古建筑榫卯联接结构的力学合理性分析与优化

《东南大学学报(副刊)》[ISSN:1001-0505/CN:32-1178/N], 期数:2013年第4期页码: 849-855 栏目: 土木工程古建筑榫卯联接结构的力学合理性分析与优化及相应推广设计

王云飞於恒花逸扬林雨豪孙延超

摘要

简要分析了抬梁式建筑的等应力设计原理，分析了部分重要构件及重要节点，并对相应节点设计提出了改进意见。

关键词：古建筑榫卯力学分析

榫卯结构的受力特性

榫卯结构，是通过卯口与榫头的结合，以达到一种横向或纵向传力的结构，节点处往往比较薄弱，榫卯结合处一般不能承受较大的弯矩。

榫卯连接节点属于半刚性节点，在榫头拔出的过程，结构构件会产生很大的变形和相对位移，可以使结构的内力进行重新分配。

由于制作误差及木材本身特有的弹性，榫卯难以完成严格意义上紧密结合，在结构的初始受力阶段，连接节点更近似于铰接。随着节点变形增加，节点刚度亦随之增加。

由于卯口对榫头有一定握裹力，在地震作用下，榫头与卯口会形成摩擦滑移，从而消耗一部分能量，可以有效减小上部结构的地震反应，减震效果明显。

单位换算

宋尺一尺约为现在国际单位制的32cm，宋斤一斤接近于0.625kg，为方便研究，本文将长度、质量单位统一换算为现行单位。

本文的几点假定

（1）裂缝、木节等缺陷严重影响节点与构件受力性能，较小的荷载便会导致裂缝扩展与加深，在裂缝或木节处突然断裂，发生脆性破坏，非常危险。

由于本文主要进行理论计算分析，故对此不予讨论，计算时，假定所有构件使用之木材纹理皆为顺丝且无任何瑕疵。

（2）古建筑为了抗震需要，常常会使木柱上端向内收敛，谓之侧脚。实验证明，地震作用时，侧脚作用明显。以殿堂为例，一般殿堂外围木柱，面阔方向侧脚1%，进深方向侧脚0.8%，因倾斜角极小，对本文演算之影响可忽略不计，故假定建筑柱身皆为竖直。

（3）因为柱脚以管脚榫与石础相连，柱脚之间连以地栿，且榫卯联接不能提供过大的弯矩，故假定柱脚与基础铰接。由于柱端受相连的斗栱、木枋等约束，故假定柱端受侧向支撑，但竖直方向自由。

（4）因为榫卯联接近似于铰接，结构之间允许较大的相对转角，因此结构体系对地基沉降并不敏感，是以假定微量的基础沉降不会使结构产生相应的附加应力。

（5）考虑到木材瞬时持荷的能力高于长久持荷的能力，计算时不考虑木材的塑性开展，即自中和轴到构件边缘，应力成线性分布，且构件边缘应力不高于构件相应的抗拉、抗压强度为安全。

古建筑的两种典型结构形式

（1）抬梁式

一般斗栱密布，又称大式建筑。

柱身不直接承受檩端荷载，屋面荷载经由脊柱传到小跨度的两椽栿，再由短柱传到大跨度的四椽，六椽，乃至于八椽栿，层层传递，最后以柱首上承梁端。

优点是，采光好，柱网稀疏，内部宽敞，大气恢弘。

缺点是，梁柱用料粗，造价高，山向抗侧刚度不如穿斗式。

属于官式建筑，一般多见于江北。

（2）穿斗式

无斗栱，又称小氏建筑。

柱身细长，柱端直接上承檩条，柱间联系梁上不承重，只起联系作用。

优点是，梁柱用料细，造价低，山向抗侧刚度大。

缺点是，柱网密，采光差。

因为柱间空间狭小，影响使用，一般鲜有严格意义上的穿斗式建筑，多使用小跨度的承重梁，形成一种混合结构，以满足使用需求。

本文将讨论的几种古代建筑形式

（1）殿。

跨度大，柱层、铺作层分界明显，柱等长。

（2）堂。

跨度较殿小，用材较殿亦小，柱层、铺作层分界不明显，柱不等长。

面阔、进深、柱高的取值

（1）各椽平长。

在《营造法式》四、五两卷中，严格规定了大木作各个部分、各种构件的份数，但对于房屋的基本尺度如间广、椽架平长、柱高、出檐等却缺少明确的材份规定。

《营造法式》中写到，“凡用椽之制，每架平不过六尺，若殿阁或加五寸至一尺五寸。”

经考究，发现此处的六尺标准当是三等材的殿或六等材的堂标准。

用六等材之堂，高6寸，厚4寸，每份4分，六尺折合150份。

用三等材之殿，高7.5寸，厚5寸，每份5分，六尺加一尺五寸为七尺五寸，折合亦为150份。

调查发现，华严寺，奉国寺等古建，每椽平长皆在150份左右，是以本文取150份为椽平长。

殿，檐椽加飞子，五跳八铺作，外挑150份加90份加54份，共294份。

堂，檐椽加飞子，三跳六铺作，外挑90加75加45，共210份。

进深十椽，总计1500份。

本文殿用三等材，堂用六等材。

（2）间阔。

殿取十椽七间，堂亦取十椽七间。

单拱长76份，重拱长96份，殿堂一般都用重拱，即每拱宽96份。

《营造法式》记载，“补间铺作一朵间广一丈。补间铺作两朵间广一丈五尺。其间广或不匀，每补间铺作一朵不得过一尺”

经考量，此处所谓一丈及一丈五尺，亦是以六等才论之。

六等才每份4分，一尺为25份，一丈为250份，一丈五尺为375份，加上两个柱头斗栱，则每个斗栱平均占据125份，且每个斗栱所占面阔，变化范围不得超过25份。

由此算得，单补间间阔为200~300份，双补间间阔300~450份。

参考《营造法式》诸多图纸，以为每个斗栱占宽125份较为合适，即单补间间阔取250份，双补间间阔取375份。因为双补间与单补间用材高厚相同，

是以只需验算双补间殿堂或厅堂即可。

（3）柱高。

《营造法式》中有，柱高不过间广，故双补间取柱高375份。

荷载取值及木材强度取值

（1）风荷载。

建筑山墙虽非承重结构，但围挡密实，形成剪力墙结构，抗侧刚度较大，故本文不讨论风荷载对结构的影响。

（2）屋面永久荷载。

根据相关资料，殿堂取筒瓦最高标准，厅堂取瓪瓦最高标准，经单位换算，近似取屋面荷载c分别为4000kN/m2，2800kN/m2。

屋脊重量较大，分开考虑，调查表明，脊槫所负荷载约为上金槫的2.4倍。

（3）屋面总荷载。

因大式建筑多在江北地区，取北京基本雪压为0.4KN/m2，双坡屋面不利布置系数1.25，等于规范中所规定最小屋面活荷载0.5KN/m2。

虽然雪荷载应按水平投影面积计算，而屋面荷载为斜平面荷载，但由于北京地区积雪时间较长，且未考虑风荷载及积灰荷载的影响，为计算简便，取殿堂屋面总荷载c=4500 kN/m2，厅堂c=3300 kN/m2。

（4）荷载强度取值。

古时栋梁，多用杉木，本文用以计算之木种亦用杉木。顺纹抗压强度取39Mpa,顺纹抗拉强度取78Mpa,横纹切断强度取18Mpa,弹性模量E约为10Gpa，密度约为400kg/m3,顺纹径面抗剪强度4.2~6Mpa，取5Mpa，弦面抗剪强度4.9~5.9Mpa，取5Mpa。

