数字建造背景下榫卯传承的当代探索# ——圆榫圆卯的数控制作研究

研究以榫卯的当代传承为导向,在综合分析圆榫圆卯特点以及梳理圆榫圆卯在现代木结构建筑中应用实例的基础上,对“机械臂平台”数控制作圆榫圆卯的特点、误差及其影响因素展开研究,并基于实物模型制作以接近真实呈现的方法,从构造、材料和构架三个方面对圆榫圆卯木构架的优化方法展开了进一步的阐述,以期推动建筑用榫卯制作的数字工业化进程,促进中国传统木结构建筑在当代的创新实践发展。研究从数控制作层面对榫卯的研究具有创新意义,从装配式建造层面对中国特色木结构建筑体系的发展具有实践意义。     

古木结构中抬梁式和穿斗式木构架受力性能试验研究

为从木构架层次把握我国古建筑木结构的基本受力性能,根据相关文献和现场测绘设计并制作了抬梁式木构架和穿斗式木构架各1榀,进行了恒定轴压下的水平单调加载试验。通过试验研究获得了两类典型木构架的破坏模式、荷载-位移关系、榫卯节点的破坏形态、柱顶侧移-加载位移关系、榫卯节点的拔榫量-转角关系等。研究结果表明,在加载过程中,木构架中榫卯节点逐个破坏,半榫节点发生脱榫破坏,透榫发生变截面处顺纹撕裂破坏和榫头下侧受弯破坏,最终两榀木构架均发生整体倾覆破坏;抬梁式木构架和穿斗式木构架的极限位移角分别为1/6.6、1/4.0,均具有良好的变形能力,但抬梁式木构架的水平荷载承载效率明显低于穿斗式木构架;柱顶侧移随着加载位移的增加而近似线性增加;榫卯之间的初始缝隙在加载初期逐渐闭合,会引起部分榫卯节点拔榫量为负值,之后,主要榫卯节点的拔榫量随节点转角的增大而增大。     

黏弹性阻尼器增强传统木结构燕尾榫节点试验研究

为研究村镇传统木结构燕尾榫节点在不同摩擦力工况下,以及节点安装阻尼器前后的耗能情况,采用杉木和松木共制作12个燕尾榫节点试件,通过改变榫卯节点侧面紧密程度来改变榫头与卯口间的摩擦力,同时提出了一种黏弹性阻尼器增强节点,将增强前后的节点进行低周反复加载对比试验.研究结果表明:木材种类和榫卯间摩擦力大小对节点的抗震性能有较...     

抬梁式木构古建榫卯节点受弯破坏数值分析

榫卯节点是木构古建梁柱连接的典型形式,节点的受力性能对木构架整体稳定性有着重要影响。为保护古建筑,采用数值模拟方法,以抬梁式木构古建的两种典型榫卯节点形式—直榫和燕尾榫为例,研究了弯矩作用下榫卯节点的破坏形式及破坏特征。基于两种榫卯节点的典型构造特征,建立了受弯荷载作用下的有限元模型。通过在梁侧面施加逐步增大的位移荷载(共10mm)来研究两种节点的拉、压、剪应力分布特征及节点的弯矩-转角关系,获得了节点在不同加载值的相应内力峰值及转角刚度变化情况。结果表明:在弯矩荷载作用下,直榫的榫头容易产生拉、压、剪破坏,而卯口相对不易产生破坏;而燕尾榫榫头与卯口都容易产生拉、压剪破坏,且破坏程度比直榫严重;另一方面,燕尾榫节点的转动刚度要大于直榫,因而不易产生转动,一旦发生转动,其破坏的可能性要大于直榫节点。     

古建筑木结构榫卯节点抗震试验研究

通过对五个按照清代工部《工程做法则例》的做法制作的燕尾榫榫卯节点模型在反复荷载作用下的试验研究,得到了各节点的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、变形等性能.试验表明:木结构榫卯节点具有很好的变形能力,最大加载位移为100mm;节点破坏形式为榫头从卯口内拔出即脱榫破坏,榫头和卯口均产生明显的挤压变形,但梁、柱构件没有损坏;各...     

