周 乾，閆維明，楊 娜，紀(jì)金豹

(1. 故宮博物院，北京 100009； 2. 大同大學(xué)歷史與旅游文化學(xué)院，山西大同 037009；3. 工程抗震與結(jié)構(gòu)診治北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京工業(yè)大學(xué))，北京 100124； 4. 北京交通大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，北京 100044)

0 引 言

我國(guó)是個(gè)多地震國(guó)家，近年來(lái)地震活動(dòng)頻繁，對(duì)古建筑造成了不同程度的破壞。研究古建筑的抗震構(gòu)造及抗震機(jī)制，有利于對(duì)其保護(hù)與維修。論文《單檐歇山式古建筑抗震性能振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)》[1]中，筆者以故宮某單檐歇山式木構(gòu)古建為原型，制作了包含浮放柱礎(chǔ)、柱架、(五踩)斗拱、歇山屋頂、墻體等明清官式木構(gòu)古建所具備的所有構(gòu)造的模型，通過(guò)對(duì)模型輸入強(qiáng)度逐漸增加的1940年El-Centro波(最大值x向：PGA=0.3 g，y向：PGA=0.35 g)(PGA，Peak Ground Acceleration)，獲得了模型典型節(jié)點(diǎn)的位移和加速度響應(yīng)，討論了模型的減震系數(shù)，評(píng)價(jià)了浮放柱底、榫卯節(jié)點(diǎn)、斗拱、屋頂、墻體等構(gòu)造的抗震性能。然而，對(duì)于我國(guó)明清官式木構(gòu)古建而言，其抗震性能的現(xiàn)有研究仍存在不足之處。典型問(wèn)題之一，即關(guān)于中國(guó)官式木構(gòu)古建的抗震性能“度”的問(wèn)題。我國(guó)木構(gòu)古建筑具有“大震不倒”的能力已被普遍認(rèn)可，但是這種“大震”的烈度究竟有沒(méi)有上限，或者中國(guó)木構(gòu)古建在何種烈度地震作用下才會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞甚至倒塌，相關(guān)研究亦較少。

部分學(xué)者開(kāi)展了與該問(wèn)題相關(guān)的研究。王曉東等[2]采用數(shù)值模擬方法，以滄州鐵獅子文物為對(duì)象，研究了8度罕遇地震(PGA=0.4 g)作用下鐵獅子的抗震性能，認(rèn)為鐵獅子本身及現(xiàn)有支架的應(yīng)力都遠(yuǎn)小于材料的容許應(yīng)力，最大位移不足1 mm，表明目前狀態(tài)下的鐵獅子結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下處于安全狀態(tài)。薛建陽(yáng)等[3]以宋《營(yíng)造法式》規(guī)定的相關(guān)尺寸為依據(jù)，制作了考慮平擺浮擱柱底、榫卯節(jié)點(diǎn)、斗拱等構(gòu)造的古建模型，其中榫卯節(jié)點(diǎn)采取CFRP布(CFRP，Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固；基于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，認(rèn)為地震作用下，柱礎(chǔ)的摩擦滑移、半剛性榫卯節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及斗拱鋪?zhàn)鲗拥幕剖沟媒Y(jié)構(gòu)模型地震響應(yīng)大幅度減小，滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)計(jì)要求。周乾等[4]采取數(shù)值模擬方法，研究了故宮太和殿在8度罕遇地震(PGA=0.4 g)作用下的抗震性能，認(rèn)為結(jié)構(gòu)因位移過(guò)大可能產(chǎn)生屋頂?shù)敉撸久?jié)點(diǎn)因內(nèi)力過(guò)大可能會(huì)產(chǎn)生拔榫，墻體會(huì)產(chǎn)生倒塌，浮放柱底、榫卯連接及斗拱構(gòu)造均有利于減小地震力作用。Pan等[5]采取調(diào)查分析方法，研究了2015年尼泊爾加德滿都谷地8.1級(jí)地震對(duì)文物建筑的破壞，認(rèn)為當(dāng)?shù)亟ㄖ云鲶w(磚木)結(jié)構(gòu)為主，墻體間分層明顯且有偏心現(xiàn)象，構(gòu)件之間缺乏可靠連接，材料強(qiáng)度低等原因，導(dǎo)致當(dāng)?shù)亟ㄖ毡閾p毀。上述成果為本研究開(kāi)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

作者仍以《單檐歇山式古建筑抗震性能振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)》中的木結(jié)構(gòu)模型[1]為對(duì)象，測(cè)試強(qiáng)震作用下中國(guó)明清官式木構(gòu)古建抗倒塌能力?；诖?，本研究對(duì)已開(kāi)展試驗(yàn)的模型進(jìn)行修復(fù)后，采取振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)手段，采取與原文相同種類、相同作用方向的地震波，開(kāi)展強(qiáng)震作用下中國(guó)木構(gòu)古建抗震性能及震害機(jī)制研究。根據(jù)節(jié)目制作方要求，本試驗(yàn)僅探討中國(guó)官式木構(gòu)古建究竟在何種地震烈度作用下倒塌(抵抗極端強(qiáng)震的能力)，因此采取逐級(jí)增強(qiáng)地震波烈度的試驗(yàn)方法。即地震波強(qiáng)度從PGA=0.1 g(x向，烈度比x∶y=0.85∶1)起，按0.05 g逐漸增加強(qiáng)度，直至模型倒塌(實(shí)際上由于作動(dòng)器能力限制，地震波烈度最終加載到約PGA=1.5 g)。由于沒(méi)有類似試驗(yàn)作為參照，研究人員無(wú)法準(zhǔn)確斷定模型在何種地震烈度作用下倒塌。為避免強(qiáng)震作用下模型可能倒塌并對(duì)測(cè)試儀器造成破壞，因此沒(méi)有進(jìn)行強(qiáng)震作用下模型地震響應(yīng)的數(shù)據(jù)采集，但獲得了大量珍貴的視頻和照片資料。下面對(duì)強(qiáng)震作用下模型的試驗(yàn)現(xiàn)象及典型震害進(jìn)行分析說(shuō)明。

