湘西南木结构民居的结构特性分析
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力， 直样结构的梁能承受极限荷载内的压力， 但由于 它仅仅是插入柱子中部的矩形孔中， 所以它所能承 受的拉力只是榫头与柱子上榫孔之间的最大摩擦 力． 当拉力超过最大摩擦力时， 榫头将被拔出． 拔 出的结果是在结构构件之间出现很多相对的移动， 这种移动一方面改变了结构的整体性， 另一方面也 调整了结构的内力分配． 这种结构的另一个可取之 处是在地震等动荷载的作用下， 由此导致的结构松 动和构件之间的摩擦吸收了相当的能量， 从而可以 提高结构的抗震能力． 梁的榫与柱的卯相结合， 不 仅可以承受较大的压力和较小的拉力， 还可以承受 一定的弯矩， 承受着的弯矩将产生一定的弯曲应力 和剪应力， 在正常情况下主要考虑弯曲应力． 弯曲 应力和剪应力产生的原因是由于榫卯结合时， 榫嵌
２Ｈ 架 自 重 平 衡 条 件 得 到 满 足 ， 柱 架 就 不 会 倾 翻． Ｌ— 通 进 深（或 通 面 阔） Ｈ—柱 高． 通 进 深 大 于 等 于 两 倍 间 广 ． 而 μ＜１， 这 个 条 件 一 般 完 全 能 满 足 ． 当 柱 根 部
图 ９ 构架振动模型
不动， 柱架只在原地摇摆时， 构架的振动模型可进一
ＬＩ Ｒｏｎｇ， ＤＥＮＧ Ｙｕｎ－ ｙｅ
（ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， Ｓｈａｏｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｈａｏｙａｎｇ Ｈｕｎａｎ ４２２０００）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ， ｓｔｒｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｅａｒｔｈｇｕａｋｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｏｄｅｎ ｈｏｕｓｅｓ ｉｎ ｓｏｕｔｈｗｅｃｔ Ｈｕｎａｎ． Ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ａｎｄ ａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｖｉｂｅｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｒｏｕｉｄｅｄ． Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｆｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｔｓ ｃｏｎｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｍａｉｎ ｐｕｉｎｔｓ ｏｆ ｉｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｆｉｏｎ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ， ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｕｓｅｓ＇ ａｎｔｉ－ ｅａｒｔｈｇｕａｋｅ ａｎｄ ａｎｔｉ－ ｓｉｄｅｍｏｖｅｍｅｎｔ．
Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｔｉｍｂｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ； ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ； ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ
湘 西 南 地 区 也 就 是 我 们 常 称 的 “ 大 湘 西 地 区 ”， 由 邵 阳 、怀 化 、张 家 界 三 个 地 级 市 和 湘 西 土 家 族 苗 族 自 治 洲 组 成 ． 是 典 型 的 少 数 民 族 聚 居 地 和 汉 、少 混 居地． 由于长期的少数民族与汉族的混居， 形成了 独特的以少数民族风情为主的生活状态． 湘西南民 居以木结构为主， 经历了漫长的历史发展， 演变成一 副美丽的图画． 这些民居大多以木材为建筑主材， 因地制宜， 在建筑和结构上都形成自己独有的特点， 随着旅游资源的开发， 渐渐为外界所知． 本文对湘 西南木结构民居进行力学性能、抗震性能的检测和 分析， 学习其在几千年的实践中积累下来的宝贵经 验 ， 探 索 更 合 理 模 型 及 加 固 、改 造 方 法 ， 对 民 居 的 保 护和合理开发提出相应建议．
１ 木构架的结构特点及理论建模
１．１ 基础与柱的连接 柱子承重的木构架这种结构形式实际上就是一
种框架结构． 这种框架结构起承担和传递屋顶全部 荷载的作用， 而墙体仅起维护空间的作用． 它无论 在传递荷载还是在整体性方面都是比较理想的， 对 结 构 物 抗 震 较 为 有 利 ， 可 以 做 到“ 墙 倒 屋 不 塌 ”． 木 结 构 中 常 见 的 柱 与 基 础 的 连 接 见 图 １． 从 图 中 可 知 ， 这 种 连 接 形 式 可 以 限 制 ｘ， ｙ 方 向 的 位 移 ， 而 在 ｚ 方 向（垂 直 方 向）也 限 制 了 它 向 下 的 位 移． 因 此 该 结 点 ３ 个位移自由度均被约束． 柱与墙体的结构如图 ２ 所示， 这样的结构形式将不能限制柱子绕基础石
屋 面 荷 载 通 过 椽 、檩 、梁 传 给 柱 头 及 枋． 从 前 面 的柱架构造分析可知， 实体木构中梁的刚度比柱大 得多， 柱下端简支上端为半刚性节点， 计算简图如图 ８． 由于柱底与石础表面之间的断离关系， 台基对柱 底的水平约束力是静摩擦力， 其大小随水平荷载的 大小可变， 但有一个最大静摩擦力限值， 是由柱底最 大 压 力 和 静 摩 擦 系 数 μ决 定 的． 最 大 静 摩 擦 力 ｆｍａｘ＝ μ·Ｎｍａｘ， μ的 估 计 值 在 ０．２－ ０．５ 之 间 ． 当 水 平 荷 载 Ｐ 的值超过柱底可提供的最大摩阻力时， 整个柱架将 发生刚体水平滑移．
３ 抗震机理分析
３．１ 抗震机理分析 木构架不是我们现代建筑中的排架、框架和刚
架， 但又都很近似． 柱脚浮搁在柱础上， 不承担弯 矩． 房屋横向所承受的地震力， 依靠额枋和柱头榫
卯产生的弯矩抵抗， 纵向抗震依靠山面檐柱和山墙 承担． 分析构架既要从一架一柱着眼， 又要整体来 考虑．
由于湘西南地区抗震设防等级较低， 只考虑水 平地震作用下木结构民居的抗震机理． 柱架中各大 构件分布较分散， 可根据地震反应等效原则， 将质量 集 中 到 柱 头 ． 设 柱 架 层 总 质 量 为 ｍｚ， 木 柱 脚 与 石 础 镜 面 间 摩 擦 系 数 为 μ． 在 一 个 地 震 动 瞬 时 脉 冲 作 用 下， 由于整个房屋在柱底面与基础分离， 即为房屋的 隔振系数， 能传上上部结构的总柱底剪力为 μ （ ｍｚ＋ｍｌ） ｇ， 即 为 μＧ， Ｇ 为 房 屋 总 重 ． 若 地 震 动 地 表 水 平 加 速 度 ａ（０ ｔ） !μｇ， 则 房 屋 在 原 地 不 会 滑 移 ， 上 部 结 构 可 能 摆 动 ；若 地 震 动 地 表 水 平 加 速 度 ａ（０ ｔ） ＞μｇ， 则房屋将相对地面水平滑移， 无论滑移多远多剧 烈． 房屋构架中所受到的地震作用— 柱底总剪力 值 最 大 不 超 过 μＧ． 对 于 纵 向 柱 架 ， 只 要 Ｌ ＞μ— 柱
