持续增大；钩榫节点变形能力较强，破坏转角可达0.08～0.12 rad,榫头横纹受压应力达到其抗压强度，柱卯口应力远小于其抗压强度；适度增大榫尖高度和减小榫大头长度均能有效提高钩榫节点的受弯承载力。     

穿斗式木结构边节点传力特性及分析

穿斗式木结构是木构架的主要形式之一,整体结构的高度完整性是其特点之一,这种构架以柱直接承檩,故称为穿斗式结构。在榫头和卯口不断转动挤压的过程中,会产生较大的变形。为进一步研究穿斗式木结构边节点在受到往复荷载时传力特性,利用ANSYS对其进行有限元分析,得出其弯矩—转角滞回曲线并进行分析。研究结果表明:普通直透榫节点在承受往复荷载的过程中能够耗散一定的能量,并且在往复循环荷载的作用下,榫头和卯口之间产生了较大的滑移,随着控制位移的增加,滑移量也逐渐加大。     

新型梁柱榫卯节点单调加载试验研究

新型梁柱榫卯节点是一种能够进行标准化生产、装配化施工、实现木结构建筑全榫卯连接的新型节点形式。通过使用机械臂对该榫卯节点进行自动化加工制作,从而实现该类榫卯木结构建筑的工业化生产、智能化建造。为了探究该新型节点的受力性能,对其十字形梁柱榫卯节点进行单调加载试验,研究该节点的承载能力、破坏模式、刚度以及变形性能。采用数值模拟的方法对榫卯节点进行仿真分析,所得模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果表明：节点榫头主要横纹受压,受力屈服后变形明显,而卯口顺纹受压变形较小,节点最终破坏形式为榫头拔出,在薄弱截面处发生弯曲破坏,柱身和梁身基本完好。在此基础上,建立了单梁组成的T形梁-柱节点精细化有限元分析模型,研究梁柱节点中榫头朝向对节点初始刚度、强度以及延性的影响。结果表明,榫头凹面朝下初始刚度较大,可以有效提高节点的强度和延性。     

研究中国古典建筑表意问题的意义

研究中国古典建筑的表意问题,在理论和实践上都具有重要的意义.在理论上,可以从两个层面上深化中国建筑美学;在实践上,有助于当代中国建筑走出"失语"的困惑.     

古建筑榫卯节点刚度分析

研究古建筑榫卯节点刚度取值,对古建筑的保护修缮加固具有重要意义.以木结构建筑为例,从基本承重构件梁柱的微元开始,导出木梁木柱的挠曲线方程,用弹簧作为榫卯节点约束,以边界条件输入,导出榫卯节点刚度值;以钟楼为工程实例,建立ANSYS有限元模型,对结果和实测数据进行对比分析.结果表明,本文提出的计算方法,适用于木结构古建筑的榫卯节点刚度分析计算.     

新型竖向半燕尾榫节点抗震性能研究

传统榫卯连接较为常见的有燕尾榫、透榫、半透榫等。鉴于传统燕尾榫存在削弱柱横截面面积、传统透榫地震时易拔出等缺陷,本文提出了一种用于木结构建筑梁柱的竖向半燕尾榫节点连接结构。分别制作了传统透榫、新型竖向半燕尾榫(边柱与中柱连接)、新型竖向半燕尾榫(中柱与梁连接)节点模型,并按照缩尺比例1∶4. 8进行制作,用于对比分析新型竖向半燕尾榫节点的抗震性能。通过低周往复试验对3个模型进行研究。试验结果表明:3个模型都是梁柱几乎没有发生破坏,透榫节点主要是拔出破坏,而新型竖向半燕尾榫是榫颈拔断破坏。从滞回曲线来看,3个模型的滞回曲线都呈反S形,且都具有一定程度的捏拢效应,但新型竖向半燕尾榫节点的捏拢效应要低于传统直榫。新型竖向半燕尾榫节点的转动弯矩、刚度和耗能能力优于传统直榫节点。