1 試驗(yàn)現(xiàn)象及分析

試驗(yàn)現(xiàn)象顯示，無(wú)論在何種地震烈度作用下，模型的大木構(gòu)架均能保持近似穩(wěn)定的振動(dòng)狀態(tài)。下面結(jié)合視頻及照片資料，對(duì)強(qiáng)震(PGA=1.5 g為主)作用下，模型各構(gòu)造的試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行具體說(shuō)明及分析。

1.1 柱底

柱底在地震作用下的運(yùn)動(dòng)形式表現(xiàn)為搖擺為主，摩擦滑移為輔。其搖擺運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為柱底與柱頂石之間的相對(duì)“開(kāi)合”運(yùn)動(dòng)，但柱底始終與柱頂石接觸，其接觸面積由大到小，不斷反復(fù)運(yùn)動(dòng)。地震結(jié)束后，柱底基本復(fù)位，但與初始位置有少許偏差。柱底在柱頂石上的摩擦滑移很不明顯，表現(xiàn)為地震作用下，在柱底繞柱頂石搖擺過(guò)程中，兩構(gòu)件之間由于擠壓及水平外力作用而產(chǎn)生的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)。地震作用下柱底運(yùn)動(dòng)的視頻截圖如圖1所示。

分析認(rèn)為，柱底作上述運(yùn)動(dòng)的主要原因與柱底—柱頂石之間的構(gòu)造相關(guān)。在故宮官式大木結(jié)構(gòu)古建做法中，柱底與柱頂石的連接構(gòu)造為平擺浮擱關(guān)系。支撐大木構(gòu)架柱子的柱頂石固定在地面，其上表面為平滑，見(jiàn)圖2a。柱子立在柱頂石上后，與柱頂石形成平擺浮擱連接構(gòu)造，見(jiàn)圖2b。這種構(gòu)造不僅避免了柱底插入地下造成的糟朽問(wèn)題，而且有利于對(duì)地震作用產(chǎn)生“卸力”效果，即地震力由柱頂石向上傳遞時(shí)，由于柱底和柱頂石的平擺浮擱連接方式(有很強(qiáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，且水平約束力很小)，其在柱底位置產(chǎn)生的彎矩和剪力很小，避免了柱底產(chǎn)生折斷。同時(shí)，地震作用下，柱底與柱頂石之間的少許摩擦滑移，還可耗散部分地震能量。

圖1 柱底運(yùn)動(dòng)視頻截圖Fig.1 Capture of motion of the column roots

圖2 柱底與柱頂石的連接構(gòu)造Fig.2 Connection constitution between a column root and its base

不僅如此，柱底-柱頂石的平擺浮擱連接構(gòu)造更有利于產(chǎn)生搖擺隔震效果[6]。隔震的機(jī)制在于將地震動(dòng)作用與建筑物通過(guò)特殊部位(主要是基礎(chǔ))隔離開(kāi)來(lái)，使得輸入到建筑上部的地震力迅速減小，甚至避免建筑物產(chǎn)生破壞。本研究中的古建筑在基礎(chǔ)連接部位進(jìn)行了適當(dāng)弱化，放松了上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)交界面處的約束，上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)交界面可以受壓，但幾乎沒(méi)有受拉能力，使得柱底在地震作用下發(fā)生搖擺。這使得在水平地震作用下，上部結(jié)構(gòu)在與基礎(chǔ)交界面處可以產(chǎn)生一定的抬升和復(fù)位，形成自由搖擺結(jié)構(gòu)。由于地震作用，柱底在柱頂石上的反復(fù)抬升和復(fù)位就有利于上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生搖擺運(yùn)動(dòng)。這種搖擺運(yùn)動(dòng)不僅削弱了地震力，而且有利于上部結(jié)構(gòu)避免產(chǎn)生過(guò)大的變形，并最終能夠恢復(fù)到原有位置附近，因而可起到很好的隔震效果。

1.2 柱架

柱架即柱與額枋組成的框架體系。在地震作用下，柱架產(chǎn)生擺動(dòng)，且隨著地震作用增強(qiáng)而表現(xiàn)明顯。各柱架基本保持同步擺動(dòng)，方向一致。這種擺動(dòng)表現(xiàn)為柱架整體在水平面內(nèi)的搖擺，但沒(méi)有產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。其原因在于柱底與柱頂石之間的水平向相對(duì)無(wú)約束狀態(tài)，使得柱架猶如一個(gè)剛體，表現(xiàn)為水平面內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。地震作用下柱架運(yùn)動(dòng)的試驗(yàn)視頻截圖如圖3虛線部分所示。

圖3 柱架搖擺視頻截圖Fig.3 Capture of sway of the column structure

分析認(rèn)為，柱架的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與柱架構(gòu)造密切相關(guān)。其一，柱架的柱底平擺浮擱在柱頂石上，使得水平地震作用下，柱底可產(chǎn)生相對(duì)自由的運(yùn)動(dòng)，柱底位置的內(nèi)力也很小，不會(huì)在該位置產(chǎn)生破壞。其二，柱頂與水平額枋采用榫卯接點(diǎn)形式連接，即柱頂做成卯口形式，而水平額枋端部則做成榫頭形式，插入卯口中。另水平額枋由大額枋、小額枋、由額墊板做成疊加構(gòu)件體系，見(jiàn)圖4。節(jié)點(diǎn)整體截面尺寸較大，這無(wú)疑增加了榫卯節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，減小了榫頭在地震作用下產(chǎn)生擠壓破壞的可能性。上述兩種構(gòu)造特征使得柱架成為一個(gè)近似運(yùn)動(dòng)體系，并通過(guò)搖擺隔震、摩擦擠壓耗能來(lái)減小自身的破壞。