力学合理性分析

（1）用料合理性分析。

古建筑中，主要受弯构建为槫与梁，为了施工方便及美观，梁截面多取矩形。

直径为d的原木，截成矩形，已知矩形截面抵抗矩W=b h2/6，b2+h2=d2。

求导易得b=3/3d时，W最大。

此时b/h=1/2,W≈0.06415d3,S=0.4714d2。

古建筑中，以15份高为材高，10份为材厚，即取b/h=2/3,此时可得W≈0.06400d3,S=0.4615d2

比较可得，《营造法式》所谓之材，截面抵抗矩较之最优截面小约0.2%，截面面积较最优截面小约2.1%。

清代用斗口制，拱宽一斗口，高1.4斗口，高宽比7:5，更接近于1:2，但所差不大。

一材高宽比为3:2，较之2:1，显然更易于计算,也更利于技术人员指挥现场施工。

（2）檩、柱的等应力设计。

①檩

材等为z。

均布荷载的受弯构件，跨中弯矩最大，M=q L2/8。

圆截面模量W=πd3/32。

σ=M/W。

其中L、d，都与材等z成正比关系。

z增大，椽长增加，面荷载c不变，每根梁负荷的宽度增大，q随之正比增

大。

可得不论材等如何变化，跨中位置弯曲应力皆相等。

②柱

柱主要承重，截面面积S=πd2/4。

木材顺纹抗压强度一定，随着z增大，d与z成一次正比关系，所以S与z2成一次正比关系。

建筑进深与面宽皆与z成一次正比关系，随着z增大，屋面面荷载c不变，总荷载与z2成一次正比关系。

不难得出，立柱承载能力与屋面荷载成一次正比关系，设计时只需改变材等z，即可保证建筑的安全可靠。

③梁。

以受力最大，最危险的八椽栿为例。

设梁长L，距离两端L/8处各作用有集中荷载P。

不难得出，跨中弯矩M=PL/8。

P与屋面荷载成一次正比关系，由之前结论，P与z2成一次正比关系，梁长L与z成一次正比关系。

矩形截面的截面抵抗矩为b h2/6，与z3一次线性正相关。

矩形面积bh与z2成一次正比关系，杉木横纹剪断强度不变，梁中最大剪力P与z2成一次正比关系，满足等应力设计原理。

④分析结果补充说明。

以上讨论过程中，用到的截面抵抗矩公式皆为各项同性材料所推得，故验证最大跨中弯矩M的过程中，应当以顺纹抗压强度为应力上限。

若不满足，因为本文所取的顺纹抗拉强度为顺纹抗压强度的两倍，经演算，矩形截面极限弯矩可提高三分之一，其后才进入塑性阶段。

（3）举高及各椽斜长。

《营造法式》记载，殿堂取前后撩檐枋中为三份，举其一份，厅堂取前后撩檐枋中为四份，举其一份，此外每尺多举八分。

取撩檐枋和脊檩的连线与水平线间的夹角为?，则殿堂举折tanθ=(1/3)×2=2/3。

厅堂举折tanθ=（1/4）×2+8%/(1/2)=66%

经计算，殿堂与厅堂举折相差极微，统一取tanθ=2/3。

取椽长150份，则总举高为500份。

脊椽举高为150×2/3+500/10=150份。

同理，以下各椽举高分别为，（500-150）/4+500/20=112.5份,(350-112.5)/3+500/40≈91.7份,(237.5-91.7)/2+500/80=79.15份,148-79.15=66.65份。

檐椽殿堂举高约为66.65×294/150≈130.63份

厅堂举高约为66.65×210/150=93.31份

殿堂自脊椽往下，各椽斜长分别为：339.4cm，300.0cm，281.3cm，271.4cm，262.6cm，514.7cm。

厅堂自脊椽往下，各椽斜长分别：271.5cm,240.0cm，225.0cm，217.1cm，210.0cm，294.1cm。

月梁梁高大于直梁，且略成拱形，受力较直梁更为合理，故不作为最危险构件考虑。

厅堂八架通檐用二柱，较之八架乳栿对六椽栿用三柱，最长栿弯矩剪力更大更易破坏。

殿堂承受弯矩剪力最大构件为八椽栿，与厅堂相同，同时斗栱的昂伸到下平槫之下，形成撬杆作用，借以防止出檐部分倾覆。此外进深方向与檐柱相连的梁枋，亦提供一定拉力，以确保力矩平衡。计算下平槫所负荷载时，不考虑檐椽加于其上的压力。

下平槫受荷总和最小。

（4）各檩所承荷载。

殿堂双补间间广375份，每份五分，换算成现行单位为6m。

上平槫，（3.394+3）/2×6×4.5≈86.32kN。

中上平槫，78.48kN。

中下平槫，74.61kN。

下平槫，36.63kN。

檐槫，209.87kN。

脊槫，207.17kN。

厅堂双补间间广375份，每份4分，换算成现行单位为4.8m。

上平槫，（2.725+2.4）/2×4.8×3.3≈40.51kN。

中上平槫，36.83kN。

中下平槫，35.01kN。

下平槫，17.19kN。

檐槫，79.85kN。

脊槫，97.22kN。

（5）檩条弯矩、剪力的核算。

用檩之法，檐檩，脊檩径26份，余者径22份。

均布荷载作用下，跨中弯矩M=q L2/8，圆截面模量W=πd3/32，截面面积S=πd2/4。

殿内或堂内各檩条，计算长度L均相同，而大小檩径之比的三次方

（26/22）3

≈1.65。

显而易见，殿，取檐檩核算,堂，取脊檩验算。

檩承重时，檩端下有替木，替木总宽96份，半侧宽度48份，集中荷载作用点距离柱心约40份，即檩条计算长度为375-80=295份，殿为4.72m，堂为3.78m。

殿檐檩，M=（209.87/6）×4.722/8≈97.4kN·m。

W≈0.00707m3

σ=M/W≈13.8Mpa。

完整截面的檐檩，一端可承受剪力2446kN，远大于檩上荷载。

安全。

堂脊檩，M≈28.9kN·m。

W≈0.00362m3

σ=M/W≈7.98Mpa。

安全

因脊檩截面较大，剪力可不验算。

考虑到边檩出际75份，跨中弯矩接近于允许最大弯矩。

（6）脊瓜柱与叉手。

叉手高21份，厚7份，二等材能承受压力1468kN，承载能力远大于脊槫荷载。

若不用脊瓜柱，则叉手受压，三架梁变为单纯受拉构件，安全系数极大。

三架梁高36份，宽24份，跨度300份。

若不用叉手，只用脊瓜柱，则三架梁跨中受到集中荷载，变为受弯构件，跨高比约为8.3:1，安全系数下降。

瓜柱的添加，完全是为了审美需求，做榫时，榫头两肩可以多截去一些，使瓜柱少受力或不受力。

（7）八椽栿所负上部木构架自重。

殿堂椽径取9份约14.4cm，厅堂椽径取8份约10.24cm，椽中距为18份。

考虑到各椽的打截取方，殿堂椽截面面积取0.0103m2，厅堂椽截面面积取0.0053m2。

面阔方向间阔总截面面积分别为0.216m2，0.111m2，八椽栿负载之椽总长分别为21.11m，16.89m重分别为18.2KN，7.5KN。

两椽栿高30份，宽20份，殿堂重2.9KN，厅堂重1.5KN。

四椽栿高45份，宽30份，殿堂重13.3KN，厅堂重6.8KN。

六椽栿高60份，宽40份，殿堂重35.4KN，厅堂重18.2KN。

（8）八椽栿。

殿堂八椽栿距离两端150份处，集中荷载为380kN，梁长19.2m。

梁高60份，宽40份，折合为高96cm，宽64cm。

I=b h3/12=4.72×1010mm4

最大弯矩M=PL/8=912KN·m。

W=0.0983m3

σ=M/W≈9.27Mpa。安全。

由于截面较大，抗剪承载力勿须验算。

厅堂八椽栿距离两端150份处，集中荷载为179kN，梁长15.36m。

梁高60份，宽40份，折合为高76.8cm，宽51.2cm。

最大弯矩M=PL/8=344KN·m。

W=0.0503m3

σ=M/W≈6.84Mpa。安全。

由于截面较大，抗剪承载力勿须验算。

（9）柱。

殿堂三等材，柱径42份，为67.2cm，柱头卷杀之后直径32份，为51.2cm，高375份，折合6m。

可承载压力8029Kpa，远大于上部荷载。

考虑失稳因素，取柱身截面为最弱截面，直径51.2cm，高6m。

假定两端铰接，则极限承载力N CR=π2EI/L2。

I=πd4/64=3.37×109mm4。

N CR=924OKpa，所以承载力取8029Kpa。

不难看出，柱身足够粗壮，不会存在失稳问题。

厅堂六等材，柱径36份，为46.1cm。可承载压力6510Kpa，远大于上部荷载。

节点研究

榫卯联接结构中，榫头卯口连接处较容易损坏糟朽，且榫颈截面骤然缩小，

受剪受弯时都属于薄弱面，是以设计时，榫颈应尽可能宽大一些，以保证建筑较长的使用寿命，并使后期修缮更加容易。

（1）燕尾榫破坏形式。

①榫颈剪切破坏

跨度小，荷载大，剪切作用明显。

②榫颈弯曲破坏

跨度长，弯曲作用明显。

③榫头拔出卯口破坏

柱径较小、榫头拔出趋势明显，由于木材具有弹性，榫头被挤压变形，卯口涨开。榫头变形到可以拔出时，卯口的压应力大于木材横纹抗压强度，卯口破坏。

④榫头拔出榫头破坏

柱径较大，卯口内部距离柱缘凌空面较远，不易变形，使得榫头本身发生破坏脱出卯口。此时榫头顺纹剪切应力大于顺纹抗剪强度，榫头剪切破坏。

（2）透榫破坏形式。

①榫颈剪切破坏

梁上竖直荷载大，局部应力超过木材横纹剪断强度。

②榫颈弯曲破坏

节点处弯矩较大，榫颈两侧达到相应抗拉抗压强度。

③销钉截断，榫头脱落。

梁内拉应力较大，销钉被截断，榫头随之抽出。

（3）有效支撑长度

由于古建筑榫卯连接节点不可避免的会有间隙，所以当木梁受弯时，榫端会

有一部分受力翘起，在卯口中的实际支撑长度a0，可能小于木榫长度。

《砌体结构设计规范》规定，梁端节点支撑长度a0=10h

(当a0>a时，取

f

a0=a)。与榫卯结构支承情况相近，其中 a0为梁端有效支撑长度，h为梁高，f为横纹抗压强度设计值取6Mpa。

阑额高30份，厚20份，用三等材，a0=8.94cm，用六等材，a0=8cm。

殿用最大尺寸为八椽栿，高60份，用三等材，a0=12.7cm。

（4）燕尾榫改进意见

以前的做法为，燕尾榫宽为枋宽一半，榫长为柱径的1/4到3/10，榫宽等于榫长，榫根收乍不宜过大，在10％一30％之间，即榫颈宽度约为榫头70%到90%。

研究发现，榫头厚度增加，节点转动刚度增大，极限弯矩增大。然而节点所能承受弯矩较小，对减小跨中弯矩的贡献有限。

榫头的收窄比只要满足10%的锚固条件即可。

当榫颈宽度一定，榫头长度一定时，榫头宽度的增加，对提高节点的抗拉能力和抗外界力矩作用能力无明显作用，反而影响柱身的整体受力性能，所以榫头收窄宜小不宜大，以确保榫颈薄弱截面不会剪破或弯曲破坏。