在柱架上的荷载均可看成集中力， 其作用位置基本 在柱截面形心． 各柱相当于轴心受压长柱． 由于梁 架的不对称易造成柱架侧移．
对于梁荷不对称而形成的弯矩， 将由整个柱架 来承担， 计算简图可取如图 ５， 可用弯矩分配法求解 图 ６．
图 ５ 竖向荷载作用下柱架计算简图
图 ３ 梁柱直榫连接构造图 图 ４ 燕尾榫连接构造图 燕尾榫结构， 可以承受拉力和压力两个方向的
图 ６ 柱架受不平衡力矩内力图 柱 架 计 算（ 按 三 柱 式 单 层 ， 进 深 面 阔 均 为 ４ｍ， 柱 径 ２００ｍｍ， 梁 径 １５０ｍｍ， 檩 条 荷 载 取 ２ＫＮ／ｍ） ： 檩 条 传 递 两 个 檩 距 内 的 屋 面 荷 载 及 自 重 ， Ｐ＝３３． ２ＫＮ， 不 平 衡 力 矩 为 前 后 厢 荷 载 不 对 称 产 生 ， Ｍ＝１０． ２ＫＮ．ｍ． 柱受轴压验算：
４．１ 木柱 为防止木柱的折断可以采取以下的措施： 应确
保木柱的截面尺寸足够大， 木柱的梢径不宜小于 １５０ ｍｍ． 确 保 柱 子 在 开 榫 后 的 截 面 积 不 小 于 柱 径 的 ５Ｏ％ ， 并 且 应 避 免 在 柱 子 的 同 一 高 度 处 纵 横 向 开 榫． 竖 柱 加 侧 脚（也 称 收 分）， 四 周 柱 子 ， 稍 微 内 倾 ， 柱
第５卷 第１期 ２００８ 年 ３ 月
邵阳 学 院学 报（ 自 然科 学 版） Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓ ｈａｏｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓ ｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓ ｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ ）
Ｖｏｌ．５ Ｎｏ．１ Ｍａｒ ．２００８
文 章 编 号 ： １６７２－ ７０１０（ ２００８） ０１－ ００７８－ ０４
当水平荷载作用时， 也会引起柱架本身变形， 柱 头侧移， 变形后柱高变为不等高， 引起柱列内力重分 布， 直到柱架某根或某几根柱根部开始滑移， 一般是 轴力变小的柱先滑移． 由于柱架对水平荷载作用是 靠柱底摩擦力来平衡， 水平作用下柱架分析是以竖 向荷重即摩擦面上正压力存在为前提的， 这也是分 析木结构民居稳定时应注意的一点．
为 １：０．０８， 由 柱 脚 节 点 平 衡 得 ： Ｒｘ ／ Ｒｙ ＝０．０８， 而 柱 脚 所能提供的水平摩擦力远大于此， 故柱脚稳定．
图 ７ 柱 脚“ 侧 脚 ”示 意 ２．２ 在水平荷载作用下的整体排架分析
作用在柱架上的水平荷载主要是指集中在柱头 的檩条传递过来的摩擦力， 其成因主要是风荷载和 地震作用．
２ 整体排架静力分析
图 １ 柱与基础的连接
图 ２ 柱与墙体的连接
１．２ 榫头的连接
木构架民居中大木作的连接均采用榫卯连接．
巧妙的榫卯连接方式不用一钉一铁， 独树一帜， 表现
出极强的半刚性连接的特性． 它在我国有上千年的
历史． 虽然， 由于榫卯减小了木构件的截面， 使结点
处的承载能力有所下降， 但古建筑结构中材料余度
算 方 法 和 结 构 安 全 验 算 要 点 ． 总 结 出 传 统 木 结 构 民 居 的 抗 震 、抗 侧 移 构 造 措 施 ．
关 键 词： 木结构； 计算简图； 抗震机理；Байду номын сангаас维护措施
中 图 分 类 号 ： ＴＵ７５９
文献标识码： Ａ