圖4 柱架的柱與額枋照片F(xiàn)ig.4 Photo of a column and tie beams of the column structure

強(qiáng)震作用下，柱子繞柱頂石轉(zhuǎn)動(dòng)，柱架開(kāi)始抬升。由于屋頂質(zhì)量較大，屋頂重量產(chǎn)生的抵抗彎矩大于地震力產(chǎn)生的傾覆彎矩，因而柱架抬升到一定高度后，又能夠回到初始位置，產(chǎn)生自復(fù)位功能。由于在柱架這種抬升—復(fù)位運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，柱底始終與柱頂石接觸(柱架未產(chǎn)生拋起分離)，因而柱架及上部構(gòu)件不會(huì)因?yàn)樽矒舻孛娑a(chǎn)生沖擊內(nèi)力。柱架猶如一個(gè)剛體產(chǎn)生自復(fù)位運(yùn)動(dòng)，柱頭以柱腳為圓心擺動(dòng)，柱腳轉(zhuǎn)動(dòng)支點(diǎn)左右交替變化，屋頂重量則使得柱架復(fù)位，從而出現(xiàn)“高位不倒翁”現(xiàn)象，而柱架在整個(gè)過(guò)程中保持穩(wěn)定狀態(tài)[7]。這種運(yùn)動(dòng)方式相對(duì)于現(xiàn)代結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)固定約束狀態(tài)而言，無(wú)疑增大了上部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)周期，產(chǎn)生隔震效果，且柱架的運(yùn)動(dòng)使得部分地震能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。此外，柱頂?shù)拿谂c額枋端部的榫頭之間也產(chǎn)生摩擦和擠壓，并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)(轉(zhuǎn)動(dòng)及滑動(dòng))。強(qiáng)震作用下，柱腳抬升時(shí)，柱身產(chǎn)生傾斜，與額枋產(chǎn)生相對(duì)變形，榫頭與卯口之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并隨著柱腳抬升幅度增大而表現(xiàn)明顯；柱腳復(fù)位時(shí)，榫頭與卯口之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)逐漸減小，并逐漸恢復(fù)到初始位置附近，榫頭與卯口之間則會(huì)因?yàn)榈卣鹆ψ饔迷蚨a(chǎn)生拔榫，但始終保持連接狀態(tài)[8]。隨著柱架的搖擺，柱頂榫卯節(jié)點(diǎn)不斷進(jìn)行開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，且由于榫卯節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多，其間亦耗散了較為可觀地震能量[9]，有利于減小結(jié)構(gòu)的震害。

1.3 斗拱

強(qiáng)震作用下，坐斗下部的平板枋隨柱架搖擺，且在地震強(qiáng)度增大時(shí)，有局部分離大額枋頂部的跡象，但隨著柱架復(fù)位而很快恢復(fù)到初始位置。對(duì)于斗拱分層構(gòu)件而言，上下各分層構(gòu)件隨著柱架做近似一致的往復(fù)擺動(dòng)(水平面內(nèi))，斗拱構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)不明顯。斗拱層猶如一個(gè)整體，隨著柱架一起往復(fù)搖擺，其擺動(dòng)幅度并不劇烈，見(jiàn)圖5，可反映傳到斗拱層的地震力并不大。

圖5 斗拱運(yùn)動(dòng)視頻截圖Fig.5 Capture of motion of the tou-kung

分析認(rèn)為，斗拱在強(qiáng)震作用下的運(yùn)動(dòng)特性與其構(gòu)造特征及木材彈性密切相關(guān)。從構(gòu)造上講，盡管斗拱由眾多細(xì)小構(gòu)件組成，但是這些構(gòu)件分層有序，搭接牢固。其中，上下層構(gòu)件通過(guò)暗銷連接，同一層構(gòu)件通過(guò)搭扣相接(后文震害分析部分有圖示說(shuō)明)。這種連接方式使得斗拱為一個(gè)較為牢固的組合體。同時(shí)，木材彈性模量較小，使得斗拱各分層構(gòu)件之間有較好的彈性變形及恢復(fù)能力。另斗拱的最下層構(gòu)件即坐斗是通過(guò)暗銷固定在平板枋上，而平板枋則為平擺浮擱在大額枋上，3種構(gòu)件位置關(guān)系的照片見(jiàn)圖6所示。

1. 坐斗； 2. 平板枋； 3. 大額枋圖6 斗拱底部的主要構(gòu)件Fig.6 Components under the tou-kung

強(qiáng)震作用下，由于柱底搖擺隔震及榫卯節(jié)點(diǎn)摩擦耗能，實(shí)際傳到斗拱層的地震力已產(chǎn)生較為明顯的衰減。平板枋層由于與柱頂、大額枋層之間無(wú)水平向約束，因而在地震作用下產(chǎn)生近似分離的運(yùn)動(dòng)，但是由于上部屋頂層傳來(lái)的重量提供的抗傾覆彎矩及其本身截面較小的高寬比[10]，使得這種分離運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)得非常輕微，平板枋層很快復(fù)位，對(duì)上部斗拱層的整體性能影響亦很小。對(duì)于斗拱層而言，傳到該位置的地震力又被分散到不同的構(gòu)件上。然而這些構(gòu)件之間的上下咬合、水平搭扣連接，使得絕大部分構(gòu)件彼此之間的約束作用相對(duì)較強(qiáng)，不足以因地震作用而產(chǎn)生明顯的開(kāi)裂、脫落現(xiàn)象。較好的彈性性能又能使這些構(gòu)件在地震作用下很快復(fù)位。因而在強(qiáng)震作用下，斗拱各構(gòu)件連接緊密，產(chǎn)生整體側(cè)向傾斜-復(fù)位運(yùn)動(dòng)的可能性要大于上下層構(gòu)件間的摩擦滑移；斗拱無(wú)明顯破壞[11]。

1.4 屋頂

屋頂主要包括梁架、望板、椽子及瓦面。強(qiáng)震作用下，屋頂做平面內(nèi)的擺動(dòng)，并有輕微幅度的平面扭轉(zhuǎn)。屋頂質(zhì)量占整個(gè)木構(gòu)架質(zhì)量的80%左右，這對(duì)下部木構(gòu)架的運(yùn)動(dòng)起到主導(dǎo)作用。屋頂各組成部分的運(yùn)動(dòng)保持近似同步，猶如一個(gè)整體(剛體)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，梁架部位未有明顯擠壓聲或開(kāi)裂聲，各構(gòu)件做近似同步運(yùn)動(dòng)，幅度輕微，可反映梁架部位受到的地震力較小；最頂層瓦面未見(jiàn)瓦件松動(dòng)或掉落，瓦頂與梁架同步運(yùn)動(dòng)，可反映瓦件受到的地震力較小。強(qiáng)震作用下模型屋頂試驗(yàn)照片如圖7所示。