若是30份高，20份宽的阑额，榫颈9cm以外的榫头不承受竖向剪力，只承受横向拉力。

因为柱直径限制，榫头宽度不宜加宽，柱端两卯口时，榫宽可取3/10柱直径，三榫或四榫头时取1/4柱径。

杉木的顺纹抗切强度与横纹抗压强度相近，而抗拉强度较大，所以为了能使梁枋传递更大的拉力，当柱端只有两个卯口时，榫长应控制在（30-d/60

约0.43d之内。

当柱端有三个或四个卯口时，为了防止柱身卯口间部分成为薄弱面，考虑最不利情况，设柱头在x、y方向同时受拉，解方程易得，榫头长度应当控制在d/5以内。

（5）透榫改进意见。

透榫又称大进小出榫，研究发现，高低比对所能承受的极限弯矩影响不大。

之前已算得三等材料30份高的阑额，有效支撑长度在9cm以内，为减少对柱身的削弱，9cm之后榫高应当减半。

（6）桁碗改进意见。

桁碗碗口以前做法，深不超过半禀径、最浅不少于１／３禀径，为了防止檩条沿面阔方向移动，在碗口中间常做鼻子榫，榫宽取梁宽1/2，居于梁中。

由于建筑面阔方向的檐檩皆与檩枋以木销相连，檩枋又承于斗栱之上，檩条具备足够的面阔方向抗侧移能力。

檩头易糟朽，应多保留完整截面，以便日后修缮时截割填补。

若用六等材，三架梁宽24份，1/4宽度为7.68cm，当木材质量较差时，横纹抗压强度较低，碗口内的檩端仍存在竖向剪力，并未做到最大程度上的应力分散。

建议桁碗鼻子榫两侧开碗宽度至少为9cm。

（7）节点转角对减震效果的影响

节点耗能能力随着节点转角增大而降低，开始阶段，榫卯节点相互滑移并挤紧，榫卯的相互作用强，耗能明显。

随着节点转角增大，榫头与卯口间的相对摩擦挤压作用减弱，节点耗能能力

下降，但会仍保持一定的耗能能力。

在合适的范围内增加榫头尺寸，节点刚度将得到增强，减震效果随之改善。参考资料：

王天古代大木作静力初探1992

陈明达，营造法式大木作研究1981

李诫(宋) 营造法式

姚侃赵鸿铁葛鸿鹏古建木结构榫卯连接特性的试验研究2006

康敏传统木构建筑榫卯连接静力性能研究2010

古建筑木结构榫卯节点分析

古建筑木结构榫卯节点分析 一、前言 中国是四大文明古国之一，在源远的历史长河中，流传下了无数珍贵的物质和文化遗产，而其中重要的一部分就是古建筑木结构。古建筑木结构在世界建筑之林中独树一帜，影响深远，是东方建筑的代表。古建筑木结构有其独特的构造方式，如高台基、榫卯连接、平摆浮搁、侧脚和升起、雀替、斗拱铺作层等，展现出良好的抗震性能。不用一钉一铆，整体体系以木构架为主要承重构件，全靠木构件之间相互搭接和穿插而建造。被称为三大“世界奇塔”之一的释迦塔，是中国现存最高最古老的木塔，历经九百多年依然屹立不倒。 二、榫卯节点 古建筑木结构总体可分为井干式、抬梁式和穿斗式等三种结构形式。梁柱是主要的受力构件，承载建筑的自身及外界荷载，而榫卯节点将梁柱构件连接到一起，形成木构架。因此，梁柱节点的榫卯连接是木结构研究中的重要部分。榫卯节点中，“榫”即为凸出木构件，“卯”为凹部木构件。榫卯节点具有不同于现代建筑结构节点的特性，其既具有很强的转动能力又能够传递一定的弯矩，具有明显的半刚性特性。常见的榫卯连接形式有直榫和燕尾榫两种。直榫中榫径与榫头同宽，多用于木构件的穿插。燕尾榫榫头大于榫径，一般用于水平木构件与竖直木构件间的连接。 三、榫卯连接工作机理 以燕尾榫为例，分析榫卯节点在地震中的受力机理。为了施工安装方便，一般卯口尺寸略大于榫头尺寸，因此榫卯节点中会存在一定的间隙。当外部震动较小时，榫卯之间发生微小转动，结构利用构件转动与接触面间的摩擦抵消震动破

坏的能量。当震动较大时，榫卯节点会产生弯矩，轴力和剪力。此时，梁受到力的作用，榫头与卯口产生挤压应力，梁上的轴力与摩擦力、挤压应力平衡。随着梁震动位移增大，榫头以榫径为支点，与卯口内壁之间发生位移。由于燕尾榫榫头宽度大于榫径宽度，位移产生时，榫头侧面受到卯口侧壁挤压应力增大，摩擦力也相应增加。相对滑移产生剪力，此时榫头顶部与卯口上部挤压作用明显，弯矩作用产生。当转角增大到一定程度时，卯口侧壁与榫头侧面的挤压应力达到极限值，会导致卯口破坏或榫头折断。 四、榫卯节点研究现状 古建筑木结构具有重要的历史和文化价值，保护工作意义非凡。榫卯节点常见的破坏模式有榫卯拔脱、榫头折断、卯口破坏等。对于榫卯节点的力学性能及加固技术方面，国内外学者已进行了大量研究。方东平等在古建筑结构特性试验研究的基础上，提出了木结构特征的三维有限元计算模型和分析方法，第一次对古建筑木结构的斗栱和榫卯节点的力学性能作定量研究;胡明等跟据木材的正交各向异性，采用广义hill屈服准则准确建立木材的本构模型，运用AYSYS有限元软件模拟并与试验对比分析碳纤维加固区木梁损伤;赵鸿铁等通过燕尾榫节点木构架的低周反复荷载试验，得到弯矩-转角滞回曲线及骨架曲线，得到榫卯节点半刚性连接特性和节点刚度退化的规律。徐明刚等以1：2.65的缩尺比例制作宫殿式木构架模型，并分别采用胶入钢筋和外贴碳纤维布的方式加固榫卯节点，进行抗震性能试验研究，得出加载初期结构刚度与强度有明显提升，后期加固效果逐渐下降;周乾等对采用马口铁、钢构件和CFRP布加固的燕尾榫节点木构架进行了振动台试验，研究得出三种加固方式都可以提高结构的抗震性能，加固效果由高到低依次为：钢构件、碳纤维、马口铁;邓大力等提出了耗能软钢的榫卯节