Ｔｈｅ Ｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ａｌ Ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｃａｌ－ ｓｔｙｌｅ ｄｗｅｌｌｉｎｇ Ｈｏｕｓｅｓ ｉｎ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｈｕｎａｎ
湘西南木结构民居的结构特性分析
李 蓉， 邓云叶
（ 邵 阳 学 院 城 市 建 设 系 ， 湖 南 邵 阳 ４２２０００）
摘 要： 本文在对湘西南木构民居发展历程和结构构造有了全面认识的基础上， 分析研究了其结构体系、
受力特点和杭震机理． 给出了湘西南地区传统木结构民居的结构计算简图及振动模型， 及其相应的具体内力计
收稿日期： ２００７－ １ ２－ １ ２ 作者简介： 李蓉（１９７７－ ），女，湖南湘乡人，邵阳学院城建系讲师，结构工程硕士．
第１期
李 蓉， 邓云叶： 湘西南木结构民居的结构特性分析
７９
的转动， 因此， 柱与基础的连接简化成固定铰支座的 力学模型较符合实际情况．
固在卯中， 榫有一定的长度． 这就限制了梁绕柱卯 的转动而产生了弯矩， 因此计算中可将该结点简化 成具有一定刚度的结点．
整体 柱 架 按 弯 矩 分 配 法 可 得 内 力 图 如（ ３－ １１） ， 验算最大弯矩截面：
可知， 截面满足要求． Ｎ 柱子所受轴压力 Ｍ 柱端弯矩 Ｗｎ 柱截 面 抗 弯 模 量 ｆｃ 杉木 柱 顺 纹 抗 压 强 度
８０
邵阳学院学报（ 自然科学版）
第５卷
ｆｍ 杉木 柱 抗 弯 强 度 对 于 檐 柱 来 说 ， 可 作 成“ 侧 脚 ”（ 图 ７） ， 一 般 角 度
步简化为单自由度底部 固 结 体 系． 如 图 ９． 进 行 结
构地震反应分析． 当大的地表加速度使房屋在基础
顶面滑移时， 整个房屋相当于一个刚块， 作刚体平
移．
根据滑移距离
Ｓ，
可按能
量守恒定律
μＧ·Ｓ＝
１ ２
ｍｖ２． 计 算 出 滑 移 速 度 ， 最 大 地 表 加 速 度 等 参 数．
４ 结论： 木构架抗震、抵抗侧向变形的措施
极大， 从而充分利用了半刚性接头的柔性． 榫卯连
接不仅改变结构的特性， 而且在地震中以变形吸收
了一部分能量， 减小结构的地震效应． 榫卯的结构
形式多种多样， 从力学性能上考虑分为直榫与燕尾
榫， 燕尾榫一般在柱顶使用， 直榫一般在柱子中间使
用． 典型的榫卯结构如图 ３， ４ 所示．
２．１ 在竖向荷载作用下的整体排架分析 由 于 屋 架 中 檩 、梁 对 上 部 荷 载 的 收 集 转 换 ， 作 用
２Ｈ 架 自 重 平 衡 条 件 得 到 满 足 ， 柱 架 就 不 会 倾 翻． Ｌ— 通 进 深（或 通 面 阔） Ｈ—柱 高． 通 进 深 大 于 等 于 两 倍 间 广 ． 而 μ＜１， 这 个 条 件 一 般 完 全 能 满 足 ． 当 柱 根 部
图 ９ 构架振动模型
不动， 柱架只在原地摇摆时， 构架的振动模型可进一
ＬＩ Ｒｏｎｇ， ＤＥＮＧ Ｙｕｎ－ ｙｅ
（ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ， Ｓｈａｏｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｓｈａｏｙａｎｇ Ｈｕｎａｎ ４２２０００）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ， ｓｔｒｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｅａｒｔｈｇｕａｋｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｗｏｏｄｅｎ ｈｏｕｓｅｓ ｉｎ ｓｏｕｔｈｗｅｃｔ Ｈｕｎａｎ． Ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ ａｎｄ ａ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｖｉｂｅｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ｐｒｏｕｉｄｅｄ． Ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｆｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｔｓ ｃｏｎｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｍａｉｎ ｐｕｉｎｔｓ ｏｆ ｉｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｆｉｏｎ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ， ｓｕｍｍａｒｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｕｓｅｓ＇ ａｎｔｉ－ ｅａｒｔｈｇｕａｋｅ ａｎｄ ａｎｔｉ－ ｓｉｄｅｍｏｖｅｍｅｎｔ．
Ｋｅｙｗｏｒ ｄｓ： ｔｉｍｂｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｄｉａｇｒａｍ； ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ； ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ
湘 西 南 地 区 也 就 是 我 们 常 称 的 “ 大 湘 西 地 区 ”， 由 邵 阳 、怀 化 、张 家 界 三 个 地 级 市 和 湘 西 土 家 族 苗 族 自 治 洲 组 成 ． 是 典 型 的 少 数 民 族 聚 居 地 和 汉 、少 混 居地． 由于长期的少数民族与汉族的混居， 形成了 独特的以少数民族风情为主的生活状态． 湘西南民 居以木结构为主， 经历了漫长的历史发展， 演变成一 副美丽的图画． 这些民居大多以木材为建筑主材， 因地制宜， 在建筑和结构上都形成自己独有的特点， 随着旅游资源的开发， 渐渐为外界所知． 本文对湘 西南木结构民居进行力学性能、抗震性能的检测和 分析， 学习其在几千年的实践中积累下来的宝贵经 验 ， 探 索 更 合 理 模 型 及 加 固 、改 造 方 法 ， 对 民 居 的 保 护和合理开发提出相应建议．
１ 木构架的结构特点及理论建模
１．１ 基础与柱的连接 柱子承重的木构架这种结构形式实际上就是一
种框架结构． 这种框架结构起承担和传递屋顶全部 荷载的作用， 而墙体仅起维护空间的作用． 它无论 在传递荷载还是在整体性方面都是比较理想的， 对 结 构 物 抗 震 较 为 有 利 ， 可 以 做 到“ 墙 倒 屋 不 塌 ”． 木 结 构 中 常 见 的 柱 与 基 础 的 连 接 见 图 １． 从 图 中 可 知 ， 这 种 连 接 形 式 可 以 限 制 ｘ， ｙ 方 向 的 位 移 ， 而 在 ｚ 方 向（垂 直 方 向）也 限 制 了 它 向 下 的 位 移． 因 此 该 结 点 ３ 个位移自由度均被约束． 柱与墙体的结构如图 ２ 所示， 这样的结构形式将不能限制柱子绕基础石
屋 面 荷 载 通 过 椽 、檩 、梁 传 给 柱 头 及 枋． 从 前 面 的柱架构造分析可知， 实体木构中梁的刚度比柱大 得多， 柱下端简支上端为半刚性节点， 计算简图如图 ８． 由于柱底与石础表面之间的断离关系， 台基对柱 底的水平约束力是静摩擦力， 其大小随水平荷载的 大小可变， 但有一个最大静摩擦力限值， 是由柱底最 大 压 力 和 静 摩 擦 系 数 μ决 定 的． 最 大 静 摩 擦 力 ｆｍａｘ＝ μ·Ｎｍａｘ， μ的 估 计 值 在 ０．２－ ０．５ 之 间 ． 当 水 平 荷 载 Ｐ 的值超过柱底可提供的最大摩阻力时， 整个柱架将 发生刚体水平滑移．