圖7 屋頂運(yùn)動(dòng)照片F(xiàn)ig.7 Photo of motion of the roof

分析認(rèn)為，強(qiáng)震作用下屋頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)狀態(tài)與木構(gòu)架連接構(gòu)造相關(guān)。其一，平擺浮擱柱底、榫卯連接及斗拱的構(gòu)造均能在一定程度上削弱地震力[12]，這使得傳到屋頂部位的地震力進(jìn)一步減小。其二，對(duì)于屋頂木構(gòu)架本身構(gòu)造而言，其梁架各構(gòu)件之間通過(guò)搭扣相連接；梁架上部為椽子，椽子用釘子固定在梁架頂部；椽子上部則是望板，望板亦用釘子固定在椽子上。上述不同構(gòu)件的連接關(guān)系見(jiàn)圖8。這種結(jié)構(gòu)使屋面結(jié)構(gòu)成為整體性很強(qiáng)的“曲面板”，整體剛性很大，在地震作用下很難產(chǎn)生破壞。其三，屋面板之上是分層泥背及瓦件，各瓦件與鋪瓦泥之間有較好的黏結(jié)力，足以抵抗地震破壞。其四，模型屋頂質(zhì)量較大，這雖然增加地震時(shí)的慣性力，但它同時(shí)可以增強(qiáng)斗拱的豎向減震能力、柱底的抗滑移能力及榫卯節(jié)點(diǎn)的咬合力，保證了結(jié)構(gòu)的整體性及穩(wěn)定性[13]。另本研究中的屋頂在地震作用下產(chǎn)生輕微的扭擺，其主要原因與歇山建筑屋頂形式有關(guān)。歇山屋頂質(zhì)量分布不一致，前后坡質(zhì)量較大，左右坡質(zhì)量較小，這使得傳遞到前后坡屋頂?shù)牡卣鹆ο鄳?yīng)更大，并帶動(dòng)左右坡屋頂扭擺。

1. 梁架； 2. 椽子； 3. 望板圖8 屋頂?shù)闹饕緲?gòu)件Fig.8 Main timber components of the roof

1.5 墻體

墻體是本研究中唯一產(chǎn)生明顯破壞的構(gòu)造。在PGA=0.2 g左右，墻體即產(chǎn)生倒塌。地震作用下，墻體倒塌視頻截圖見(jiàn)圖9紅線框部分所示，但左右側(cè)墻體非同時(shí)倒塌。除了地震力因素外，左右兩側(cè)墻體施工方式不同亦為主要原因，后文有較為詳細(xì)描述。古建墻體的抗震能力主要通過(guò)磚墻與灰漿之間的黏結(jié)力提供，這種強(qiáng)度普遍較低，因而很容易遭受地震破壞[14]。與木構(gòu)架穩(wěn)定、均勻而又緩慢的擺動(dòng)相比，墻體在地震作用下?lián)u晃明顯，且很快產(chǎn)生倒塌，可反映其抗震性能較差。但是，這并不影響木構(gòu)架整體的抗震性能。墻體倒塌后，木構(gòu)架仍保持穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

圖9 墻體倒塌視頻截圖Fig.9 Capture of collapse of the filler wall

2 震后調(diào)查

強(qiáng)震作用下，本模型并未產(chǎn)生倒塌，體現(xiàn)了中國(guó)木結(jié)構(gòu)古建筑的良好抗震性能。然而，由于地震力很大，古建筑不可避免地要產(chǎn)生不同形式及程度的破壞。以下分別考慮浮放柱底、榫卯節(jié)點(diǎn)、斗拱、額枋-墊板、椽子、墻體等構(gòu)造，對(duì)模型的震害影響進(jìn)行調(diào)查分析。為便于描述，繪出含有各個(gè)柱子位置編號(hào)的模型平面，見(jiàn)圖10。

圖10 模型平面圖Fig.10 Plan view of the model

2.1 柱底偏移

經(jīng)勘察，發(fā)現(xiàn)模型的各柱根在震后大都不能完全回復(fù)到初始位置，而是產(chǎn)生了程度不一的偏移，見(jiàn)圖11。其中，紅線位置為柱根在柱頂石上的初始位置。為便于描述，對(duì)各紅線標(biāo)記進(jìn)行了加粗處理。圖11各柱根產(chǎn)生偏移的情況如下：

1) 點(diǎn)A處柱頂石往南偏移15 mm，見(jiàn)圖11a。A處柱子原有位置，位于模型東南角。震前柱外皮在柱頂石上的紅線位置，柱北側(cè)底部外皮離相應(yīng)柱頂石外皮的距離為60 mm。該尺寸考慮了約柱高尺寸1%的側(cè)腳(無(wú)側(cè)腳時(shí)上述距離為50 mm)。即安裝柱子時(shí)，將該位置柱根向東、南各移動(dòng)了10 mm，柱頂位置保持不動(dòng)，見(jiàn)圖12(左為側(cè)腳前，右為側(cè)腳后)。需要說(shuō)明的是，根據(jù)古建側(cè)腳構(gòu)造做法，所有外檐柱子的柱根都要向外移動(dòng)柱高尺寸的0.7%～1%，使得整個(gè)建筑平面為外八字形狀。如東側(cè)的柱子，其柱根向東移動(dòng)。對(duì)于東、南、西、北四個(gè)角部位置的柱子而言，其柱根為雙向移動(dòng)。側(cè)腳的優(yōu)點(diǎn)在于：降低了古建筑結(jié)構(gòu)整體的重心，同時(shí)各柱子由近似豎向平行體系(易產(chǎn)生瞬間失穩(wěn))轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的三角支撐體系(外檐柱子延長(zhǎng)線有交點(diǎn))。

