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1、浅谈抬梁式古建筑屋盖的受力特点林锦滔（福建九鼎工程质量检测有限公司，福州 350002）510152025303540摘要：中国传统抬梁式古建筑的坡屋顶屋架需承受较大屋盖自重荷载，特别是重檐歇山顶建筑，但其仍能够具有良好的跨越能力。古代匠师通过选材保证构成屋架的杆件具有良好的强度及刚度，并对屋架结构的形式优化使得其具有较为良好的受力模式。古建筑木屋架是如何受力，其与桁架式木屋盖的屋架对比有什么特点，本文通过对两种屋架及同跨度梁在相同荷载作用下，构成屋架和横梁的最底层杆件内力进行分析比较，揭示它们的受力特点。表明桁架结构具有较好的受力特点，古建筑屋架虽未能如桁架一样受力优越，但与同跨度梁相比，使
2、得承受内力大大减小。关键词：古建筑；受力；桁架中图分类号：TU366.2The mechanical characteristics of ancient building roofLIN Jintao(Fujian the Jiuding Engineering Quality Testing Co., Ltd., Fuzhou 350002)Abstract: China traditional pitched roof of ancient buildings which need to bear a larger roof weightload, such as double eave
3、s culmen, still be able to have a good leap ability. The ancient craftsmenguarantee the quality through selecting higher lever member constituting the roof truss which has agood strength and stiffness, and the form of the roof truss structure is optimized so that it has relativelygood force modes. W
4、hat is the characteristics of ancient building truss when it compares with trussedtimber roof. In this paper, the two roof trusses and the same span beam are compared under the sameloads.The paper compares their force characteristics of the bottom member which is constituted theroof trusses and beam
5、s.Truss structure has good mechanical characteristics which is superior to ancientbuildings. However, compared with the same span beam,ancient building truss reduce internal forcesgreatly.Key words: Ancient building; Force; Truss0 引言为分析抬梁式传统古建筑屋顶的屋架（以下简称传统木屋架）受力特点，本文从构成木屋架所选用的材料入手，分析木材的材料性能，将其与钢、砼、木
6、、砌块、土等等这几大类材料的强度、弹性模量做对比，表明木材具有良好强度、刚度及跨越能力1 2。分析传统木屋架与桁架及同跨度梁在相同荷载作用下，力流在构架内部的传导，从而揭示传统木屋架的受力特点。1 木材的力学性能材料是构成建筑的基础，因此对建筑材料的选用至关重要，如何选用一种既易得又具有足够力学性能的材料是设计师需要考虑的问题。树木是自然界的建筑师，发达的根系是它的基础，围径不过半米的树干构成它的主体，支撑着高耸云天的巨冠。在古代社会混凝土未出现的情况下，木材成为匠师们的首选。本文将常用的建筑结构组成材料包括钢、砼、木、砌块、土等等这几大类作对比，表 1 列出几种材料的力学性能指标。作者简介：
