木结构榫卯节点抗震性能及加固研究

在单 向水平加荷 之初 ，榫卯节 点约束弯矩 很小 ，与铰接相
当。 随着水平荷载加大 ，榫 卯才开始 承受 一定的约束弯矩 ，并伴 有相 当的挤压变形 与拔 出滑移［ ７ 】 。 采用榫卯进行连接不 仅改变 了
结构 的特性 ，而且在水平 反复荷载作用下 ， 榫卯节点 由于榫与 卯 之 间的滑移和限位转动使得节点能发生一定的挤压变形， 形成 良 好的 隔震消能结构 体系 ，相 当于在节 点处安装 了阻尼 器 ，减小 了结构的地震 响应【 ８ 】 ，房屋将发 生左 右摇 晃而 不会 倒塌。 同时 ， 榫
骨架曲线以及转 角刚度 ， 研究结果为传统木构建筑的抗震性能研
建筑 已出现损 坏 ， 从 历史性、 艺术性价 值考虑 ，急需 对这些传统
木构建筑 的抗震性 能进行科学研 究 ，为维修和保护 提供科学依
据。
究和修缮加 固提 供 了理论基础 。 周乾等“ ］ 采用数值模 拟方法 ， 以
直榫和燕尾榫 为例 ， 研究 了榫 卯节 点的破坏特征和破坏形式 。 在
抗震性能研究进展［ Ｊ ］ ． 世界地 震工程 ， ２ ０ １ ４ ， ３ ０ （ １ ） ： １ ２ — ２ ２ ． ［ １ ０ ］ 徐 明刚 ， 邱洪兴 ， 淳庆 ． 碳纤维加 固古建筑木结 构榫 卯节 点承
点刚度退化而言 ， ３ 种材料 的顺序为 ： Ｃ Ｆ Ｒ Ｐ＞￣， 钉 ＞钢箍 ； 就加 固
的抗 震性 Ｊ ］ ． 建筑材料学报 ， ２ ０ １ ３ ， １ ６ （ ４ ） ： ６ ４ ９ － ６ ５ ６ ． ［ １ ６ １ 周乾 ， 闫维 明， 纪金豹， 等． Ｃ Ｆ ＲＰ Ｊ ／ Ｎ 固古建筑榫 卯节 点振 动台 试 验［ Ｊ ］ ． 广西大学学报 ： 自然科学版 ， ２ ０ １ １ ， ３ ６ （ １ ） ： ３ ７ － ４ ４ ．
［ １ ２ ］ 周乾 ， 闫维明 ， 纪金豹 ． 抬梁式木 构古建榫卯节点受弯破坏数
动 台试验 方法 ， 测试 了碳纤 维增 强塑料（ Ｃ Ｆ ＲＰ ） Ｊ ｊ Ｉ Ｉ 固后 的榫卯节
点的抗震性能 ， 结果表 明， Ｃ Ｆ Ｒ助 Ⅱ 固古建筑榫 卯节 点具有较好的
值 分析［ Ｊ ］ ． 工程抗震与加 固改造 ， ２ ０ １ ５ ， ３ ７ （ ２ ） ： ２ ２ — ２ ８ ． ［ １ ３ ］ 淳庆 ， 吕伟 ， 王建 国， 等． 江浙地区抬梁和穿斗木构体系典 型榫 卯节点受力性能［ Ｊ ］ ． 东南大学学报 ： 自然科学版 ， ２ ０ １ ５ ， ４ ５ （ １ ） ：
点： 燕尾榫（ 含下落式燕尾榫） 、 半榫 、 十字箍头榫 以及馒头 榫 。 榫
卯连接 方式 ， 不但 可以承受较大 的荷载 ， 而且允 许产生一定 的变
震性能决定 了整个建筑 的安 全 ］ 。 榫卯连接方式可 以使 各节 点刚
柔相济 ，具有一定 的抗 震消能作用 。 有研 究表 明， 榫 卯节点能
形， 发挥其“ 柔性” 连接 特征 ， 在地 震荷载下通过 变形吸收地震 能
量， 使整个结构 的抗侧移 刚度 降低 ， 从而有效地 减轻地震对结 构 的破坏作用口 】 。 由于长期 的风 雨侵 蚀、 地震的破坏 ， 大量传统木构
消耗３ ０ ％左右的地震能量【 “ 】 。 淳庆等 研 究了典型榫卯节点的抗震 性能， 获取了榫卯节 点在水平荷载作用下的破 坏模式 、 滞 回曲线、