圖11 浮放柱底震害照片F(xiàn)ig.11 Photos of damages of the free-standing column roots

圖11a的拍照方向?yàn)楸毕蚰?，發(fā)現(xiàn)柱根往南錯(cuò)動(dòng)15 mm(其南側(cè)柱根外皮與柱頂石外皮的距離由40 mm減小至25 mm)。從點(diǎn)A處的震害來(lái)看，結(jié)構(gòu)模型東南角柱根向南移動(dòng)，其產(chǎn)生的原因主要包括2個(gè)方面：1)柱底與柱頂石的相對(duì)摩擦滑移。根據(jù)明清官式木構(gòu)古建的構(gòu)造做法，柱根并非深入地下，而是浮放在柱頂石上。地震作用下，柱架產(chǎn)生搖晃，而柱根則在柱頂石上滑動(dòng)。地震波作用結(jié)束后，柱根與柱頂石產(chǎn)生了一定的摩擦滑移距離。2)大木構(gòu)架的搖晃。從觀測(cè)的試驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)看，地震作用下，尤其是強(qiáng)震作用下，大木構(gòu)架產(chǎn)生整體搖晃。這種搖晃猶如站立的人，其兩腳八字形邁開(kāi)，爾后在外力作用下，左腳抬起(右腳支撐)、左腳落地(右腳抬起)，如此反復(fù)。對(duì)于大木構(gòu)架而言，其已經(jīng)有了八字側(cè)腳構(gòu)造，而柱底又處于純浮放狀態(tài)，在地震作用下產(chǎn)生水平搖晃。然而，由于側(cè)腳構(gòu)造的原因，結(jié)構(gòu)整體重心降低。結(jié)構(gòu)在每次搖晃后，都能回到原始位置附近，猶如不倒翁一般。而結(jié)構(gòu)在回復(fù)到初始位置時(shí)，其柱根不能完全準(zhǔn)確地落回初始位置，因而與初始位置產(chǎn)生了一定距離。

圖12 側(cè)腳示意圖Fig.12 Sketch of the Cejiao constitution

柱根產(chǎn)生滑移或錯(cuò)動(dòng)，偏離了其在柱頂石上的初始位置，使得柱根外皮與柱頂石外皮距離減小，造成了柱根從柱頂石上脫落的潛在隱患(盡管尚未脫落)[7]。由此可知，古建柱根平擺浮擱于柱頂石上時(shí)，其與柱頂石外皮的距離要充足，以保證柱根產(chǎn)生上述運(yùn)動(dòng)的需求。

2) 點(diǎn)D處柱根往北偏移20 mm，見(jiàn)圖11b。點(diǎn)D位于模型的東北角，震前該位置北側(cè)柱根外皮與柱頂石外皮的距離為40 mm(側(cè)腳后)，見(jiàn)圖示紅線標(biāo)記。震后該位置柱根不能完全復(fù)位，使得上述間距減小至20 mm。該震害亦是地震作用下柱根在柱頂石上產(chǎn)生滑移、搖擺的運(yùn)動(dòng)結(jié)果。

3) 點(diǎn)E處柱根往北偏移10 mm，見(jiàn)圖11c。需要說(shuō)明的是，該位置柱根在震前已經(jīng)往南側(cè)腳了10 mm，見(jiàn)紅線標(biāo)記。地震作用下，柱根產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，震后不能復(fù)位，實(shí)際偏移的距離為20 mm。一方面，柱根浮放形式使其易產(chǎn)生偏離初始位置的震害；另一方面，側(cè)腳形成的八字形構(gòu)造有利于結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定，并相應(yīng)避免了該位置柱根產(chǎn)生的過(guò)大側(cè)移，使得震后的柱根仍能立在柱頂石上。

4) 點(diǎn)G處柱根北偏移10 mm，見(jiàn)圖11d。點(diǎn)G位于模型西北側(cè)，該位置柱根側(cè)腳為往西，北側(cè)外皮與對(duì)應(yīng)的柱頂石外皮的初始間距為50 mm(即該位置柱根并未在南北向側(cè)腳)。地震作用下，柱根在柱頂石上產(chǎn)生摩擦滑移及搖晃運(yùn)動(dòng)，震后向北產(chǎn)生偏移10 mm，使得上述間距變?yōu)?0 mm。相對(duì)于以上3處位置的柱根而言，該位置柱根偏移量較小。分析認(rèn)為，該位置柱子南北兩端均有水平拉接體系(額枋)，而點(diǎn)A、點(diǎn)D處柱子在南北向僅有一端受到水平拉接作用，因而其柱根相對(duì)于前者更加容易產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)。

5) 點(diǎn)H處柱根往南偏移20 mm，見(jiàn)圖11e。點(diǎn)H位于模型西北角，震前已考慮側(cè)腳構(gòu)造(柱根往北偏移10 mm)，該位置柱子北側(cè)外皮與對(duì)應(yīng)的柱頂石外皮初始距離為40 mm。地震作用下，柱根在柱頂石上產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。震后柱根與初始位置產(chǎn)生南向偏移，且從立面來(lái)看，H處柱子與G處柱子形成內(nèi)八字形狀，不利于上部木構(gòu)架之間的擠緊，見(jiàn)圖11f。該震害特征可反映浮放柱根復(fù)位的隨機(jī)性。另由于柱頂石平面形狀為圓形，且圓心與柱截面形心重合，因而該特征有利于柱根復(fù)位時(shí)仍落在柱頂石上。

另各柱根在東西向亦產(chǎn)生偏移，但相對(duì)于南北向而言明顯偏小。分析認(rèn)為，其主要原因在于模型南、北兩端有厚重的填充墻。盡管該填充墻不承擔(dān)屋頂傳來(lái)的荷載，但其水平剛度遠(yuǎn)大于木構(gòu)架。水平地震作用下，木構(gòu)架產(chǎn)生東西向運(yùn)動(dòng)時(shí)，要受到填充墻的限制作用[15-16]，其柱架側(cè)移量減小，相應(yīng)柱根側(cè)移不明顯。

