略談對木結構建筑的研究論文
1應縣木塔的建模與分析
全塔采用了四百多組構筑奇巧的斗栱，是木塔最具特色的組成部分。木塔始建于公元1056年，經歷了近千年的環境侵蝕和多次強地震作用，結構變形和損傷嚴重，亟待修繕加固。應縣木塔的維修加固是中國文物保護工作的重大課題。自1991年國家文物局批準成立“山西省應縣木塔修繕工程領導小組”以來，國家已組織了大量的人力、財力對應縣木塔進行了勘測、試驗和研究。目前，應縣木塔修繕方案的研究論證工作仍在繼續開展，運用現代分析模擬技術進行木塔保護研究，已取得了一批較豐碩的成果。徐燊等對應縣木塔進行了計算機建模方法的研究，提出了可動態修改的三維建模方法，以提高模型制作的效率。該方法由四個步驟實現:將木塔的構件按斗栱、柱、梁栿進行分類，找出相應的規律性;以現有測繪數據為基準并依據《營造法式》的尺寸制度，以層為單位，構建主體結構的三維復原模型;將實測的變形值編入程序，對復原模型的坐標位置進行動態修改，得到符合現狀的殘損模型;將各層模型疊合，配上樓梯、欄桿、屋檐、塔頂等構件，完成全部三維復原工作。張舵等在應縣木塔有限元分析模型的研究中，通過引入梁單元組模擬斗栱連接，以解決虛擬半剛性單元難于反映實際構造的問題。
在有限元模型中，把斗栱設為一個在結構上與實際構造相似的梁單元組合，斗栱的各個構件均簡化為梁單元桿件并在端部采用剛性連接，通過調整梁單元的剛度來改變斗栱構件的連接剛度。在此基礎上，他們建立了以梁單元為基本單元的木塔有限元模型，并結合木塔的實測模態結果確定了斗拱的剛度。杜雷鳴等在應縣木塔的抗震性能研究中，將斗拱節點域簡化為剛接和鉸接兩種類型。采用有限元軟件ANSYS分別建立了節點域為剛接和鉸接的木塔整體有限元模型，并對這兩種簡化模型開展動力特性分析。模型分析結果與木塔實測值的對比表明，兩種簡化模型的分析振型與實測振型基本吻合，且實測頻率介于兩種簡化模型的分析值之間，因此，可用兩種簡化模型的分析值來界定木塔地震響應的范圍。王玨、施穎等依據陳明達專著《應縣木塔》所提供的建筑結構數據，結合現場法式查勘和參數核對，運用有限元軟件ANSYS建立了體現木塔“殿堂結構”特征的斗拱-柱圈層疊式有限元模型。該模型具有以下特點:將木塔的塔身分為五層明層和四層暗層，每一明層和暗層均可分為斗栱子結構層與柱圈子結構層，整個塔身為18個斗拱-柱圈子結構層的豎向疊加;將全塔416朵斗栱根據鋪作類型和構造特征分為22種建模，其中，明層斗栱層內外槽共17種，暗層外槽斗栱5種。暗層內槽鋪作按照方木疊成的井干結構考慮;柱的傾斜和位移是引起木塔整體變形的主要因素，通過確定全塔316根柱的實測坐標，構建出整塔的基本構架;根據柱身裂縫開展的寬度和長度、額枋下撓和端頭壓損的程度以及斗栱變形破損的程度，分別采用有效截面或彈性模量折減的方法反映剛度的下降。該模型較好地表達了結構變形和構件損傷的實際狀態，可為木塔的安全評價和修繕加固提供參考。
2木結構的數字化與信息技術
近年來，國內外學者在歸納古建筑木結構的構造特征、提煉構件的基本模數、運用數據庫進行信息管理等方面開展了應用性研究，并取得了初步成果，為古建筑木結構通用建模系統的研制提供了有益的借鑒。JinWonChoi等基于“民族特征的即為世界共有的”理念，研制了韓國傳統建筑的數據模型庫和智能設計系統，并利用因特網信息傳播的優勢，推動研究人員和學生對傳統建筑知識的深化理解和創新運用。這一基于網絡的智能系統名為“Kota-Sys”，面向四個應用方面:公共信息、教育、設計和研究。類似中國古建筑的“斗口”模數制，“KotaSys”的數據模型庫以“Gongpo”(斗栱)為基本模數體系。“KotaSys”歸納了韓國重點古建筑中的“Gongpo”的構件分類、連接、安裝和組合等規則，運用可視化技術和智能設計系統，實現傳統建筑的三維重建或創新研制王婉等探討了古建筑的數字化研究方法，將明、清建筑的模數分為“斗口”和“檐柱徑”兩種模數制。對使用斗栱的大式建筑，以“斗口”為基本模數;對不使用斗栱的小式建筑，以“檐柱徑”為基本模數;在此基礎上，進一步確定構件和各式建筑的基本參數，以生成不同的古建筑模型。參考《工程做法則例》，針對古代宮殿建筑進行分析，得出了相應的參數化描述，并運用數據庫管理技術得到有層次和結構的數據，用VB編程生成宮殿建筑三維模型的腳本文件，在AutoCAD中運行后生成古建筑模型。王茹針對古建筑工程結構3D模型重建作業量巨大的問題，通過古建筑形制化集成的研究，提出了以“斗口”模數為基礎模數的古建筑3D通用構件庫的構建方法，并在此基礎上開發了構件庫可視化應用接口。該方法可建立工程級別的精細矢量三維模型，重建古建筑的外形和內部工程結構關系為古建筑的重建、修復提供了新的技術手段。
3結論
隨著社會文明的進步、文化遺產保護投入力度的增加、以及多學科知識的交融綜合，現代模擬分析技術將在古建筑保護研究中發揮更加重要的作用。
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