古建筑榫卯联接结构的力学合理性分析与优化

《东南大学学报(副刊)》[ISSN:1001-0505/CN:32-1178/N], 期数:2013年第4期页码: 849-855 栏目: 土木工程古建筑榫卯联接结构的力学合理性分析与优化及相应推广设计 王云飞於恒花逸扬林雨豪孙延超 摘要 简要分析了抬梁式建筑的等应力设计原理，分析了部分重要构件及重要节点，并对相应节点设计提出了改进意见。 关键词：古建筑榫卯力学分析 榫卯结构的受力特性 榫卯结构，是通过卯口与榫头的结合，以达到一种横向或纵向传力的结构，节点处往往比较薄弱，榫卯结合处一般不能承受较大的弯矩。 榫卯连接节点属于半刚性节点，在榫头拔出的过程，结构构件会产生很大的变形和相对位移，可以使结构的内力进行重新分配。 由于制作误差及木材本身特有的弹性，榫卯难以完成严格意义上紧密结合，在结构的初始受力阶段，连接节点更近似于铰接。随着节点变形增加，节点刚度亦随之增加。 由于卯口对榫头有一定握裹力，在地震作用下，榫头与卯口会形成摩擦滑移，从而消耗一部分能量，可以有效减小上部结构的地震反应，减震效果明显。 单位换算 宋尺一尺约为现在国际单位制的32cm，宋斤一斤接近于0.625kg，为方便研究，本文将长度、质量单位统一换算为现行单位。 本文的几点假定 （1）裂缝、木节等缺陷严重影响节点与构件受力性能，较小的荷载便会导致裂缝扩展与加深，在裂缝或木节处突然断裂，发生脆性破坏，非常危险。 由于本文主要进行理论计算分析，故对此不予讨论，计算时，假定所有构件使用之木材纹理皆为顺丝且无任何瑕疵。 （2）古建筑为了抗震需要，常常会使木柱上端向内收敛，谓之侧脚。实验证明，地震作用时，侧脚作用明显。以殿堂为例，一般殿堂外围木柱，面阔方向侧脚1%，进深方向侧脚0.8%，因倾斜角极小，对本文演算之影响可忽略不计，故假定建筑柱身皆为竖直。 （3）因为柱脚以管脚榫与石础相连，柱脚之间连以地栿，且榫卯联接不能提供过大的弯矩，故假定柱脚与基础铰接。由于柱端受相连的斗栱、木枋等约束，故假定柱端受侧向支撑，但竖直方向自由。 （4）因为榫卯联接近似于铰接，结构之间允许较大的相对转角，因此结构体系对地基沉降并不敏感，是以假定微量的基础沉降不会使结构产生相应的附加应力。 （5）考虑到木材瞬时持荷的能力高于长久持荷的能力，计算时不考虑木材的塑性开展，即自中和轴到构件边缘，应力成线性分布，且构件边缘应力不高于

浅析中国古建筑大木结构的榫卯形式

浅析中国古建筑大木结构的榫卯形式 ----------吴其钢徐州市园林技术工程处摘要：榫卯的功能，在于使千百件独立、松散的构件紧密结合为一个符合设计要求和使用要求的，具有承受各种荷载能力的完整的结构体。 关键词：榫卯功能分类名称使用部位 我国古代建筑学是一门综合性的科学，是通过一定的建筑艺术形式和一定的工艺技术表现出来的。有人说“中国古代建筑的大木结构不用一根钉子”，这个说法实际上是一种夸大的说法，但如果单指大木结构的榫卯则是完全正确的。中国古代建筑的结构，以木材、砖瓦为主要建筑材料，又以木构架结构为主要的结构方式。中国古建筑是一门独具风格的建筑科学，中国古建筑又以木结构为主，木构件间的联接又以榫卯组合为主。 而今国内现存的古建筑以清代（明代）居多。通过近几年施工和设计的仿古建筑，剖析其结构形式与工艺技术，得悉其构件联接以榫卯组合为主。通过对马炳坚先生所著的《中国古建筑木作营造技术》，井庆升先生所著的《清式大木作操作工艺》，及清工部《工程做法则例》的学习，了解了中国古建筑的榫卯技术的形式和多样化以及其功能。 1、榫卯的功能 1.1榫卯是相辅相成，相互对应的。榫：就是小于构件断面凸出的部分，俗称公榫，卯：就是指与榫相结合的另一构件凹下去的部分，俗称母榫。 1.2榫卯的功能，在于使千百件独立、松散的构件紧密结合为一个符合设计要求和使用要求的，具有承受各种荷载能力的完整的结构体。木结构榫卯技术早在春秋战国时期，就得以应用并逐渐发展，到唐宋时期榫卯技术的

应用以达到如火纯清的程度，应用的更加纯熟和讲究。到明、清时期古代的工匠们将其形式简化，但仍保留其固有的功能，从中充分体现榫卯结构的可靠性。 如一座大型的宫殿式木构建筑要由成千上万个单件组合而成，一座小式的构造简单的古建筑，也要由数以百计的木构件组成。在这些建筑的木构件中，除椽子和望板外，其余构件几乎全部是用榫卯结合在一起的。木结构的形式和榫卯结合的方法，是中国古建筑的一个主要结构特点。 2、榫卯的分类 木构件榫卯种类很多，形态各异，这些种类和形状的形成，不仅与榫卯的功能有直接关系，而且还与木构件所处的位置，构件之间的组合角度，结合方式以及木构件的安装顺序和安装方法等均有直接关系。根据榫卯的功能大致可分为六类：固定垂直构件的榫卯；水平构件与垂直构件的拉结相交使用的榫卯；水平构件互交部位的榫卯；水平或倾斜构件重叠稳固所用的榫卯；用于水平或倾斜构件叠交或半叠交的榫卯；用于板缝拼接的几种榫卯。下面详细介绍一下木构件榫卯的种类、形式及使用部位。 2.1、固定垂直构件的榫卯； 在古建筑中垂直构件主要柱子，柱子又分为落地柱和悬空柱两类。落地柱即柱脚直接落在柱顶石上的柱子，如檐柱、金柱、中柱、山柱都属此类。悬空柱即落脚在梁架上或被其它构件悬空挑起、捧起的柱子，如童柱、瓜柱、雷公柱等都是悬空柱。这些垂直构件不管用在什么部位，都要用榫卯来固定它的位置，如管脚榫、套顶榫、瓜柱柱脚半榫。 2.1.1、管脚榫用于固定各种落地的柱根部，童柱与梁架或墩斗相交处，

榫卯结构的特点

明代家具是中国红木古典家具的鼎盛时期，其技艺与设计达到了中国古典家具的巅峰，占据着中国乃至世界家居界的重要地位。中国明式家具以追求神态韵律、造型古朴典雅为特色，不仅充分体现了中式生活中的艺术成就与文化底蕴，更具有实用性功能。此外，结构严谨、使用寿命长是其精髓之所在，也是人们推崇它的重要原因。在明式家具的制作过程中，榫卯结构的使用可以说是重中之重。榫卯结构深刻的文化内涵不只表现在木构家具的拼接中，更体现了古代中国科技与人文的结合。其科学合理性的结构、高超的加工生产技术和厚重内敛的人文气息，增添了明式家具的意蕴。 一、榫卯结构的起源与分类 榫卯结构起源于七千年前长江流域的河姆渡新石器时代，几千年间衍生出千百种花样，基本形制近百种左右，其中派生极多。在中国木建史上，榫卯是不可或缺的重要基本制作技术之一，明清家具的制作过程中几乎运用了所有榫卯结构种类中的精华形制。在一件明代经典家具之上，运用榫卯结构的范围不同，类型不一，但均起到家具整体形态构造上重要的“关节”作用。 中国明代古典家具中使用到的榫卯结构共一百多种，可分为几大类型。一类作为面与面的结合作用，或两条边的拼合，还可以是面与边的交接构合，如“燕尾榫”“槽口榫”“企口榫”“穿带榫”等等；另一类是作为点的结构方法，用于横竖才丁字结合、成角结合、交叉、以及直才与弧形才的延伸结合等方面，如“双榫”“双夹榫”“勾挂榫”“楔钉榫”“通榫”“半榫”等等。第三类是将三个构件相互结合的构造方法，常见的榫卯有“抱肩 榫”“托角榫”“长短榫”等等。 二、榫卯结构的中式文化内涵 明代是中国文化体系的成熟时期，明式家具中体现出的硬朗、简洁、质朴、自然之风，是受到当时社会中的文化熏陶而成的。王阳明的“心学”、王艮的哲学思想等等都对中国明式家

“斗拱结构”和“榫卯结构”

斗拱结构：探出成弓形的承重结构叫拱，拱与拱之间垫的木块叫斗，斗上加拱，拱上加拱，层层叠加，起到支撑作用。 榫卯结构：凸出的部分叫榫，凹进去的部分叫卯。榫和卯咬合，起到连接作用。 斗拱结构是榫卯结构的最佳表现方式。 “斗拱”同“枓栱”。 解释下最后一句话：榫卯结构是一种连接方式，斗拱是榫卯交错结构而成的的承重构件，在中

国古代木结构建筑中的作用和地位不言而喻。 @stray 哪里扯淡了？ 2012-06-06 9 条评论感谢分享收藏?没有帮助?举报 赞同3反对，不会显示你的姓名 stray，画图工，拍照片 estray、freana、知乎用户赞同 首先，斗栱，是这么写的。 斗栱其实是井干结构的变形和发展。木头一层层铺上去，是建筑的一个结构和装饰构件。 榫卯结构，是一种木作连接方式。 顶伏地猫的解释。 它俩根本不是一个类型的东西啊。。。 "斗拱结构是榫卯结构的最佳表现方式。"这句是扯淡吧 2012-06-06 添加评论 赞同3反对，不会显示你的姓名 知乎用户，建筑设计在读研究僧 Nameless Void、韩若冰、freana 赞同 严谨的来说，榫卯是结构连接方式，斗拱是起结构作用的建筑承重构件，说成是“斗拱结构”，“榫卯结构“都不太严谨。 他们的关系是，在建造过程中，斗拱的部分构件采用了榫卯的连接方式。 在中国传统木结构建筑与家具中，榫卯的连接方式是广泛应用的，各种精巧榫卯构件不胜枚举。同时，在斗拱发展的后期，一些斗拱中的构件虽失去结构作用但因形制被保留下来，做成假构件，例如“昂”的发展，这是的斗拱已经并不能完全体现中国传统木构之精妙了，何况榫卯？所以说“斗拱结构是榫卯结构的最佳表现方式。”虽不至于扯淡，但也不够严谨。