2.2 節(jié)點(diǎn)開(kāi)裂、拔榫

柱身與額枋通過(guò)榫卯形式連接。地震作用下，榫卯節(jié)點(diǎn)位置附近易產(chǎn)生不同形式震害，見(jiàn)圖13。

榫卯節(jié)點(diǎn)的主要震害描述如下：

1) A處的穿插枋與柱子相交部位產(chǎn)生裂縫，其中穿插枋榫頭的裂縫貫穿整個(gè)榫頭長(zhǎng)度，縫長(zhǎng)150 mm，縫寬5 mm；柱裂縫長(zhǎng)320 mm，縫寬8 mm，見(jiàn)圖13a。為便于觀察，開(kāi)裂位置用紅色虛線進(jìn)行了標(biāo)注。分析認(rèn)為，這個(gè)裂縫產(chǎn)生的原因在于榫頭與卯口之間的擠壓力過(guò)大。強(qiáng)震作用下，柱架產(chǎn)生比較劇烈的晃動(dòng)。而柱底又是平擺浮擱在柱頂石上，地震作用下，柱底在柱頂石上產(chǎn)生較為明顯的往復(fù)擺動(dòng)(圖14)，伴隨著柱底與柱頂石之間的摩擦滑移。柱底擺動(dòng)時(shí)，其局部會(huì)脫離柱頂石，隨后又由于屋頂重力作用而落回至柱頂石上，期間與柱頂石產(chǎn)生較大的內(nèi)力。這種內(nèi)力上傳至榫卯節(jié)點(diǎn)位置時(shí)，很容易對(duì)榫頭及卯口產(chǎn)生過(guò)大的擠壓力(榫頭與卯口的搭接部位，構(gòu)件截面尺寸遠(yuǎn)小于柱身截面，因而易產(chǎn)生較大應(yīng)力)。

2) B點(diǎn)位置的小額枋與柱子之間產(chǎn)生5 mm的拔榫，見(jiàn)圖13b的虛線框部分。分析認(rèn)為，其主要原因在于榫卯節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。地震作用下，木構(gòu)架產(chǎn)生搖晃。而木構(gòu)架的梁端做成榫頭形式，插入柱頂預(yù)留的卯口中，形成榫卯連接。其中，圖13b中虛線部分的榫卯節(jié)點(diǎn)屬于燕尾榫形式，該形式節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造示意見(jiàn)圖15。榫卯連接的構(gòu)造特征使得地震作用下，木構(gòu)架的搖晃帶動(dòng)榫頭與卯口產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦和擠壓運(yùn)動(dòng)，見(jiàn)圖16。一方面，榫頭與卯口之間的擠壓摩擦可耗散部分地震能量，另一方面，木構(gòu)架變形恢復(fù)后榫頭不能完全恢復(fù)到初始狀態(tài)，或多或少與卯口產(chǎn)生相對(duì)位移，即拔榫。拔榫尺寸在容許范圍內(nèi)時(shí)[17]，榫卯連接仍可視為安全狀態(tài)。但由于地震作用造成的節(jié)點(diǎn)拔榫，仍屬于古建筑震害癥狀之一。

圖13 榫卯節(jié)點(diǎn)震害照片F(xiàn)ig.13 Photos of damages of the tenon-mortise joints

3) D處榫頭底皮與柱頂之間有約5 mm空隙，且其北側(cè)榫頭與卯口之間存在未能完全恢復(fù)的夾角，見(jiàn)圖13c～13d中虛線框部分。分析認(rèn)為，這是地震作用后木構(gòu)架不能完整復(fù)位的結(jié)果。地震使得木構(gòu)架產(chǎn)生搖擺，而D處的額枋與柱子以箍頭榫(圖17)形式連接。地震作用下，箍頭榫梁端的榫頭與柱頂?shù)拿谥g要產(chǎn)生擠壓、摩擦，亦可耗散部分地震能量。這種榫卯節(jié)點(diǎn)形式由于是水平雙向交互拉接，其整體性能要優(yōu)于燕尾榫(單向拉接)節(jié)點(diǎn)，因而在地震作用下產(chǎn)生拔榫的機(jī)率較低。但在地震作用下，柱架產(chǎn)生明顯擺動(dòng)，而柱頂?shù)拿谂c額枋端部的榫頭之間存在擠壓和摩擦(產(chǎn)生內(nèi)力和變形)，這使得榫卯節(jié)點(diǎn)在地震作用結(jié)束后無(wú)法完全恢復(fù)到初始連接狀態(tài)。而當(dāng)震后柱底在柱頂石上存在偏移時(shí)，柱頂位置由于柱身傾斜的原因會(huì)與榫頭產(chǎn)生一定的夾角，且卯口頂部與榫頭底部產(chǎn)生一定距離的空隙。

圖14 柱底搖擺運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.14 Sketch of sway motion of the column root

圖15 燕尾榫節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖Fig.15 Sketch of constitution of the dovetail tenon-mortise joint

圖16 榫卯節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.16 Sketch of motion of the tenon-mortise joint

圖17 箍頭榫構(gòu)造示意圖Fig.17 Sketch of the constitution of the Gutou type of tenon-mortise joint

4) G處額枋榫頭出現(xiàn)水平裂縫，且南側(cè)表現(xiàn)明顯，見(jiàn)圖13e中虛線部分。裂縫寬度均10 mm左右，長(zhǎng)度約180 mm，在柱頂卯口位置開(kāi)裂更嚴(yán)重。分析認(rèn)為，這是額枋端部的榫頭與柱頂上的卯口擠壓所致。圖18為額枋榫頭照片資料圖。由圖可知，額枋榫頭截面尺寸遠(yuǎn)小于額枋其他部位(榫頭截面寬度約為額枋寬度的1/4)。地震作用下，柱架運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)榫頭、卯口之間的摩擦和擠壓運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)使得榫卯節(jié)點(diǎn)位置產(chǎn)生較大的內(nèi)力，而榫卯節(jié)點(diǎn)的截面尺寸相對(duì)較小，非常容易產(chǎn)生局部應(yīng)力過(guò)大，并導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)破壞。從圖13e來(lái)看，榫卯節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出的破壞形式是榫頭出現(xiàn)的水平裂縫。另這種裂縫屬于水平剪切裂縫，其主要原因在于木材的抗剪強(qiáng)度很差[18-19]。古建實(shí)際工程中，也有很多榫頭因剪切強(qiáng)度不足而產(chǎn)生水平裂縫的實(shí)例，如圖19所示的故宮某古建額枋水平裂縫。