7、林锦滔(1984 年-)，男，工程师，建筑结构检测. E-mail: 71877776-1-45Tab.1表 1 材料力学性能Mechanical Properties of Materials材料抗拉强度(MPa)抗压强度(MPa)钢3(Q235)215.00215.00砼4 (C30)14.301.43木5 (TC15A)13.009.00砌体61.500.13土(粉质粘土)0.15/弹模(MPa)20.60x1043.00x1041.00x1040.24 x1044.97注：表 1 中砌体表示为 MU10 烧结砖和 M5 砂浆砌筑而成砌体的性能；土的力学性能取自某工程地基中粉质粘土，抗压
8、强度一栏所列为地基承载力特征值，弹模一栏所列为压缩模量。从表 1 中不难发现，木材具有良好的力学性能，TC15A 木材的力学性能可以与 C30 砼5055相媲美，甚至木材的抗拉强度较之砼更为优良。钢材的广泛应用是在 18 世纪欧洲的产业革命之后，混凝土是在 1867 年由法国的园艺师莫尼哀发明的，因此木结构在古代社会成为我国建筑构成材料的首选。混凝土的使用最高寿命假使能有 100 年，而保护良好的木结构则有可能上达千年，比如福州的华林寺，始建于北宋乾德二年（964 年），主要构件为保存九百多年前的原物。其惊人的耐久性和近乎完美的力学性能（同时具备良好的抗拉压强度），赢得我国古代建筑匠师们的青睐
9、，因此其在我国古代社会得到了广泛地应用则不难理解。2 几种木屋架的受力特点2.1桁架式木屋架的受力特点木屋架桁架在横向荷载作用下，各杆件件全截面受压或是受拉，充分发挥构件强度，受力性能优越。钢结构厂房车间屋架、桁架桥梁等都是桁架在结构运用中的具体表现形式。五60六十年代建造的一些教学楼2、大礼堂、影剧院采用的也正是大跨度桁架式木屋架，木材轻便、力学性能优越、跨越能力强。桁架屋盖的节点计算时简化为铰接，忽略弯矩和剪力的作用，杆件主要承受轴力作用，截面受力均匀，对材料的利用率较高，受力合理。图 1桁架式木屋架简图652.2传统木屋架受力特点Fig.1Trussed timber roof diag
10、ram传统木屋架的受力是通过屋架的最上层小立柱传递给横梁，横梁再将荷载传递给下一层小立柱，如此循环，最下面一层小立柱再将荷载传递给最底层横梁。每层荷载的传递都使竖向荷载离屋架支座的距离越来越近，使得横向荷载对底层横梁产生的弯矩减小。-2-70图 2Fig.2传统木屋架示意图Traditional timber roof3 屋架内力计算比较将两种屋架及同跨度梁进行内力分析，比较各自的受力特点。假设屋架及梁的跨度为7518m，每道檩条作用在屋架节点上的荷载为 30kN，所有节点简化为铰接点，同时屋架具有足够的水平方向的稳定性，桁架式木屋架的计算简图如图 3，传统木屋架的计算简图如图 4，与木屋架同
11、跨度梁的计算简图如图 5，三种计算简图情况下最底层水平横梁的最大内力列于表 2 并做比较。表 2 表明桁架式木屋架截面主要承受轴力，传统木屋架截面受力模式虽不如桁架优越，但与同跨度横梁相比弯矩明显减小。80图 3Fig.3桁架式木屋架计算简图Trussed timber roof diagram-3-85图 4传统木屋架计算简图Fig.4Traditional wooden house frame diagram图 5同跨度梁90Fig.5The same span beam表 2 最底层横梁内力Tab.2Internal force of the bottom beam计算模式桁架式木屋架传
12、统木屋架同跨度梁轴力（kN）22500弯矩（kNm）0225405剪力（kN）075754 结论95100105110通过上文的介绍及对几种木屋架和横梁内力的计算分析比较表明：（1）木材具有良好的力学性能及耐久性，某些强度等级木材的力学性能可以与砼相媲美，甚至木材的抗拉强度较之砼更为优良，其在役年限也可超过混凝土，使得其在我国古代社会得到了广泛地应用。（2）桁架式木屋架，在横向荷载作用下，各构件全截面受压或是受拉，充分利用材料强度，受力性能优越。（3）传统木屋架通过小立柱将檩条荷载层层向下传递的同时也使荷载往屋架支座靠近，使得横向荷载产生弯矩的力臂减短，作用在最底层的横梁弯矩明显减小，受力也较
13、为合理。参考文献 (References)1 梁超.轻型木屋架在上海市平改坡工程中的运用J.建筑，2009,（17）：38-402 张宏.哈尔滨市某校木屋盖结构的可靠性鉴定及加固改造J.结构工程师，2010,26（4）:107-1133 北京钢铁设计研究总院，GB 50017-2003.钢结构设计规范S.北京：中国建筑工业出版社，20034 中国建筑科学研究院，GB 50010-2010.混凝土结构设计规范 S.北京：中国建筑工业出版社，20105 中国建筑西南设计研究院，GB 50005-2003.木结构设计规范S.北京：中国建筑工业出版社，20036 中国建筑东北设计研究院有限公司，GB 50003-2011.砌体结构设计规范S.北京：中国建筑工业出版社，2011-4-