中国木结构古建筑榫卯连接节点抗震性能研究进展

中国木结构古建筑榫卯连接节点抗震性能研究进展 【摘要】:榫卯连接是中国木结构古代建筑的重要特征。由于在地震作用下，梁柱等构件一般会处于弹性工作状态，节点的抗震性能就决定了整个建筑的安全，因此该领域已成为古建筑保护工作的研究热点方向。对中国古代建筑榫卯节点抗震性能研究进展情况进行了梳理，并提出了相应的见解。 【关键词】:木结构古建筑；榫卯连接节点；抗震性能；研究 引言 中国木结构古建筑具有良好的抗震性能，迄今尚存有许多已逾千年的建筑遗存，虽经历了许多地震灾害作用而仍能挺然直立的事实就是明证。一个结构减震耗能能力的大小，是其抗震性能好坏的重要标志。榫卯连接方式与斗棋结构是中国木结构古建筑的主要结构特征，也是中国古建筑区别于世界它系建筑结构的主要标志。在地震作用下，作为重要结构特征的榫卯节点与斗棋的抗震机制是一个值得深入研究的问题。 一、榫卯结构及其分类 榫卯结构是建筑或家具中相连接的两构件上采用的一种凹凸处理接合方式。凸出部分叫榫(或榫头);凹进部分叫卯(或榫眼、榫槽)。这种形式在我国传统建筑与家具中达到很高的技艺水平，同时也常见于其他木、竹、石制的器物中。我国古建筑家具把各个部件连接起来的“榫卯”做法，是建筑家具造型的主要结构方式。各种榫卯做法不同，应用范围不同，但它们在每处建筑或每件家具上都具有形体构造的“关节”作用 几十种不同的“榫卯”，按构合作用来归类，大致可分为三大类型: 一类主要是作面与面的接合，也可以是两条边的拼合，还可以是面与边的交接构合。如“槽口榫”、“企口榫”、“燕尾榫”、“穿带榫”、“扎榫”等。如图（1）所示： 图（1） 另一类是作为“点”的结构方法。主要用于作横竖材丁字结合，成角结合，交叉结合，以及直材和弧形材的伸延接合。如“格肩榫”、“双榫”、“双夹榫”、“勾挂榫”、“锲钉榫”、“半榫”、“通榫”等等。如图（2）： 图（2）

中国传统榫卯工艺,古建精髓,惊艳世界2

中国传统榫卯工艺，古建精髓，惊艳世界2 京剧被誉为中国的国粹，蕴含了我国多地地方戏曲的精华，是中国戏曲艺术的集中体现。而在家具制造领域，同样有与其媲美的木匠艺术，那就是——榫卯工艺。(斗拱，榫卯工艺的颠峰之作)榫卯（sǔn mǎo），一种充满中国智慧的传统木匠工艺，也有人说榫卯工艺是我国传统家具工艺的灵魂。凸出来的部分称为“榫”，凹进去的部分叫做“卯”，榫卯相契合，从而使木头与木头完美衔接。一榫一卯之间，一转一折之际，凝结着中国几千年传统家具文化的精粹。以下一组动态图片，带你领略惊艳千年的中国木匠艺术之美。楔钉榫挖烟袋锅榫夹头榫（腿足上端嵌夹牙条与牙头）云型插肩榫（牙条、牙头分造）扇形插肩榫传统粽角榫双榫粽角榫带板粽角榫高束腰抱肩榫挂肩四面平榫圆柱丁字结合榫圆方结合裹腿圆柱二维直角交叉榫圆香几攒边打槽攒边打槽装板一腿三牙方桌结构抄手榫方材角结合床围子攒接万字方形家具腿足与方托泥的结合三根直材交叉加云子无束腰裹腿杌凳腿足与凳面结合插肩榫变形平板明榫角结合柜子底枨方材丁字结合（榫卯大进小出）厚板闷榫角结合厚板出透榫及榫舌拍抹头椅盘边抹与椅子腿足的结构直材交叉结合弧形直材十字交叉弧形面直材角结合走马销方材丁字形结合榫卯用大格肩还记得设计癖之前发过名为《没用一根钉子，

只用榫卯，36张动图看老伯如何做出迷你天坛？》的文章吗？53 岁的王振华没用一根钉子就设计出一款81 倍微缩版的天坛祈年殿，他利用的就是中国传统的纯手工榫卯工艺。不记得了？没关系 4 张动图简单帮你回忆一下。提到榫卯工艺还要追溯到中国古代，它是古代中国建筑、家具及其他机械的主要结构方式，是在两个构件上采用凹凸部位相结合的一种连接方式，凸出的部分叫做榫，凹进部分叫做卯，这种连接方式不需要任何钉子。其实在公元7 世纪的日本，也有一种和我国榫卯工艺有着异曲同工的工艺，它被称为日本细木工工艺。日本细木工工艺涉及到复杂、互锁的木制卯接，在这个过程中同样不会使用到任何的钉子、螺钉或是其他粘合剂就可以连接两个构件。一位从事汽车营销工作的年轻日本人偶然之间发现了一本介绍日本细木工工艺的书籍，他被书中所介绍的传统精妙的木工技术深深吸引，但由于不是专业人士加上没有实物直观的演示，他对书中的文字说明难以理解透彻。他想要仔细研究这些工艺，但相关的书籍资料比较少，他思考再三决定利用现代技术来对这样工艺进行深度研究。那他使用的是什么现代技术呢？为了更直观、更清晰的展现日本细木工工艺，他利用3D 软件技术来模拟重现通过细木工工艺结合起来的构件，在自学木工技能和软件之后，他开始了创建细木工工艺结构动画之旅。是不是看到这有些着急想要看到这些结构动画了呢？别急，接下来就

榫卯结构种类及图片详解

榫卯结构种类及图片详解 Prepared on 22 November 2020

榫卯结构在中国的运用具有悠久的历史，是中国的一大特色。许多明清时期的红木家具距今已几百年的历史了，虽略显陈旧，但家具整体的结构仍然完好如初，其中，榫卯结构可是功不可没的。传统红木家具各连接部位，一律以榫卯相接，不仅严谨、牢固，还有装饰作用。榫卯结构的种类很多，就其使用的部位、功能和形态而言，大体可分为明榫、暗榫、套榫、夹头榫、插肩榫、抱肩榫、钩挂榫、燕尾榫、楔钉榫及走马销等。 燕尾榫结构图 燕尾榫：相传为鲁班发明，被后世尊称为“万榫之母”，是明清家具中不可缺少的榫卯连接法。燕尾榫是指两块平板直角相接时，为了防止受拉力时脱开，将榫头做成梯台形，形似燕尾，故名“燕尾榫”。

明榫结构图 明榫：制作好家具之后，在家具的表面能看到榫头的称为明榫。明榫多用在桌案板面的四框和柜子的门框处。 暗榫结构图 暗榫：制作好家具之后，在家具的表面不能看到榫头的称为暗榫，也称“闷榫”。暗榫的形式多种多样，就直材角结合而言，就有单闷榫和双闷榫之分。明式和靠椅的椅背搭脑和扶手的转角处常用暗榫。

楔钉榫结构图 楔钉榫：是用来连接弧形弯材的常用榫卯结构，它把弧形材截割成上下两片，将这两片的榫头交搭，同时让榫头上的小舌入槽，使其不能上下移动。然后在搭扣中部剔凿方孔，将一枚断面为方形，一边稍粗，一边稍细的楔钉插贯穿过去，使其不能左右移动。圈椅、的扶手一般都是使用楔钉榫。 套榫结构图套榫：椅子搭脑与腿料连 接时不用夹头榫，而是将腿料做成方形出榫，搭脑也相应的挖成方形榫眼，然后将二者套接，这类榫卯结构称为“套榫”。

中国传统榫卯工艺,古建精髓,惊艳世界2

中国传统榫卯工艺，古建精髓，惊艳世界 京剧被誉为中国的国粹，蕴含了我国多地地方戏曲的精 华，是中国戏曲艺术的集中体现。而在家具制造领域，同样 有与其媲美的木匠艺术，那就是榫卯工艺。（斗拱，榫卯工艺的颠峰之作）榫卯（sen m 8）, —种充满中国智慧的传统 木匠工艺，也有人说榫卯工艺是我国传统家具工艺的灵魂。 凸出来的部分称为“榫” ，凹进去的部分叫做“卯” ，榫卯相契合，从而使木头与木头完美衔接。一榫一卯之间，折之际，凝结着中国几千年传统家具文化的精粹。以下一组动态图片，带你领略惊艳千年的中国木匠艺术之美。楔钉榫挖烟袋锅榫夹头榫（腿足上端嵌夹牙条与牙头）云型插肩榫 牙条、牙头分造）扇形插肩榫传统粽角榫双榫粽角榫带板粽角榫高束腰抱肩榫挂肩四面平榫圆柱丁字结合榫圆方结合裹腿圆柱二维直角交叉榫圆香几攒边打槽攒边打槽装板 腿三牙方桌结构抄手榫方材角结合床围子攒接万字方形家具腿足与方托泥的结合三根直材交叉加云子无束腰裹腿杌凳腿足与凳面结合插肩榫变形平板明榫角结合柜子底枨方材丁字结合（榫卯大进小出）厚板闷榫角结合厚板出透榫及榫舌拍抹头椅盘边抹与椅子腿足的结构直材交叉结合弧形直材十字交叉弧形面直材角结合走马销方材丁字形结合榫卯用大格肩还记得设计癖之前发过名为《没用一根钉子，