圖18 額枋榫頭照片F(xiàn)ig.18 Photo of the tenon of tie beam

5) H處柱頂出現(xiàn)豎向裂縫，裂縫位于柱與穿插枋相交形成的透榫邊界，寬約10 mm，長(zhǎng)約300 mm，見(jiàn)圖13f所示。另透榫節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖見(jiàn)圖20所示。其中，圖20b的紅色區(qū)域?yàn)殚绢^與卯口的接觸截面。該種類型榫卯節(jié)點(diǎn)的榫頭貫穿柱身，并再伸出1/2柱徑尺寸，稱為“大進(jìn)小出”做法[20]。由圖可知，榫頭截面尺寸充足，在地震作用下繞卯口轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不易產(chǎn)生破壞。相比而言，柱身卯口尺寸較小。地震力較大時(shí)，柱架的搖擺使得榫頭對(duì)卯口產(chǎn)生較大的擠壓力，致使卯口位置局部應(yīng)力過(guò)大而開(kāi)裂[21]。地震力繼續(xù)增大，裂縫檐柱身順紋剪切方向擴(kuò)展(木材順紋剪切強(qiáng)度很差)，形成本試驗(yàn)中的震害狀況。

2.3 斗拱偏離、錯(cuò)位

斗拱的震害照片見(jiàn)圖21。

圖20 透榫連接示意圖Fig.20 Sketch of connection means of the Tou type of tenon-mortise joint

圖21 斗拱震害照片F(xiàn)ig.21 Photos of damages of the tou-kung

本研究中，斗拱的主要震害癥狀如下：

1) 圖21a中，B處斗拱的三才升錯(cuò)位約10 mm，見(jiàn)圖中虛線部分。分析認(rèn)為，這與斗拱構(gòu)造特征密切相關(guān)。從構(gòu)造角度講，斗拱由坐斗、拱、翹、升等很多小的構(gòu)件在豎向疊加組成，見(jiàn)圖22。上下層斗拱之間，采用暗銷連接，見(jiàn)圖23中的虛線內(nèi)部分(暗銷主要用于同一豎向平面內(nèi)上下層斗拱連接，上下層相交斗拱連接則以交互搭扣為主)。地震作用下，柱架的搖擺會(huì)帶動(dòng)其上部的斗拱產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。但斗拱構(gòu)件間的暗銷連接使得其猶如一個(gè)整體產(chǎn)生搖擺(以坐斗底為中心)，其分層構(gòu)件之間產(chǎn)生程度不一的摩擦和擠壓，并可耗散部分地震能量[11]。當(dāng)?shù)卣鸩◤?qiáng)度增大時(shí)，分配到斗拱各構(gòu)件的地震力大于暗銷的剪切強(qiáng)度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件之間連接失效，并使得構(gòu)件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。與其他構(gòu)件相比，三才升的截面尺寸較小，且其與下部構(gòu)件(圖21a為正心瓜拱)連接的暗銷截面尺寸要小，很容易首先產(chǎn)生破壞，因而產(chǎn)生較為明顯的往復(fù)摩擦滑移。而地震波作用結(jié)束后，三才升不能完全恢復(fù)到初始位置，因而產(chǎn)生了松動(dòng)及錯(cuò)位。

1. 坐斗； 2. 正心瓜拱； 3. 正心萬(wàn)拱； 4. 正心枋； 5. 翹； 6. 頭昂； 7. 三才升； 8. 十八斗； 9. 二昂圖22 故宮太和殿二層平身科斗拱分層照片F(xiàn)ig.22 Photos of component layers of the tou-kung of the second eave of Tai He Dian

圖23 斗拱上的暗銷Fig.23 Invisible dowels in the tou-kung

2) 圖21b中，D處角科斗拱的廂拱與斜昂連接產(chǎn)生偏離，間隙約10 mm。分析認(rèn)為，強(qiáng)震作用下斗拱產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，而這種運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為斗拱各構(gòu)件之間的摩擦、擠壓和咬合。角科斗拱中，斜昂與拱的連接方式為搭扣(非暗銷)，見(jiàn)圖24。這種搭扣方式使得本研究中的斜昂與廂拱不易相對(duì)摩擦滑移，但會(huì)在搭扣位置產(chǎn)生較大的擠壓內(nèi)力。由于木材彈性模量小、在外力作用下易產(chǎn)生變形，而構(gòu)件榫卯搭扣位置的截面尺寸又很小，造成該位置的壓應(yīng)力較大，很容易因擠壓作用產(chǎn)生變形(尚未發(fā)現(xiàn)明顯開(kāi)裂)，因而出現(xiàn)廂拱與斜昂在震后無(wú)法緊密結(jié)合。

圖24 斜昂與拱的搭扣構(gòu)造Fig.24 Hasp connection between the Xie’ang and Kung

3) C處三才升產(chǎn)生松動(dòng)，與初始位置偏離約5 mm，見(jiàn)圖21c，其產(chǎn)生原因類似于圖21a中的三才升震害。但由圖可知，該位置斗拱并無(wú)明顯震害，可認(rèn)為斗拱基本完好。另A處的角科斗拱在強(qiáng)震作用下保持完好，見(jiàn)圖21d。

可以認(rèn)為，在強(qiáng)震作用下，斗拱構(gòu)件整體的連接是可靠的，盡管構(gòu)件彼此間存在相互擠壓和摩擦，但構(gòu)件之間的暗銷或榫卯搭扣連接以及木材較好的彈性性能使得斗拱構(gòu)件不易產(chǎn)生開(kāi)裂，且斗拱構(gòu)件在強(qiáng)震作用后基本能復(fù)位。此外，斗拱作為一個(gè)整體，盡管由截面尺寸較小的構(gòu)件組合而成，但這些構(gòu)件數(shù)量較多，且能夠不同程度的分擔(dān)外力，因而有利于減小斗拱的破壞[22]。另從耗能角度分析，斗拱屬于組合體系，且并非完全固定在柱頂，因而在地震作用下其各構(gòu)件可產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這有利于耗散部分能量，減小斗拱本身的破壞(將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能)。

2.4 額枋-墊板分離

額枋-墊板體系由大額枋、墊板、小額枋組成的“工字形”截面疊合梁形式，與柱子通過(guò)榫卯形式連接，形成柱架體系。這種疊合梁的連接方式既有利于額枋-墊板體系承受豎向傳來(lái)的荷載，又有利于節(jié)約材料[23]。然而震后勘查發(fā)現(xiàn)：CD段墊板向豎向平面外歪閃約10 mm，見(jiàn)圖25a中的虛線部分。BC段墊板與小額枋產(chǎn)生分離，間隙約10 mm，見(jiàn)圖25b。

