【AT】木结构建筑复原记：..大洲城天守阁修缮(3)

进一步深入开发了榫卯节点的抵抗力矩计算法以及节点的转动刚度计算法。在模型中加入了扭转弹簧单元，并采用矩阵式分析直接刚度法的3D框架模型（图9）进行详细计算。土墙的抗剪刚度在模型中简化为与刚度相匹配的斜撑进行计算。
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连接节点的模型化

接合部位的力矩主要是由节点旋转变形后与柱体接触面的局部压力和摩擦力等因素产生的。部分接合类型（贯通横木、加销钉的长梁头榫（简称长梁头榫）、加销钉的平梁头榫（简称平梁头榫））是局部力学特性的状态假设，利用因旋转角度而产生的应力关系以及接合部旋转刚度的计算式进行分析（图10，11）。模型化木材的局部力学特性研究（节点的受力机制与刚度/强度特性的计算）采用了稲山先生的研究理论。

图10 抵抗力矩接合部旋转刚度计算公式

图11 接合部抵抗力矩计算模型

接合部实验

设计中开发的计算模型和实际状况的匹配度试验得到了HAZAMA技术研究所的支持和协助，用实物的1/2比例缩小模型进行加力试验。试验体主要分为两个类型：柱和梁构成的T形试件（6个对照组），以及柱和横木组成的十字形试件（4个对照组），用图12所示的装置进行加力试验（图13）。通过比对，T形和十字形试件同计算模型模拟的结果吻合度很高。

图12 抵抗力矩接合部加力试验概要

图13 抵抗力矩接合部试验体及位置

土墙的模型化

在3D模型中，土墙用剪切刚度匹配的斜撑杆件单元代替便于计算分析。大洲城复原之际进行了墙壁剪切试验，从结果来看土墙剪切弹性模量为5.5N/m㎡，短期容许剪应力度为0.10N/m㎡；短期地震荷载时土墙剪应力最大为0.075N/m㎡，小于短期容许剪应力。

抗侧向力能力（刚度/强度）的研究

传统木结构建筑的整体刚度/强度往往由接合部的局部力学特性而决定，既往的试验调查显示，位移角小于1/15 rad的变形（SLS）仍可维持建筑的设计性能，墙壁也不能超过1/15 rad位移角度极限。因此，整体结构全体1/15rad的弹性位移角仍可维持结构性能，而从安全方面考虑，极限位移角保持在1/20 rad以下（ULS）即具备足够的抗水平力能力，可满足设计标准需求。