【AT】木结构建筑复原记：..大洲城天守阁修缮(2)

个建筑的主体结构主要由两个部分构成：由大直径承重立柱、梁、贯（横木）等结构单元以传统榫卯连接方式构成的半刚性框架结构；厚度约200mm的土墙（下方为台基、横木）构成的抗剪结构，也是结构的第二道抗侧力体系（这种多层木结构在侧力作用下主要为剪切型变形）。另外，垂壁、腰壁是为了控制立柱弯曲形变而专门设计的。平面中央的主立柱为两层贯通式，其他立柱则是立于横梁之上形成上下对应的普通形式。因此，受连

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接梁尺寸的影响，立柱采用最大直径为一尺八寸（约600mm）的大直径木材。

图6 二层平面图

图7 南侧第十轴剖面图

大直径的柱子和横梁构成了主要框架结构，连接部位的结构主要分为长榫贯通式连接和梁头榫内嵌型两种，构件大部分为单向连接（T形连接），目的是简化节点的构造。为防止横木脱出，柱与横木的连接节点采用带榫卯嵌合的贯穿式连接（图8）。连接节点均为传统木-木连接，不使用金属构件。立柱木材选取的是本地桧木和木曾桧木，梁采用木曾桧木，台基采用秋田栗木。

图8 贯穿式横木的连接方法

最大的课题——连接节点的定量化

在所有结构中，构造连接节点的设计在决定了框架结构特性与刚度的同时还影响了施工方法并提升了美观性，展现了设计人员的创造性，这正是结构设计所谓的“根”之所在。传统木结构中，榫卯节点对结构特性与刚度的影响比其他任何材质的结构（钢结构、混凝土结构等）都更为重大。因此，如果不能准确、定量化地对榫卯节点位数据（刚度）进行分析研究，想驾驭传统木结构的构造特性几乎是不可能的。大洲城项目结构分析中，连接节点的定量化成为最大的课题。要对连接节点的传力机制以及变形能力进行准确的解析和构造特性的定量化，就必须深入考虑木材本身的基本特性。

首先从以往研究所收集的数据开始调查。现在关于榫卯接合部的研究在不断增加，但在大洲城结构设计开始的时候（平成12年，公元2000年），关于传统木结构建筑榫卯接合部特性的体系性研究是非常有限的。稲山正弘先生（现东京大学农学部教授）的“木结构局部力学特性”系列研究吸引了我的目光，这一理论是在对不同木材进行实验的基础上提出的，其周密性和实用性让我决定在大洲城的接合部计算模型中采用这一理论。

木材本身的特点，除了垂直于纤维方向受压易损以外，也容易产生弯曲、剪切、割裂等脆性破坏。对于这类脆性材料而言，木材在抵御地震荷载的过程中，其结构需要具备较高的形变容许度，因此结构体系的重要性不言而喻，而连接节点则成为控制结构整体变形能力的关键。因木材局部在荷载下屈服的接合方式，使得组成的框架结构变形能力相对更高。传统木结构建筑在抵御地震荷载的过程中十分顽强，一般认为是通过榫卯接合部相对较高的形变容许度来实现的。

一方面大尺寸木材的柱、梁构成大洲城天守阁的主要承重结构，从榫卯的木材局部力学特性及其形变能力的角度考虑，接合部的抵抗力矩评估是结构设计时的主要议题，同时榫卯接合部的精确模型化也需要花费大量的时间。

设计概要

针对长期竖向荷载及频遇地震荷载（基本剪切系数=0.20），采用容许应力度法设计。针对罕遇地震的抗震设计，进行了抗水平力能力（..习惯将风荷载和地震荷载统称为水平力，而能力则是刚度和强度的统称）计算以及时程分析法计算，同时采用燃烧计算法进行防火设计。

图9 3D 框架解析模型