只用榫卯，36 张动图看老伯如何做出迷你天坛？》的文章吗？53 岁的王振华没用一根钉子就设计出一款81 倍微缩版的天坛祈年殿，他利用的就是中国传统的纯手工榫卯工艺。不记得了？没关系4 张动图简单帮你回忆一下。提到榫卯工艺还要追溯到中国古代，它是古代中国建筑、家具及

其他机械的主要结构方式，是在两个构件上采用凹凸部位相这种连接方式不需要任何钉子。其实在公元7 世纪的日本，也有一种和我国榫卯工艺有着异曲同工的工艺，它被称为日本细木工工艺。日本细木工工艺涉及到复杂、互锁的木制卯接，在这个过程中同样不会使用到任何的钉子、螺钉或是其他粘合剂就可以连接两个构件。一位从事汽车营销工作的年轻日本人偶然之间发现了一本介绍日本细木工工艺的书籍，他被 书中所介绍的传统精妙的木工技术深深吸引，但由于不是专业人士加上没有实物直观的演示，他对书中的文字说明难以理解透彻。他想要仔细研究这些工艺，但相关的书籍资料比较少，他思考再三决定利用现代技术来对这样工艺进行深度研究。那他使用的是什么现代技术呢？为了更直观、更清晰的展现日本细木工工艺，他利用3D 软件技术来模拟重现通过细木工工艺结合起来的构件，在自学木工技能和软件之后，他开始了创建细木工工艺结构动画之旅。是不是看到这有些着急想要看到这些结构动画了呢？别急，接下来就是！三块带有不同凹凸程度的长方体，通过组合、锁定可以形成一个固定的多面体。它类似与缩小版的房屋脚架，仔细看，在将具有不同凹凸的长方体组合在一起之后，是利用个小小的圆木体锁住。而这组则像是一个墙面总共有两个构件片，一片的一侧凸出，而另一片则是以凹进为主，两片结合在一起便可锁住，完成一个组件。而接下来的这些组件也很有趣，它们是不同大小的长方体，都有不同的凹凸形成，组合在一起之后有的可以直接固定，也有的是只需要几个小圆木体便可以完成锁住。而这个可以算是相对复杂一些的，它是由五个小构件组成的完整体，彼此之间分别锁定才能完成这 个构件的组装。原来，将传统工艺用现代技术结合起来也是如此美妙的！看完这些日本细木工工艺的结构动图，与开篇王振华利用樺卯工艺打造的微缩版的天坛祈年殿相比，你认为哪个更神奇呢？中国传统硬木家具之所以被誉为世 结合的一种连接方式，凸出的部分叫做榫，凹进部分叫做卯， 界家具史的瑰宝，樺卯工艺是关键。各种樺卯做法不同，应 用范围不同，但它们在每件家具上都具有形体构造的“关节”作用。从设计构成角度来看，樺卯可以分为以下七类。面与面拼合所用樺卯这类樺卯多用于幅面较大的桌案面心，三板围合的几类，柜门柜帮，罗汉床围子等。薄平板相拼合多采用龙凤樺加穿带，薄板角结合、厚板结合则多用闷樺。面与线拼合所用樺卯即板心与边框，板材与横竖材的拼合，表现在家具上则为凳椅桌案面部结合，腿足与面子结合，角牙和

浅述数字图像相关方法在土木工程测量中的应用

浅述数字图像相关方法在土木工程测量中的应用 发表时间：2019-07-23T15:48:31.213Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：彭连光 [导读] 摘要：随着我国社会经济的快速发展以及科学技术的日新月异，土木建设工程规模不断扩大化，结构更为复杂，如大型结构、桥梁等，导致土木工程测量需求日益增多。 身份证号码：37152519840910XXXX 摘要：随着我国社会经济的快速发展以及科学技术的日新月异，土木建设工程规模不断扩大化，结构更为复杂，如大型结构、桥梁等，导致土木工程测量需求日益增多。因此，提高土木工程测量精度和简化测量操作流程是亟待解决的问题。本文以数字图像相关技术为研究对象，分析其在土木工程测量中的应用前景，本文的研究成果有助于推动该技术在工程测量领域的发展。 关键词：数字图像相关方法；土木工程测量；应用研究 数字图像相关方法是一种现代化全场光学测量技术，具有非接触、非干涉的特点，已广泛的应用于航空航天、土木工程测量以及物体形变监测等领域[1]。该方法首先运用在二维测量中，采用单个摄像机进行测量，通过比较变形前后同一平面物体表面的两幅数字图像，匹配其对应点从而得到像面位移和应变。但在实际测量中，由于单个相机的局限性，要求相机垂直于被测物表面，同时被测物体表面的离面位移会对测量带来明显的误差，因此二维数字图像相关方法通常应用于平面物体的面内变形测量。而使用两个摄像机基于双目立体视觉原理的三维数字图像相关方法克服了这一局限，通过标定相机与物体之间的相对位置关系，可以重构出各种形状物体的三维形貌。数字图像相关方法是立足于数字图像处理技术和数值分析技术的光学测量技术，是通过拍摄并匹配变形前后数字图像中的各个控制点，获得物体表面形变信息的技术，与其他测量技术相比而言，该技术具有更加简便的操作流程，能够适用于更加宽泛的使用环境，所获得的精度也更高，因此，在土木工程测量中的应用越来越普遍。 1 数字图像相关方法的应用概况 随着光学信息技术、计算机技术、图像识别技术的快速发展，数字图像相关方法得到了快速发展，逐渐因其测量精度高、非接触全场测量、环境要求低、操作简便等优点而应用于各领域中，主要包含了以下几个方面：（1）对各种材料形变特征和力学性能的直接测量。在土木工程中常用到类型较多的金属材料、复合材料等，那么这些材料是否满足土木工程建设的基本需求，需要进行相应的测量实验。将数字图像相关方法应用于土木工程相关材料的表面形变和力学性能监测，可以获得全场形变信息，进而借助数值分析模块可以获得材料的力学参数，如热胀系数、断裂韧性、弹性模量、应力强度因子、泊松比、表面粗糙度等[2]。因此，该技术的应用推进了土木工程建设中对材料各种参数的精确把控，提高了材料的综合利用价值。（2）在工程结构实际测量中的应用。评估土木工程结构、构件的安全性和可靠度是评估土木工程建设质量的指标之一，将数字图像相关方法应用于工程结构监测中，可以获得结构位移或者应变形变信息，如大型桥梁墙式基础参数的监测等，在此基础上评估结构、构件的安全性和可靠度。（3）借助有限元分析方法获得物体实际表面的形变信息。土木工程建设中通常要借助有限元分析方法进行实验设计结构是否合理，将数字图像相关技术融合至有限元模型中，就可以实现理论、仿真、实验三者数据参数的紧密联系，进而提高模型改进质量，完善建设模型，对提高土木工程建设整体质量有着积极的推动意义。 2 数字图像相关方法在土木工程测量中的应用 数字图像相关方法在土木工程测量中的应用极为广泛，本文着重介绍该方法在木结构榫卯节点抗拉性能监测中的应用。众所周知，木结构建筑是我国具有民族特色的传统建筑物，一栋建筑物在没有一颗钉子的前提下可以经历数百年屹立不倒，显示出木结构强大的可靠性[3]。木结构中榫卯节点是建筑物承载的重要枢纽，因此，在研究木结构建筑物的力学性能时必须研究榫卯节点的力学特征。 2.1 应用条件分析 本文选用常用的杉木作为实验材料，按照传统木结构模型进行缩小比例尺制作，主要研究榫卯节点的力学性能变化以及形变信息。此外，纤维增强复合材料FRP 具有较高的强度、轻的质量等而广泛用于维修古建筑，在外侧涂抹防火涂料就可以实现既加固木质建筑物的目的，又达到了不破坏建筑外观的目的。因此，本文使用该材料作为研究实验的对照组，此外使用钢材对木质建筑物进行加固也是常用的方法之一，本文选用 Q235 钢进行实验。 2.2 加载及测量方案制定 为了尽可能的模拟木质建筑物构架柱脚的实际载荷，在底部增加单向铰支座，柱顶施加竖向载荷 20k N，并保持竖向载荷恒定不变。在实验过程中逐渐枋下侧单调向上加载，直至构建破坏为止。根据数字图像相关方法测量的参数要求，本文选择使用三维数字图像相关系统，并在实验模具表面用不同颜色的喷漆喷涂制成标志点，实验时采用 LED 直流光即可[4]。 2.3 实验结果对比分析 根据上述实验方案同步进行不同材料的实验，最终获得如下结论：对于木质榫卯节点而言，由于木材自身具有特异性，因此在载荷加载过程中的形变呈现出一定的差异性，但总体上破坏形态是一致的，也意味着木质结构的榫卯节点承载能力是大体相当的；随着载荷量的逐渐增加，榫卯节点边缘大约有 2.5mm 的拔出量，随着控制位移量的增加，榫头边缘的拔出量进一步增加。对纤维增强复合材料 FRP 制作成的节点而言，其形变特征以及拔出量与木质结构的榫卯节点变化差异较大，在载荷加载开始，节点转动刚度较大，承载力呈直线上升，随着载荷量的不断增加，纤维增强复合材料 FRP 榫卯节点的粘结胶逐渐剥落，当载荷持续增大时，纤维增强复合材料 FRP 材料逐渐出现褶皱并逐渐开始撕裂，进而承载能力下降[5]。综上所述，虽然纤维增强复合材料 FRP 材料属于脆性材料，但是由于木质材料具有独特的力学性能，将纤维增强复合材料 FRP 材料应用于木质结构建筑物的加固中，可以增强该材料的承载能力和延性。对照实验组使用钢材进行加固实验，当载荷加载开始时，加载处的承载力急剧上升，使得榫卯节点出现挤压现象，当载荷持续加载时，榫头上部挤压区变形较大，且钢箍在枋端连接段逐渐滑移，直至破坏。通过实验可知，采用钢材加固木质结构房屋，可以提高榫卯节点的极限承载力，虽然后期出现显著的滑移现象，但采用该种方法加固，可以进行拆卸，因此具有一定的应用前景。 3 结束语 综上所述，数字图像是一种非接触、全场变形测量技术，其相关方法在土木工程测量中具有极为宽泛的应用前景，在建筑物表面形变监测以及实验建筑材料力学参数等方面具有精度高、非接触、全场测量、环境适用性好、操作简便的优势，并且在实验过程中可以获得全场形变信息，具有广阔的应用前景。本文主要分析了数字图像相关方法在土木工程测量木质结构榫卯节点力学性能研究的应用，搭建适用于工程实际测量的自标定数字图像相关系统，并设计精度实验，通过两组对照组的研究表明，采用纤维增强复合材料 FRP 材料对木质结构