圖25 額枋-墊板體系震害照片F(xiàn)ig.25 Photos of damages of the tie beam and its cushion board

分析認(rèn)為，這與額枋、墊板的連接構(gòu)造密切相關(guān)。大額枋、墊板、小額枋在豎向?yàn)榧儻B放關(guān)系，在端部均插入柱頂預(yù)留的卯口中(均為從柱頂卯口中由上往下插入)，見(jiàn)圖26。由圖可知，大額枋、小額枋端部做成燕尾榫頭，與柱頂?shù)难辔裁谛纬煽煽窟B接，該種節(jié)點(diǎn)形式不容易產(chǎn)生拔榫[24]。對(duì)于墊板而言，無(wú)論是截面尺寸還是與柱頂卯口的搭接尺寸，均遠(yuǎn)小于大額枋或小額枋。除此之外，墊板端部并未做成榫頭形式，而是直接插入柱頂預(yù)留的燕尾榫卯口中。這種構(gòu)造缺陷使得墊板端部與柱頂卯口的連接并不密實(shí)。地震作用下，墊板-額枋體系隨著柱架產(chǎn)生往復(fù)搖擺，額枋由于采用燕尾榫節(jié)點(diǎn)與柱頂相連，因而不容易產(chǎn)生拔榫。墊板則上下端與額枋產(chǎn)生擠壓摩擦、左右端則與卯口產(chǎn)生摩擦、擠壓。由于墊板與額枋、柱缺乏可靠連接，在地震作用下，很容易松動(dòng)，并出現(xiàn)歪閃、與額枋分離等震害。

圖26 額枋體系與柱的連接構(gòu)造示意圖Fig.26 Sketches of the connection between the tie beam system and column

2.5 飛椽開(kāi)裂

飛椽即屋頂最外面一層椽子?？辈榘l(fā)現(xiàn)，節(jié)點(diǎn)D位置有2處飛椽在震后出現(xiàn)開(kāi)裂，位置分別為端部與中部，見(jiàn)圖27a中虛線部分表示。分析認(rèn)為，這與飛椽和屋頂其他構(gòu)件的連接構(gòu)造密切相關(guān)。從構(gòu)造上看，屋頂由椽子、望板及望板上部的泥背、瓦件組成。其中，飛椽位于屋頂最外沿，且由檐椽位置向外挑出，形成懸挑結(jié)構(gòu)。與其他支撐瓦件的構(gòu)件相比，飛椽承受屋頂重量更大。屋頂前部除了有瓦壟外，還有貓頭、滴子等構(gòu)件，見(jiàn)圖27b，且相當(dāng)于懸臂梁受力模式。強(qiáng)震作用下，厚重屋頂產(chǎn)生較大幅度擺動(dòng)，并明顯增加了飛椽所受到的荷載。由于飛椽本身的截面尺寸很小，因而受到的內(nèi)力較大，并產(chǎn)生開(kāi)裂破壞。

圖27 飛椽開(kāi)裂照片F(xiàn)ig.27 Photos of cracks on the rafters

2.6 墻體倒塌

強(qiáng)震作用下，模型兩端的山墻均產(chǎn)生了倒塌，見(jiàn)圖28，這亦屬古建震害癥狀之一。但試驗(yàn)顯示，兩段墻體并非同時(shí)倒塌。其中，HD段墻體首先倒塌，AE段墻體后倒塌。分析認(rèn)為，除了地震力作用方向及墻體本身位置不同的原因之外，兩段墻體的施工工藝差別亦為主要原因。首先，由于古建墻體屬于維護(hù)結(jié)構(gòu)，不承受外力作用，因而其施工工藝為墻外皮采用整磚砌筑，而墻芯部分則采用碎磚填充，即“填餡”做法[14]。圖29中故宮某墻體修繕時(shí)的內(nèi)部構(gòu)造照片，可說(shuō)明古建墻體的施工工藝特點(diǎn)。其次，古建墻體的抗震性能主要通過(guò)外皮墻的磚與灰漿之間黏結(jié)力來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種黏結(jié)力非常差，因而地震作用下，墻體很快倒塌。再次，由于施工人員并沒(méi)有完全理解“填餡”施工工藝，在AE段墻體施工時(shí)，其墻芯部分的碎磚仍采用灰漿砌筑(非填塞)，而在HD段墻體施工時(shí)，這種錯(cuò)誤施工工藝得到了糾正，因而結(jié)果使得后者的抗震性能要比前者差。從總體上說(shuō)，盡管強(qiáng)震作用下墻體產(chǎn)生倒塌，但不影響結(jié)構(gòu)整體的抗震性能，木構(gòu)架部分仍基本完好，因而可認(rèn)為本古建筑模型具有“墻倒屋不塌”的抗震能力。

圖28 墻體震害照片F(xiàn)ig.28 Photos of damages of the filler walls

3 結(jié) 論

本研究以中國(guó)明清官式木構(gòu)古建筑之單檐歇山屋頂式木構(gòu)古建為對(duì)象，基于振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，調(diào)查研究了強(qiáng)震作用下古建筑的震害機(jī)制與抗震性能，得出以下結(jié)論：

1) 強(qiáng)震作用下，古建筑表現(xiàn)出來(lái)的主要試驗(yàn)現(xiàn)象包括柱底、柱架及斗拱層做近似同步往復(fù)搖擺，屋頂做平面內(nèi)輕微扭擺，墻體倒塌；木構(gòu)架在振動(dòng)過(guò)程中始終保持較好的整體性。

2) 古建筑在強(qiáng)震作用下的主要震害有柱底偏移，榫卯節(jié)點(diǎn)開(kāi)裂、拔榫，斗拱偏離、錯(cuò)位，額枋-墊板分離，飛椽開(kāi)裂，墻體倒塌等，但承重構(gòu)架整體性能仍保持較好。

3) 中國(guó)明清官式木構(gòu)古建在強(qiáng)震作用下具有良好的抗震性能。