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1．前言：
中国传统建筑已经有几千年的历史，其中不仅包括了中国人的传统建筑工艺，更是包括着中国人的处世哲学和精神。传统建筑的营造方式主要依赖前世经验，构件尺寸大多经查表所得，很少进行现代结构力学的验算和复核，现行的国家规范中也没有具体规定，形成一片建设领域中的真空地带。
随着中国经济的不断发展，传统建筑越来越得到社会的认可和关注。仿传统木结构建筑的项目也不断增多，现代的使用功能和空间尺度，原有的查表方法已经无法完全满足需要，相关规范的缺失，又使得结构力学的计算也很难去复核。因此本文从工程实用角度出发，寻求简便易行的解决方案。
2．研究方法
本文采取“比较法”进行研究，以“抬梁式”木结构作为研究对象，首先选取典型层高并按照传统方法选取相应的构件尺寸。默认传统的尺寸是安全的、合理的。然后计算其顶点位移及受力性能，以此为基准，改变柱高、构件尺寸等关键因素，寻求等值的变化规律，为突破传统尺度提供参考。
3．计算参数
（1）材料
本工程屋盖部分、梁和柱等木材均采用杉木，假设木材近似为正交各向异性材料，在弹性计算时定义9个独立的弹性常数其详细指标详见表1~2，其中X、Y、Z分别代替径向、顺纹方向及弦向，E为弹性模量，PR为泊松比，G为剪切模量。柱和梁的单元坐标系采用局部坐标系，与木材的实际力学性能保持一致[1~2]。
荷载选用与荷载组合按照《建筑结构荷载规范》[3](GB50009-2012)(简称荷载规范)的规定，屋面活载取值为0.5KN/m2，恒载取值为4.0KN/m2。
本工程抗震设计按《建筑抗震设计规范》[4](GB50011—2010)(简称抗震规范)，抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，第一分组，场地类别为Ⅳ。
（3）节点
本文计算过程中，节点采用半刚性的榫卯节点，刚接系数为0.5[5]。
4．传统经验值下模型的计算
传统经验取值方法下的构件尺寸的安全性是经过多年的验证的，是能够满足正常使用状态的要求的，为了分析传统经验取值下构件的承载力极限状态下的安全余量及结构指标，本文将对一典型尺寸的“抬梁式”木结构进行计算分析，建筑图详图1所示，金柱直径为325mm，檩条直径为220mm，脊瓜柱为355mm×310mm，椽条直径为100mm，脊枋、金枋截面均为260mm×210mm，檐枋截面为325mm×260mm，五架梁截面为485mm×385mm，三架梁截面为400mm×320mm，明间面宽4450mm，梢间面宽3650mm，进深为6550mm。
图1 平面简图及剖面图
通过有限元软件Midas Gen进行建模，计算模型如图2所示，计算后可以得到结构柱顶位移和构件应力比，详见图3。从图3可知，金柱柱顶最大位移为25.474mm（层间位移角约为1/150），木柱最大应力为2.0Mpa<fc，且安全余量丰富。
图2 计算模型简图
图2 典型计算模型位移及应力结果
5．“抬梁式”木结构设计表格建立
为了使得“抬梁式”木结构设计过程更加实用快捷，本文将以上述典型模型层间位移角和材料强度为控制条件，改变层高、构件尺寸、明间面宽和梢间面宽等因素，计算多个不同的模型，并以典型模型的层间位移角及木材的强度进行控制，建立“抬梁式”木结构设计表格。通过Midas Gen软件计算不同的模型（屋面荷载保持不变；梢间面宽取明间面宽的0.8[5]），计算结果详见表3。
由表3可知，上述模型都能满足层间位移角为1/150以及应力小于杉木顺纹抗压强度fc。为了使得上述表格更具实用性，将其重新整理，如表4。
注：表格中单位均为毫米(mm)，其中梁高为五架梁的梁高。
6．结论
（1）传统经验取值下的构件尺寸能够满足极限承载力和正常使用状态的要求，且承载力余量较大。
（2）本文所提出的设计参考表格能够为“抬梁式”木结构的快速设计选型提供参考，且安全合理。
参考文献：
[1]赵均海, 俞茂宏, 高大峰, 孙家驹. 中国古代木结构的弹塑性有限元分析[J]. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 1999(02).
[2]中华人民共和国国家标准. 木结构设计规范GB50005-2003[S], 2003.
[3]中华人民共和国国家标准. 建筑结构荷载规范GB50009-2012[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2012.
[4]中华人民共和国国家标准. 建筑抗震设计规范GB50011-2010[S]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2010.
论文作者:陈露,杨千秋,刘彤,毛荣骏
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年2月供稿
论文发表时间:2016/5/27
标签：木结构论文; 位移论文; 构件论文; 荷载论文; 传统论文; 模型论文; 截面论文; 《工程建设标准化》2016年2月供稿论文;