＞瓜柱柱脚直榫。 研 究结 果为抬梁和穿斗木构建筑 的计算分析及
保护修缮提供 了理论基础。 姚侃 “ 研 究 了榫卯的半刚性连接特 性和刚度退 化的规律 。 结果表 明 ， 木结构的榫 卯连接 刚度随荷载 变化而 呈非 线性 变化 ， 刚度在０ ． ３ ０ ６ ２ ～２ ３ ． ６ ０ ５ ４之 间变化 。
［ Ｊ 】 ． 建筑结构 学报 ， ２ ０ １ ０ （ ￥ ２ ） ： ３ ４ ５ － ３ ４ ９ ．
３ 榫 卯 节点 的加 固
当榫卯节点出现拔榫、 脱榫、 松动时会使其承载力及木框架抗 侧刚度明显降低， 最终造 成木框架整体失稳， 因此 ， 有必要对其进 行： ｂ ￣ ｌ ａ维修。 周乾等 采用扒钉 、 Ｃ Ｆ Ｒ Ｐ （ 碳 纤维 增强塑料 布） 和钢
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弯矩荷载作用 下 ， 直榫的榫头 容易产生 拉、 压、 剪破 坏， 卯Ｉ Ｚ ｌ 则相
１ 木结 构 吉建筑
中国木结构古代建筑具有独特的结构形式 ， 是 世界 公认 的三 大建筑 体系之－ －［ ｌ ， 是历史发展 的见证 和 民族文化兴衰潮 汐之映
射， 也是珍贵 的文 化资源和历史文化遗 产［ ５ 】 ， 具有 杰出的历史 、 文 化、 艺术和科学价 值。 中国木结构古建筑中 ， 结构构件的联结均采 用榫 卯进行连接 ， 连接具有半 刚性特征 ，且具 有一定 的抗 拉压 、 抗 弯以及抗扭 能力 １ 。
对不易产生破 坏 ； 而燕尾榫榫头 与卯 口都会产生破坏 ， 且 比直榫 破坏严重 ； 另一方面 ， 因为燕尾榫节点 的转动刚度比直榫大 ， 所以 不易产生转 动， 但是若发生转 动， 燕尾榫节点的破坏性也大干直 榫节点 。 淳庆等ｎ ３ 还研 究了抬梁和穿斗木构体系 中典型榫卯节点
受力性能 ， 结果表明 ， 就节点耗能能力而言 ， 半榫 ＞馒头 榫＞透榫
夏宗发 张博 于毅 郭凯 武汉 ４ ３ ０ ０ １ ９ ） （ 长 江水 利委员会机关服务 中心建 筑工程 中心
摘 要： 中国木 结构古建 筑具 有独特 的结构形 式， 是世 界公认 的三大建筑体 系之一 ， 是珍 贵的 文化 资源和 历史文化遗 产 。 结构
构架采 用榫 卯连接是 木结构建 筑的一个重要特征 ， 这 种连接 方式使得各 节点刚柔相济 ，具有较好的抗震消能作 用， 能有效地
耗能能力而言 ， ３ 种材料 的顺序为 ： Ｃ Ｆ Ｒ Ｐ＞钢 箍＞扒钉 ； 就加固节
（ １ ９ ） ： ４ －５ ．
［ ８ ］王毅红 ， 蒋建飞， 石 坚， 等． 木结构房屋的抗震性 能及保护措施 ［ Ｊ 】 ． 工程抗震与加 固改造， ２ ０ ０ ４ （ ５ ） ： ４ ７ —５ １ ． ［ ９ ］宋晓胜 ， 苏经宇 ， 郭小东， 等． 中国木结构古建筑榫卯连接节点
１ ９ ９ １ ．
验［ Ｊ 】 ． 文物保 护与考古科学 ， ２ ０ １ １ ， ２ ３ （ ４ ） ： １ ７ — ２ ５ ．
【 ２ ０ ］ 谢启芳 ， 赵鸿 铁， 薛建 阳， 等． 中国古建筑木结构榫卯节点加 固 的试 验研究［ Ｊ ］ ． 土木工程学报 ， ２ ０ ０ ８ ， ４ １ （ １ ） ： ２ ８ －３ ４ ．
１ ５１ —１ ５ ８．
