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合成全景木結(jié)構(gòu)抗震性能與節(jié)點(diǎn)構(gòu)造分析
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2016-10-26 10:46
很多先進(jìn)的建筑技術(shù)隨著建筑業(yè)的發(fā)展得以應(yīng)用，木結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)古老的建筑技術(shù)
宋朝時(shí)系統(tǒng)的編制成中國(guó)最古老的建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范《營(yíng)造法式》
近千年來木結(jié)構(gòu)一直是重要的建筑技術(shù)，我國(guó)木材資源相對(duì)匱乏，不能大面積的應(yīng)用
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，從國(guó)外進(jìn)口木材來建造屬于自己的木結(jié)構(gòu)房子越來越成為現(xiàn)實(shí)
本文以普通辦公樓：三層；層高均3m；平面12（寬：6+6）x 18（長(zhǎng)：6+6+6）米
混凝土框架和木結(jié)構(gòu)框架做對(duì)比分析。下文中均以WF（Wooden Frame）
代表木框架；RCF(Reinforced Concrete Frame)代表鋼筋混凝土框架；
首先地震是如何對(duì)地面建筑物產(chǎn)生破壞的呢？
地震發(fā)生時(shí)是以震源為中心向四周傳遞地震波，地震波由橫波和縱波組成
縱波的傳遞速度約為5.6Km/s，橫波的傳遞速度約為3~5Km/s;在震源距地面20公里時(shí)
兩種波傳遞時(shí)差約為10秒，這個(gè)時(shí)差至關(guān)重要，因?yàn)榭v波帶來的感覺是上下震動(dòng)
可以趁機(jī)逃出建筑物，橫波帶來的感覺是左右晃動(dòng)，這時(shí)幾乎無法站立，無法逃生。
縱波對(duì)應(yīng)的是豎向地震作用，橫波對(duì)應(yīng)的是水平地震作用，《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》
對(duì)豎向地震僅要求在8、9度時(shí)的大跨度和長(zhǎng)懸臂以及9度時(shí)的高層建筑才計(jì)算，
豎向與水平地震作用計(jì)算的地震力對(duì)比約為：1:1.6；豎向地震力相對(duì)較小，
結(jié)構(gòu)的豎向承載力儲(chǔ)備富余度大，故豎向地震一般不考慮，本文中的木結(jié)構(gòu)不考慮豎向地震
水平地震是抗震的關(guān)鍵點(diǎn)，通俗一點(diǎn)講水平地震作用施加給建筑物的是一個(gè)快速波動(dòng)的水平加速度
可以簡(jiǎn)單的用牛頓第二定律F=ma來理解，工程中此公式為：
其次，木材具有良好的彈性和韌性，木材由粗纖維成束狀組合而成
順紋強(qiáng)度很高，能承擔(dān)較大的拉壓應(yīng)力，抗沖擊能力很強(qiáng)。
生活中遇到臺(tái)風(fēng)暴雨惡劣氣候時(shí)，經(jīng)常有樹木連根拔起，
但是樹干折斷的較少，正是因?yàn)槟纠w維有足夠的韌性。
所以木材用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)能做到變形大釋放地震能量而不破壞，
有較強(qiáng)的抗震性能?；炷敛牧蠈儆诖嘈圆牧?，
剛度大吸收地震能量大，容易形成裂縫導(dǎo)致破壞。
再次，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方面，筆者認(rèn)為古代木結(jié)構(gòu)的榫卯結(jié)合的節(jié)點(diǎn)并非抗震有利節(jié)點(diǎn)
很多資料一再?gòu)?qiáng)調(diào)榫卯節(jié)點(diǎn)是古代木結(jié)構(gòu)抗震的精髓
認(rèn)為這種節(jié)點(diǎn)在地震作用下可以有足夠的活動(dòng)空間而不破壞同時(shí)釋放地震能量，
這種理解是錯(cuò)誤的抗震理解，這恰恰違背了抗震概念里的“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的理念，
榫卯節(jié)點(diǎn)實(shí)質(zhì)上是在削弱節(jié)點(diǎn)區(qū)的桿件，梁柱連接時(shí)，柱身相應(yīng)區(qū)域開洞俗稱榫眼，
梁端削出凸頭俗稱榫頭，頭眼插接形成榫卯節(jié)點(diǎn)，無論是梁端還是柱根都做了削弱處理，
該節(jié)點(diǎn)按現(xiàn)代結(jié)構(gòu)力學(xué)構(gòu)造為鉸接節(jié)點(diǎn)，梁柱要滿足承載力要求時(shí)需加大截面尺寸，
造成肥梁胖柱的實(shí)際效果，即“強(qiáng)構(gòu)件，弱節(jié)點(diǎn)”的錯(cuò)誤抗震理念。
木結(jié)構(gòu)體系中的柱腳一般采用插入式的鉸接柱腳，以下圖為例進(jìn)行力學(xué)說明：
[attach]620388[/attach]
由上圖可知，采用榫卯節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)體系有機(jī)構(gòu)的嫌疑，
如果截面尺度較大時(shí)鉸接節(jié)點(diǎn)可以接近半剛性連接節(jié)點(diǎn)，
極少數(shù)做的嚴(yán)密時(shí)才能達(dá)到剛接效果，從這里可以得出結(jié)論，
榫卯節(jié)點(diǎn)是不利于抗震的，如果說榫卯節(jié)點(diǎn)因?yàn)榱粲锌障犊梢栽诘卣鹱饔脮r(shí)釋放能量，
但同時(shí)有極大的垮塌風(fēng)險(xiǎn)。
古代建筑留存到現(xiàn)在依然矗立不倒且經(jīng)歷地震的
一方面是古代建筑成千上萬留存下來鳳毛麟角，沒有統(tǒng)計(jì)意義；
另一方面留存下來的古建普遍存在截面尺度較大，節(jié)點(diǎn)處理相對(duì)合理，
能夠做到榫卯嚴(yán)密，形成剛性或半剛性連接（如日本京都清水寺千年古建）。
榫卯結(jié)合的節(jié)點(diǎn)在古代是因?yàn)榧夹g(shù)條件所限，退而求其次的做法，
對(duì)工藝要求較高，在一些仿古建筑高度不高，對(duì)節(jié)點(diǎn)美觀要求較高的地方，可繼續(xù)采用。
木框架節(jié)點(diǎn)的連接嚴(yán)重影響木結(jié)構(gòu)整體抗側(cè)力水平，
這也是木框架一直發(fā)展不起來的主要原因，筆者認(rèn)為隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，
鋼木結(jié)合的節(jié)點(diǎn)是有發(fā)展前景的，鋼制連接點(diǎn)因?yàn)閺?qiáng)度大，能傳遞桿端內(nèi)力，
同時(shí)不削弱桿件自身承載力，能滿足抗震要求。
節(jié)點(diǎn)知識(shí)有很多需要全部了解需要一些時(shí)間
還不如直接的看個(gè)比較全面節(jié)點(diǎn)教學(xué)
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