侗居穿斗架关键技艺原理

穿斗架是侗族民居建筑最本体的本质特色所在,营造技艺发达,以南侗黎平等地为代表。通过对肇兴建筑施工工地考察,择取侗居穿斗架的构架生成、尺寸控制、榫卯制作等关键技艺进行探索,揭示了侗居穿斗架生成规则,如基准构架和构成单元现象;解析了杖杆法等尺寸控制画线原理;阐述了榫结原理和竹签法等榫卯制作要点。本成果对侗居营造技艺研究有重要推进意义,也是南方建筑穿斗架研究、保护的基础性工作。     

侗居穿斗架关键技艺原理

穿斗架是侗族民居建筑最本体的本质特色所在,营造技艺发达,以南侗黎平等地为代表。通过对肇兴建筑施工工地考察,择取侗居穿斗架的构架生成、尺寸控制、榫卯制作等关键技艺进行探索,揭示了侗居穿斗架生成规则,如基准构架和构成单元现象;解析了杖杆法等尺寸控制画线原理;阐述了榫结原理和竹签法等榫卯制作要点。本成果对侗居营造技艺研究有重要推进意义,也是南方建筑穿斗架研究、保护的基础性工作。     

不同连接方式对榫卯节点耐火性能的影响

为了分析不同连接方式下榫卯节点耐火性能,选取云南松作为原材料,制作4种不同连接方式的榫卯节点,对榫卯节点的燃烧温度和最终的炭化情况进行了分析。结果表明:十字箍头榫、半榫、燕尾榫的节点温度稳定上升,馒头榫的温度变化幅度较大;在节点耐火性能上,按从优到劣排序分别为馒头榫、燕尾榫、半榫、十字箍头榫。     

榫卯间缝隙对古建筑木结构燕尾榫节点承载性能影响的有限元分析

以宋《营造法式》为标尺,建立分析2个一榀燕尾榫柱架有限元模型,包括节点无缝隙柱架模型和节点有缝隙柱架模型。在不同竖向荷载下,对2种模型进行水平往复加载模拟,得出2种模型的滞回曲线及骨架曲线,以分析屋顶质量和榫卯间缝隙对木结构节点承载性能的影响。结果表明:木结构的屋顶质量越大,结构整体刚度越大,耗能越可观;2种柱架的榫头与卯口之间存在较明显的挤压变形,滞回曲线都呈现"捏缩"现象,但节点有缝隙模型由于榫卯节点之间的缝隙导致节点紧密度下降,其滞回环饱满度差,结构耗能能力弱,抗震性能差。通过对比分析节点无缝隙和有缝隙模型的计算模拟结果,得出燕尾榫榫卯节点的破坏方式和缝隙对燕尾榫柱架造成耗能减少、刚度降低的影响,为古建筑抗震性能研究和榫卯节点处修缮加固提供借鉴。     

考虑局压效应的榫卯节点力学性能研究

木结构榫卯节点在受力过程中处于局部受压状态,通过木材横纹、顺纹方向的中部局压、端部局压、全截面受压性能的试验研究,得到了相应的材性参数;设计了钢榫头-木卯口、木榫头-钢卯口、木榫头-木卯口三组不同形式的分离式直榫节点试件,通过单调加载试验,对局部受压区域的应变分布特征进行了研究;基于试验研究得出的榫卯节点受力机理,建立了考虑局压效应的直榫节点力学模型。研究结果表明：木材横纹局压的抗压强度和弹性模量均高于全截面受压,顺纹局压与全截面受压的材性参数基本一致;榫卯节点受力区域的榫头应变远大于卯口应变,榫卯节点的受力挤压变形主要集中在榫头,而卯口变形可忽略;考虑局压效应的榫卯节点力学模型计算结果比未考虑局压效应所得的结果更符合试验结果。     

古建筑榫卯结构抗震性能与加固方法

我国古建筑榫卯结构各节点的连接方式刚柔相济,能有效减轻地震对榫卯结构建筑的危害,但仍存在长时间导致构架松散的情况.基于传承中华传统建筑文化,选择常见榫卯结构燕尾榫,从建筑结构、抗震能力等方面,简述榫卯结构在房屋建筑中的抗震作用,同时测试以新型材料为辅助的榫卯结构的抗震效果.     

传统苏工榉木家具中的榫卯研究

本文对中式传统家具的拼装工艺进行分析展开,以传统苏工榉木家具为例着重研究榫卯的起因、结构、辅助手段和独特的“榫套榫”结构,研究延伸到榫卯以外的其他连接方式。最终总结为现代工艺应学习前人结合实际,因地制宜,特别是精益求精的精神这一结论。     

滇南与滇西传统匠作体系中榫卯的构造技艺

在中国古代木结构建筑中,构件之间通常采用榫卯连接,通过榫头与卯口的严密卯合,将各个构件组合成一个整体构架,具有极强的抗拉抗剪力,同时体现出“墙倒屋不塌”的优越抗震性能。滇南的通海匠系和滇西的剑川匠系,是云南的两大匠作体系,地理、人文环境等都有所差异。通过对两地汉式合院民居榫卯的形式类别、加工方式及作用位置的对比梳理,总结出两地榫卯在口风和制作方法上的差异、各类榫卯的受力特点以及榫卯加工工具的独特运用。同时发掘两地匠作体系的异同特征,探讨传统建筑不同营造技艺的民间智慧,具有及其重要的研究价值。     