３ 抗震机理分析
３．１ 抗震机理分析 木构架不是我们现代建筑中的排架、框架和刚
架， 但又都很近似． 柱脚浮搁在柱础上， 不承担弯 矩． 房屋横向所承受的地震力， 依靠额枋和柱头榫
卯产生的弯矩抵抗， 纵向抗震依靠山面檐柱和山墙 承担． 分析构架既要从一架一柱着眼， 又要整体来 考虑．
由于湘西南地区抗震设防等级较低， 只考虑水 平地震作用下木结构民居的抗震机理． 柱架中各大 构件分布较分散， 可根据地震反应等效原则， 将质量 集 中 到 柱 头 ． 设 柱 架 层 总 质 量 为 ｍｚ， 木 柱 脚 与 石 础 镜 面 间 摩 擦 系 数 为 μ． 在 一 个 地 震 动 瞬 时 脉 冲 作 用 下， 由于整个房屋在柱底面与基础分离， 即为房屋的 隔振系数， 能传上上部结构的总柱底剪力为 μ （ ｍｚ＋ｍｌ） ｇ， 即 为 μＧ， Ｇ 为 房 屋 总 重 ． 若 地 震 动 地 表 水 平 加 速 度 ａ（０ ｔ） !μｇ， 则 房 屋 在 原 地 不 会 滑 移 ， 上 部 结 构 可 能 摆 动 ；若 地 震 动 地 表 水 平 加 速 度 ａ（０ ｔ） ＞μｇ， 则房屋将相对地面水平滑移， 无论滑移多远多剧 烈． 房屋构架中所受到的地震作用— 柱底总剪力 值 最 大 不 超 过 μＧ． 对 于 纵 向 柱 架 ， 只 要 Ｌ ＞μ— 柱
在柱架上的荷载均可看成集中力， 其作用位置基本 在柱截面形心． 各柱相当于轴心受压长柱． 由于梁 架的不对称易造成柱架侧移．
对于梁荷不对称而形成的弯矩， 将由整个柱架 来承担， 计算简图可取如图 ５， 可用弯矩分配法求解 图 ６．
图 ５ 竖向荷载作用下柱架计算简图
图 ３ 梁柱直榫连接构造图 图 ４ 燕尾榫连接构造图 燕尾榫结构， 可以承受拉力和压力两个方向的
图 ６ 柱架受不平衡力矩内力图 柱 架 计 算（ 按 三 柱 式 单 层 ， 进 深 面 阔 均 为 ４ｍ， 柱 径 ２００ｍｍ， 梁 径 １５０ｍｍ， 檩 条 荷 载 取 ２ＫＮ／ｍ） ： 檩 条 传 递 两 个 檩 距 内 的 屋 面 荷 载 及 自 重 ， Ｐ＝３３． ２ＫＮ， 不 平 衡 力 矩 为 前 后 厢 荷 载 不 对 称 产 生 ， Ｍ＝１０． ２ＫＮ．ｍ． 柱受轴压验算：
４．１ 木柱 为防止木柱的折断可以采取以下的措施： 应确
保木柱的截面尺寸足够大， 木柱的梢径不宜小于 １５０ ｍｍ． 确 保 柱 子 在 开 榫 后 的 截 面 积 不 小 于 柱 径 的 ５Ｏ％ ， 并 且 应 避 免 在 柱 子 的 同 一 高 度 处 纵 横 向 开 榫． 竖 柱 加 侧 脚（也 称 收 分）， 四 周 柱 子 ， 稍 微 内 倾 ， 柱
第５卷 第１期 ２００８ 年 ３ 月
邵阳 学 院学 报（ 自 然科 学 版） Ｊ ｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓ ｈａｏｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓ ｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓ ｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ ）
Ｖｏｌ．５ Ｎｏ．１ Ｍａｒ ．２００８
文 章 编 号 ： １６７２－ ７０１０（ ２００８） ０１－ ００７８－ ０４
当水平荷载作用时， 也会引起柱架本身变形， 柱 头侧移， 变形后柱高变为不等高， 引起柱列内力重分 布， 直到柱架某根或某几根柱根部开始滑移， 一般是 轴力变小的柱先滑移． 由于柱架对水平荷载作用是 靠柱底摩擦力来平衡， 水平作用下柱架分析是以竖 向荷重即摩擦面上正压力存在为前提的， 这也是分 析木结构民居稳定时应注意的一点．