古建筑榫卯木结构施工组织方案

古建筑榫卯木结构施工组织方案 A、工程概况 本设计采用传统工艺榫卯木结构框架，主材、屋面桁条、望板、斗拱、门窗等都采用上等自然林杉木。杉木耐潮性强、表面光洁、纹理清晰、不易变形、虫蛀等特点。建筑物仿古造形，用料档次、规格高、工艺要求精。本工程如蒙中标，我们将通过以下手段严格把关，促进各项指标的实现。 B、施工顺序： 选料→半成品加工→成品制作→出库→成品安装→防蚁防腐防火处理→校正→验收。 （1）选料 a、按用材品种的不同，根据设计要求，分别建立材料规格用料单。 b、组织设计、建设单位、监理公司对木材市场或原产地实地考察，确定供货单位，签订供货合同，通过直接与供应商建立供求关系，可有效的节约中间木材商的费用，降低成本。 c、经验丰富、组织责任性强、技术好的木工班子，对供货单位的库存材料，进行筛选，选择材质质地坚韧、树杆挺直、园率比例匀称、正常、无障节、霉变、无裂缝、色泽一致、干燥的原木、锯材。 d、根据设计要求采用自然林老杉木，韧性好、不易开裂。 (2)半成品加工 ①五木构架加工制作 a、对项目的屋面绕度、栋、桁绕度、老嫩戗角度等细部结构进行1：1大样论证，版权所有,严禁抄袭根据设计标高园弧变形划墨划出榫穴的规格位置，进行凿孔作业时，木工扁凿应顺着墨线，重叠墨线，沿榫穴规格墨线，凿出穴框，凿入深度宜控制在5mm左右，目的为切断木质纤维，避免榫穴外边框保留的边线受到损坏刨肉，特别是十字榫穴交叉部位，操作工要求避免猛敲猛凿，以免损坏有限的保留承重部分木柱连接体系，待木柱、梁枋联接榫穴制作完成后，木工放样，应根据每根柱子的上小下大的斜度略微不同，版权所有,严禁抄袭锯成半成品后，用粗、细刨光，用磨光锣机锣光，用红木家具专用刮刀、刮除毛糙纤维，“月梁”根据设计要求，先制作不同规格的“月梁”模式套板，以求同规格“月梁”形状、大小一致，先用斧头将原木劈成“月梁”形状的初胚，然后用刨、磨刮的工艺成形。待半成品进行刨光后，木工放样，应根据设计要求，正确的划出榫头规格位置，“月梁”须位置，形状的墨线，由操作木工按墨线、锯出头，成品榫头规格应略比榫穴规格大0.5mm左右，这样能确保梁、柱拼榫后的严密度，梁、枋中的榫穴的制作办法与柱中榫穴制作办法相同。 制作后的成品，应逐根编号，按安装的先后次序分别贮存，贮存仓库应通风，避免日晒雨淋，底层要架空，成品构件应包装，但要通风。

从民间家具看中国榫卯结构之美

从民间家具看中国榫卯结构之美 目前国内欣赏古典家具的价值标准，基本还停留在对黄花梨和紫檀等硬木材料花纹的审美趋向、造型的比例协调和表面漆面的风化和包浆上，大抵不超过以上三种。这些只是停留在对家具表面的视觉来评判的价值标准，而没有从传统文化的诸多领域、哲学思想、军事理论、文学艺术、生活习惯等方面，多视角地分析和研究。虽然古人在《营造法式》、《鲁班经》、《长物志》中有描写木做工艺的论述，但是局限于“材美工巧”上。榫卯结构并没有作为一种科学发明在家具中加以记载。欣赏中国古典家具的精神，笔者一直认为中国家具除“材美工巧”之外，真正组成家具灵魂的是榫卯结构。 科学合理性的榫卯设计是它永恒的魅力。中国榫卯的起源可能比汉字还要早。早在7000年前的河姆渡文化中，榫卯技术已经出现在原始先民们居住的木结构的房子中。榫卯是中国建筑中最早具有科学设计意义的语言，在我们民族文明发展史上，如同汉字的发明源远流长、自成体系。家具发展规律是传承了传统建筑木结构原理。传统建筑的精华是以无与伦比、错综复杂的榫卯斗拱设计而赋予它生命的。经典的家具如同建筑的浓缩，让我们更容易体会先民们的智慧。 欣赏家具的榫卯，不像欣赏家具外表造型那样容易。它是一种理性、内在、似乎带有一种神秘和抽象符号隐藏在家具中。而且大部分古典家具的榫卯结构是隐藏在外表造型之内，古代工匠们留下大量实物资料，但在理论上并没有给我们解释其深邃的含义。笔者近几年在对家具的浓厚兴趣中不断发现，以明式黄花梨为代表的中国文人气质在造型线条上讲究韵律，材料上讲究花纹意向的完美。而以山西中原地区为代表的软木家具，大漆的自然风化和包浆更具有宋元高古风格。南北两地的代表性古典家具，都有一个共同的特点，似隐若现，变幻莫测，成熟科学的榫卯结构。当你在使用它、品味它造型外表的同时，也不断在询问自己，是什么赋予它永恒？经过百年的风风雨雨，那神韵是否尤在？即中国独特的榫卯设计。设计一词似乎是现代从西方传来的词。大约在20世纪初德国的包豪斯工业革命，对一切工业革命的成果，如建筑、室内家用产品的创新，都概用设计一词。设计从此作为一种理性的艺术被现代世界广泛接受。然而中国古代虽然没有现代意义的设计一词，但是关于“设”和“计”二字，有久远的历史描述，并广泛地应用在政治、军事上。“设”字在汉语中有筹划、策略的意思。两千多年的《孙子兵法》，此书英语翻译成《Art of War》，直译成中文《战争的艺术》。不难看出外国人把中国古代的战术智谋当作一门艺术。成书于明清之际的《三十六计》（也称《秘本兵法》），更是体现出中国人在军事中应用阴阳、刚柔、奇正、攻守、主客、劳逸等对立关系的互相转化，所设每一计都体现出极强的辩证哲理。中国古代把“设”和“计”大多形容在政治和军事上，其含义是怎样利用好计谋、阴阳、刚柔，达到智获全胜、安平四番、万国来朝的局面。然而在家具的榫卯结构上不外乎“榫头卯眼阴阳互动”的关系。从这个层面上来说，家具的榫卯结构是从中国古代哲学中，引伸为自然科学，使它更合理地用一种设计表现形式在家具中广泛应用的典范实证。 其一，科学合理性。 中国古典家具的榫卯设计不同于传统手工艺品，如玉雕、牙雕、鼻烟内画壶等，完全是技巧的纯熟，为了装饰而装饰，取悦于人们的视觉快感。而家具中的设计必须在满足人们的视觉美感后，还要求科学合理性，使其长久的耐用。这就要求每个木料榫头卯眼，必须根据家具的造型组合，从力学上每个木料所受到的承受力，在古代木工师傅的多年目测经验中，能准确地判断出来。有时一个木料要从不同的角度、方位和三到四个木料相交。如四方禅凳，每个腿必须跟腰部牙板成45度立面相交，而腿的顶端又必须做出两个精确榫头和坐面大边和抹头相接，大边和抹头又必须做复杂的阴阳套榫（棕榫）自身相接，然后再做两个卯眼和腿柱榫头相接，凳面的面板又通过穿带使其受力均匀到大边抹头，然后再集中到腿柱，其科

