徽派木構古民宅結構分析
——以棠樾某民宅為例

邢凱峰，肖官衍，王小平，王公成，李紅艷

（1.黃山學院 建筑工程學院，安徽 黃山245041；2.西南交通大學-利茲學院，安徽 池州247100）

1 引 言

徽派木構古民宅的水平構件與豎向構件多以半榫和透榫的形式進行拉結。其做法都是榫的穿入部分的長度至柱中部位，半榫相較于透榫的結構作用較差。為了防止拔榫現象的發生，節點處多采取設置“關鍵”、替木或雀替的辦法予以解決。對既有材料的掌握和組織實施，使得中國建筑營造對于木結構的應用愈加嫻熟至爐火純青，其成就令后人難望其項背[1]。

2 節點受力分析及其建模

2.1 節點計算模擬

徽派木構古民宅木構件的榫卯節點是半剛性連接，其變形介于鉸接和剛接之間。本文以棠樾某民宅為例，該民宅為典型的徽派木結構建筑，受力結構清晰可見，沒有多余的裝飾。這些規律與組合方式的受力分析可以從建筑靜力與結構承重的角度出發[2]。

2.1.1 節點剛度

1.半榫（梁與中柱相交），X方向取1.0×1012kN/m，Y和Z方向均取1.41×104kN/m。

2.透榫（梁與邊柱相交），X方向取1.0×1012kN/m，Y和Z方向均取2.82×104kN/m。

2.1.2 杉木、馬尾松的強度和彈性常數

1.杉木、馬尾松的強度

木材按《規范》取杉木、馬尾松的順紋抗壓強度分別為10N/mm2和12N/mm2；杉木、馬尾松的順紋抗彎強度分別為11N/mm2和13N/mm2。

2.杉木、馬尾松的彈性常數，如表1。

表1 杉木、馬尾松的彈性常數

2.2 基本信息

該民宅建筑的一、二層平面圖及I-I 剖面圖如圖1所示。

圖1 一、二層平面圖及I-I剖面圖

2.3 作用于木構架上的荷載

2.3.1 屋蓋的荷載

屋蓋荷載設計值：1.2×0.713+1.4×0.53=1.60 kN/m2

2.3.2 樓層的荷載

樓面荷載設計值：1.2×0.35+1.4×2.0=3.22kN/m2

2.3.3 構件的尺寸（單位：mm）

其主要構件尺寸分別為：頂層穿枋50×200，其他穿枋均為50×300；斗枋120×200；纖子150×250；房帖50×250；四周與墻體相連的柱直徑160，其余中柱直徑均為180；屋蓋和樓蓋梁均為150×300。

3 計算模型和結果分析

3.1 計算模型

該民宅木構架的三維計算模型如圖2 所示，計算模型共有節點2522個，單元2285個，其中梁單元1336個、柱單元949個。

圖2 三維計算模型

3.2 計算結果及分析

3.2.1 內力計算分析結果

該民宅木結構的軸力圖和彎矩圖如圖3 所示，3/E柱軸力最大為30.65kN，中跨梁上的彎矩值最大為7.37kN·m。

3.2.2 位移計算分析結果

該民宅木構架的整體位移和豎向位移如圖4所示。

圖4 整體位移和豎向位移圖

從位移圖中可以看出：1.底層連接中間兩根脊柱纖子的跨中位移最大，可以采取增大纖子截面尺寸的措施以提高結構整體剛度，達到減小跨中位移的目的；同時，此處的彎矩也是最大的，可以采取減小纖子跨度，或將纖子做成月梁式，并向上反拱的措施以達到減小跨中彎矩的目的；采取在纖子與柱相連處設置替木或雀替的措施，這樣既增大了支撐長度又增加了接觸面，以達到增強梁、柱節點剛性的目的。2.豎向位移明顯大于水平位移，脊柱的水平位移和軸力值均最大。脊柱在整個木構架的作用是十分重要的，要保證木構架整體不散架，整體結構不倒塌，必須要保證脊柱是安全可靠的。

4 小 結

本文以棠樾某典型清代民宅為例，通過建模計算并對結果進行分析，從而得出徽派木構古民宅木構架通柱以水平位移為主，整體位移較小，提高榫卯節點剛度的同時也充分發揮了木材的力學性能。木構架榫卯節點處設置雀替等增強節點的剛性，保證通柱中脊柱的可靠，可大幅提高結構骨架的整體性。