榫卯结构——木头里的信仰与象征

榫卯,是实木家具中相连接的两构件上采用的一种凹凸处理接合方式,为中国古代文明的一个代表。是中国古典木家具之魂,更成为中国古典哲学思想和意境的载体。在榫卯中同样存在着阴阳变化之道,以中国传统家具中的榫卯结构来说。可以将榫看作阳,将卯看作阴――二者相互制约,欲擒故纵,相生相克,从而达到平衡状态。     

考虑卯口缺陷的直榫节点转动刚度理论分析

为将同类节点的弯矩—转角关系公式和转动刚度理论公式应用到各种有限元软件中提供可能和理论依据,方便实际维修加固榫卯节点的工程应用,研究了直榫节点在一个加载循环下的受力机理,在考虑了卯口缺陷(不同卯口缝隙)的基础上分析并推导出转动刚度理论公式。     

纳西族木构民居榫卯工艺及特征解析

金沙江中游的纳西族,在汉族影响下发展出了成熟的木构民居建筑体系,形成了明楼、蛮楼等构架类型。在木构民居的建造中,榫卯工艺对于保障构件结合的紧密性和整体构架的稳定性起到了关键作用。该文总结了纳西族木构民居中主要的大木作榫卯类型,并以特征性的"二蹬榫"为例,对其尺寸设计、墨线绘制、加工安装等具体工艺内容进行了论述,并总结了纳西族榫卯工艺在历史发展、技术传播的过程中,在形态、尺寸、应用等方面所形成的地域性特征。     

中国古代木结构直榫应用研究

榫接合是中国古代木构的主要连接方式,榫卯种类很多,形状各异,其中直榫是出现最早的榫卯类型之一,应用广泛,榫型方整。直榫根据榫端的不同又分为若干衍生亚型,以灵活适应不同的构造要求。本文以直榫为研究对象,通过对建筑大木作、小木作、家具及墓葬中出现的各直榫实例的梳理,探讨直榫在木结构中的处理方式,初步分析直榫的类型分化与应用情况。     

残损古建筑木结构单向直榫榫卯节点抗震性能试验研究

现存古建筑木结构均有不同程度的残损,而榫卯节点的残损对整体结构的安全性影响最大。为了研究不同残损类型、不同残损程度对单向直榫榫卯节点抗震性能的影响,制作了7个缩尺比例为1∶4.8的单向直榫榫卯节点模型,包括1个完好节点模型、3个人工模拟榫头真菌腐朽的残损节点模型和3个人工模拟榫头虫蛀的残损节点模型。榫头真菌腐朽和榫头虫蛀分别采用在榫头表面钻孔和在榫头钻通孔的方法来模拟。通过低周反复加载试验对单向直榫榫卯节点的破坏特征、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律和耗能性能等进行了研究。试验结果表明：单向直榫榫卯节点的破坏形态主要为榫头部分拔出、榫卯接触处挤压变形,柱和枋基本完好;所有节点的弯矩-转角滞回环形状呈反S形,且残损程度越大,滞回环捏拢效应越明显;残损节点的转动弯矩、刚度和耗能能力明显低于完好节点,且随着残损程度增加逐渐降低;相同残损程度的人工模拟真菌腐朽节点的弯矩和刚度大于人工模拟虫蛀节点,但耗能能力低于人工模拟虫蛀节点。     

中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究

通过对3个按照<营造法式>制作的二等材殿堂式木构架的缩尺模型,以及3个碳纤维布和2个扁钢加固榫卯节点的构架模型在水平低周反复荷载作用下的试验研究,得到了未加固构架、碳纤维布加固构架及扁钢加同构架的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度退化规律、变形及耗能等性能.试验结果表明:所有构架的梁、柱构件完好无损,破坏均发生在榫卯节点;未加固构架、碳纤维布加同构架及扁钢加固构架的滞回曲线有明显的不同;碳纤维布和扁钢加固后构架强度和刚度增加,而耗能能力却有所降低;木构架具有非常好的变形能力.扁钢加固适合于强度或刚度明显不足且较隐蔽的榫卯节点.而碳纤维布加固适合于破损程度较小的榫卯节点.     

穿斗式木结构边节点传力特性及分析

穿斗式木结构是木构架的主要形式之一,整体结构的高度完整性是其特点之一,这种构架以柱直接承檩,故称为穿斗式结构。在榫头和卯口不断转动挤压的过程中,会产生较大的变形。为进一步研究穿斗式木结构边节点在受到往复荷载时传力特性,利用ANSYS对其进行有限元分析,得出其弯矩—转角滞回曲线并进行分析。研究结果表明:普通直透榫节点在承受往复荷载的过程中能够耗散一定的能量,并且在往复循环荷载的作用下,榫头和卯口之间产生了较大的滑移,随着控制位移的增加,滑移量也逐渐加大。