木结构梁柱间榫卯连接节点性能研究进展

第33卷 第5期 木材工业 2019年9月 Vol. 33 No.5 CHINA WOOD INDUSTRY September 2019 ·25· 收稿日期：2018-09-04；修改日期：2018-10-12 基金项目：中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金“典型榫卯连接的受力性能及增强研究”（CAFYBB2017SY036）。 作者简介：武国芳（1986—），男，助理研究员。Email: g.f.wu@ https://www.wendangku.net/doc/cf9653927.html, 。 综 述 DOI:10.19455/j.mcgy.20190506 木结构梁柱间榫卯连接节点性能研究进展 武国芳，钟 永，龚迎春，任海青 （中国林科院木材工业研究所，北京 100091） 摘要：为了促进传统营造技术在现代木结构中的传承应用与创新发展，梳理木结构梁柱间榫卯连接节点、榫卯连接木构架的力学性能及榫卯节点加固方法的研究现状，分析现有研究存在的问题，结合现代工程木产品及加工技术的发展现状，提出梁柱间榫卯连接节点在现代木结构中的应用前景及研究方向。 关键词：木结构；榫卯；梁柱连接；半刚性；加固 中图分类号：S781.6；TU531.1；TU366.2 文献标识码：A 文章编号：1001-8654（2019）05-0025-05 Review of Performance of Tenon-Mortise Joints between Column and Beam in Timber Structures WU Guo-fang ，ZHONG Yong ，GONG Ying-chun ，REN Hai-qing （Research Institute of Wood Industry ，Chinese Academy of Forestry ，Beijing 100091，China ） Abstract ：The research status of structural performance of tenon-mortise joints ，timber frames connected with tenon-mortise joints and reinforcement of the joints were reviewed. The relevant problems were also analyzed. Taking into development of modern engineered wood materials and manufacturing technology ，the application prospect of the joints in modern timber structure and the future research needs were presented, in order to promote the inheriting of traditional timber structures and innovation of modern timber structures. Key words ：timber structure ；tenon-mortise joint ；column and beam connection ；semi-rigid joint ；reinforcement 榫卯是榫头和卯口相互咬合、搭接而形成的一种连接形式。“榫”是构件凸出的部分；“卯”是构件凹进去的部分，也称为“榫眼”。榫卯连接方式是我国古代木结构建筑的重要特征，历史悠久，也是我国传统营造技术与文化的精髓。考古研究发现，早在新石器时代，榫卯就出现在木结构房屋中[1]。随着人类文明的发展，形式、功能各异的榫卯连接 节点被创造出来，有些榫头和卯口形状规则，构造简单；有些则构造非常复杂，如斗拱就是一个复杂的榫卯系统。榫卯节点的分类及详细构造，在《中国古建筑木作营造技术》[2]、《中国古代建筑技术史》[3]和《清式营造则例》[4]等专著中有详细论述。 传统木结构及榫卯连接的工作性能优良，使得许多古代木结构建筑一直保存至今。在各种榫卯连接节点中，梁柱之间的直榫、燕尾榫及箍头榫等最为重要，对结构抗侧性能有决定性作用。然而，榫卯连接也因一些缺点而受到制约，如加工费时费力、对构件尺寸精度要求高、设计加工过度依赖经验等。进入20世纪后，随着销钉、植筋等新型连接的发明

常见的榫卯结构.doc

常见的榫卯结构 mqjjdcyjg-20110627-1.jpg(22.06 KB,下载次数: 203) 下载附件保存到相册 2011-9-19 23:03上传 （一）、龙凤榫加穿带 一块薄板不够宽，需要两块或更多块薄板拼起来才够宽时，就要用“龙凤榫加穿带”。（如插图 1 所示）先把薄板的一个长边刨出断面为斗个银锭形的长榫，再把与它相邻 的那块薄板的长边开出下大上小的槽口，用推插的办法把两块板拼拢，所用的榫卯

叫“龙凤榫”。这样可以加大榫卯的胶合面，防止拼缝上下翘错，并不使拼板从横的方各拉开。 薄板依上法一一拼完，用胶粘牢后，横贯背面，开一下大上小的槽口，名叫 “带口”；穿嵌一面做一梯形的长榫的木条，名叫“穿带”。带口及穿带的梯形长榫都一端稍窄，一端稍宽。长榫由宽处推向窄处，这样才能窗紧。穿带两端出头，留做榫子。穿带根数视拼板的长度而定，一般每隔40cm 穿一根。 最后在拼板的四周刨出榫舌，名叫“边簧”，以便装入木框里口的槽口内。

（二）、攒边打槽装板 上述用“龙凤榫加穿带”拼成的木板是为了装入攒边的木框而准备的。 木框四根，两根长而出榫的叫“大边”，两根短而凿眼的叫“抹头”。在木框的里口打好槽，以便容纳木板边簧。穿带出头部分则插入大边上的卯眼内。把木板装入 木框的做法叫“攒边打槽装板”；把薄板装入木框，使薄板能厚板使用，同时能把色暗无纹的木材断面完全隐藏起来，外露的都是美丽的木纹，所以是一种合理、 美观而又节省的做法。传统家具的桌案面，柜门、柜帮、柜背等大都用此方法做成。 说品天地：“趱边打槽装板”此种木工的造法，远在西周的青铜器上已反映出来了，它是木材使用的一项成功的创造。长期以来，此法在家具中广泛使用，如凳椅面、

常见的榫卯结构

常见的榫卯结构 （一）、龙凤榫加穿带 一块薄板不够宽，需要两块或更多块薄板拼起来才够宽时，就要用“龙凤榫加穿带”。（如插图1所示）先把薄板的一个长边刨出断面为斗个银锭形的长榫，再把与它相邻的那块薄板的长边开出下大上小的槽口，用推插的办法把两块板拼拢，所用的榫卯

叫“龙凤榫”。这样可以加大榫卯的胶合面，防止拼缝上下翘错，并不使拼板 从横的方各拉开。 薄板依上法一一拼完，用胶粘牢后，横贯背面，开一下大上小的槽口，名叫“带口”；穿嵌一面做一梯形的长榫的木条，名叫“穿带”。带口及穿带的梯形长 榫都一端稍窄，一端稍宽。长榫由宽处推向窄处，这样才能窗紧。穿带两端出头，留做榫子。穿带根数视拼板的长度而定，一般每隔40cm穿一根。 最后在拼板的四周刨出榫舌，名叫“边簧”，以便装入木框里口的槽口内。

（二）、攒边打槽装板 上述用“龙凤榫加穿带”拼成的木板是为了装入攒边的木框而准备的。 木框四根，两根长而出榫的叫“大边”，两根短而凿眼的叫“抹头”。在木框的里口 打好槽，以便容纳木板边簧。穿带出头部分则插入大边上的卯眼内。把木板装入 木框的做法叫“攒边打槽装板”；把薄板装入木框，使薄板能厚板使用，同时能把 色暗无纹的木材断面完全隐藏起来，外露的都是美丽的木纹，所以是一种合理、 美观而又节省的做法。传统家具的桌案面，柜门、柜帮、柜背等大都用此方法做成。说品天地：“趱边打槽装板”此种木工的造法，远在西周的青铜器上已反映出来了，

它是木材使用的一项成功的创造。长期以来，此法在家具中广泛使用，如凳椅面、 桌案面、柜门柜帮以及不同部位上使用的条环板等等，举不胜举。趱边打槽装板的 优点是首先在将板心装纳在四根边框之中，是薄板能当厚板用。木板因气候变化难 免胀缩，尤以横向的胀缩最为显著。木板装入四框，并不完全挤压，尤其在冬季制 造的家具，更须为木板的膨胀留余地。一般板心只有一个纵边使鳔,或四边全不使鳔。 装板的木框趱成后,与家具其他部位连结的不是板心,而是用直材造成的边框,伸缩性不大, 这样就使整个家具的结构不至由于面板的胀缩而影响起稳定坚实。木板断面没有纹理, 装板后使木材断面隐藏起来,外露的都是花纹,色泽优美的纵切面。因此趱边打槽装板 是一种经济、美观、科学合理的造法。