为 １：０．０８， 由 柱 脚 节 点 平 衡 得 ： Ｒｘ ／ Ｒｙ ＝０．０８， 而 柱 脚 所能提供的水平摩擦力远大于此， 故柱脚稳定．
图 ７ 柱 脚“ 侧 脚 ”示 意 ２．２ 在水平荷载作用下的整体排架分析
作用在柱架上的水平荷载主要是指集中在柱头 的檩条传递过来的摩擦力， 其成因主要是风荷载和 地震作用．
２ 整体排架静力分析
图 １ 柱与基础的连接
图 ２ 柱与墙体的连接
１．２ 榫头的连接
木构架民居中大木作的连接均采用榫卯连接．
巧妙的榫卯连接方式不用一钉一铁， 独树一帜， 表现
出极强的半刚性连接的特性． 它在我国有上千年的
历史． 虽然， 由于榫卯减小了木构件的截面， 使结点
处的承载能力有所下降， 但古建筑结构中材料余度
算 方 法 和 结 构 安 全 验 算 要 点 ． 总 结 出 传 统 木 结 构 民 居 的 抗 震 、抗 侧 移 构 造 措 施 ．
关 键 词： 木结构； 计算简图； 抗震机理；Байду номын сангаас维护措施
中 图 分 类 号 ： ＴＵ７５９
文献标识码： Ａ
Ｔｈｅ Ｓｔｒ ｕｃｔｕｒ ａｌ Ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｃａｌ－ ｓｔｙｌｅ ｄｗｅｌｌｉｎｇ Ｈｏｕｓｅｓ ｉｎ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｈｕｎａｎ
湘西南木结构民居的结构特性分析
李 蓉， 邓云叶
（ 邵 阳 学 院 城 市 建 设 系 ， 湖 南 邵 阳 ４２２０００）
摘 要： 本文在对湘西南木构民居发展历程和结构构造有了全面认识的基础上， 分析研究了其结构体系、
受力特点和杭震机理． 给出了湘西南地区传统木结构民居的结构计算简图及振动模型， 及其相应的具体内力计
收稿日期： ２００７－ １ ２－ １ ２ 作者简介： 李蓉（１９７７－ ），女，湖南湘乡人，邵阳学院城建系讲师，结构工程硕士．
第１期
李 蓉， 邓云叶： 湘西南木结构民居的结构特性分析
７９
的转动， 因此， 柱与基础的连接简化成固定铰支座的 力学模型较符合实际情况．
固在卯中， 榫有一定的长度． 这就限制了梁绕柱卯 的转动而产生了弯矩， 因此计算中可将该结点简化 成具有一定刚度的结点．
整体 柱 架 按 弯 矩 分 配 法 可 得 内 力 图 如（ ３－ １１） ， 验算最大弯矩截面：
可知， 截面满足要求． Ｎ 柱子所受轴压力 Ｍ 柱端弯矩 Ｗｎ 柱截 面 抗 弯 模 量 ｆｃ 杉木 柱 顺 纹 抗 压 强 度
８０
邵阳学院学报（ 自然科学版）
第５卷
ｆｍ 杉木 柱 抗 弯 强 度 对 于 檐 柱 来 说 ， 可 作 成“ 侧 脚 ”（ 图 ７） ， 一 般 角 度
步简化为单自由度底部 固 结 体 系． 如 图 ９． 进 行 结
构地震反应分析． 当大的地表加速度使房屋在基础
顶面滑移时， 整个房屋相当于一个刚块， 作刚体平
移．
根据滑移距离
Ｓ，
可按能
量守恒定律
μＧ·Ｓ＝
１ ２
ｍｖ２． 计 算 出 滑 移 速 度 ， 最 大 地 表 加 速 度 等 参 数．
４ 结论： 木构架抗震、抵抗侧向变形的措施
极大， 从而充分利用了半刚性接头的柔性． 榫卯连
接不仅改变结构的特性， 而且在地震中以变形吸收
了一部分能量， 减小结构的地震效应． 榫卯的结构
形式多种多样， 从力学性能上考虑分为直榫与燕尾
榫， 燕尾榫一般在柱顶使用， 直榫一般在柱子中间使
用． 典型的榫卯结构如图 ３， ４ 所示．
２．１ 在竖向荷载作用下的整体排架分析 由 于 屋 架 中 檩 、梁 对 上 部 荷 载 的 收 集 转 换 ， 作 用