减震效果 。 此外， 采用马 口铁、 扁钢 、 胶入钢筋等方法对 榫卯节点 也有很好 的加 固效 果 ， 能有效 阻止结构 榫卯节点的破坏 ， 可做为 古建筑木 结构抗震加 固方法 。
［ １ ４ １ ￣ ６ 侃， 赵鸿铁 ， 葛鸿鹏 ． 古建木结构榫 卯连接 特性的试验研究
形成 良好 的隔震消能结构体 系， 相 当于在节 点处安装 了阻尼 器，
减小了结构的地震 响应。 但是随着使 用年限的增长 ， 现存木 结构 古建筑 中木材材性 不断退化 ， 以及长期 的风雨侵蚀 、 地 震的破坏 和人为 因素 ，大量木构建筑 已出现 损坏 ， 从 历史性、 艺 术性 价值 考虑 ， 开展榫 卯节 点抗震性能研究 ， 对于提 出科学合理的保护措
工业技术
ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． １ ６ ６ ６ １ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ ６ ７ ２ －３ ７ ９ １ ． ２ ０ １ ５ ． ２ ３ ． ０ ８ ３
． ２ ０ １ 。 ５ Ｎ Ｏ ． 。 ２ ３ ｌ ｊ ｛ 圆
ห้องสมุดไป่ตู้
木结构榫 ！ ； ｉ Ｉ 】 节点抗震性 能及加 固研 究
关 键词 ： 木结构
榫 卯节点
抗震性 能 加 固方法 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ｌ ６ ７ ２ — ３ ７ ９ ｌ （ ２ ｏ １ ５ ） ０ ８ （ ｂ ） 一 ０ ０ ８ ３ 一 ｏ ２
中图分类号 ： Ｔ Ｕ ３ ６
木结 构是建筑史上应用时 间最长的建筑材料 之一 ， 结构构架 采用榫卯连接是木结构建筑的一个重要特征。 所谓榫卯连接是将
［ ２ １ ］ 徐明刚 ， 邱洪兴． 中国古代木结构建筑榫卯节 点抗震试验研究
［ ２ ］淳庆 ， 乐 志， 潘建伍 ． 中国南 方传统木构建筑典 型榫 卯节点抗 震性 能试验研究［ Ｊ ］ ． 中 国科学 ： 技术科学 ， ２ ０ １ １ ， ４ １ （ ９ ） ： １ １ ５ ３ —
１ １ ６ ０．
节点延性 而言， ３ 种材料 的顺序 为： Ｃ Ｆ Ｒ Ｐ ＞￣ ， 钉 ＞钢箍。 建议对于
小 型木 构 架加 固可采 用 扒钉 ； 对于 中 小型 木 构架 加 固可 采 用 Ｃ Ｆ ＲＰ； 对于 中大 型木构架加 固可采用钢箍。 周乾等［ １ ６ １ 还采 用振
载 力计算［ Ｊ ］ ． 工程抗 震与加固改造 ， ２ ０ １ ３ ， ３ ５ （ ３ ） ： １ ２ １ —１ ２ ４ ． ［ １ １ ］ 吴洋 ， 郭小东 ， 许涛． 古建筑燕尾榫节 点破 坏机 理及有限元分 析［ Ｊ ］ ． 低温建筑技术 ， ２ ０ １ ３ ， ３ ５ （ １ ０ ） ： ４ ２ － ４ ５ ．
梁湍做成榫头形式 ， 将柱身做成 卯口形式 ， 将榫头插入卯 口中， 从 而形成 的一种 凹凸结 合的特殊连接体 系“ 】 。 共有４种典型榫卯节
与卯反复的张开和 闭合也使得结构刚度不断发生变化， 从而一定 程度上改变 了结 构的动力特性［ ５ ］ 。
２ 榫卯 节点抗震 性 能研究
在地震作 用下 ， 梁柱等构件处于弹性工作状态， 因而节点的抗