Pesquisa experimental e numérica sobre o comportamento histerético lateral e modelo simplificado de Dou-Gong típicos nas dinastias Ming-Qing

Consultórios de madeira antigos que protegem edifícios contra terremotos

Muitos dos grandiosos portões, salões e torres históricos em madeira da China resistiram por séculos a terremotos. Uma razão fundamental é uma empilhadeira curiosa de blocos e vigas de madeira intertravados chamada Dou-Gong. Este estudo examina de perto como uma família importante desses suportes, das dinastias Ming e Qing, oscila e desliza durante os tremores e como seu comportamento pode ser capturado por um modelo de engenharia simples. Compreender esse “amortecedor” de madeira oculto nos ajuda a preservar melhor edifícios do patrimônio mundial e a projetar estruturas modernas mais seguras inspiradas neles.

Um quebra‑cabeça de madeira com significado social

Dou-Gong é mais que um truque estrutural; é também um símbolo de status. Em casas históricas comuns apenas suportes pequenos e simples eram permitidos, enquanto portões oficiais e salões imperiais exibiam pilhas grandes e ricamente pintadas de blocos de madeira. Os autores concentram‑se nesses Dou‑Gong de nível médio a alto das dinastias Ming–Qing usados em importantes edifícios públicos. Comparados com as versões mais elaboradas da dinastia Song, os Dou‑Gong Ming–Qing são mais esbeltos e compactos, com menos braços em balanço e um caminho mais direto para as forças seguirem do telhado para as colunas e paredes. Essas diferenças sugerem que eles podem responder aos terremotos de maneira própria, em vez de se comportarem como os suportes mais antigos que a maior parte das pesquisas anteriores estudou.

Três tipos de suportes, três posições em uma armação

Os pesquisadores examinaram três disposições típicas de suportes, cada uma ocupando uma posição diferente em uma estrutura de madeira. Um tipo fica entre colunas (DGPS) e não está ligado diretamente a elas. Um segundo tipo repousa sobre o topo das colunas (DGZT) e um terceiro é colocado nos cantos onde duas paredes se encontram (DGJ). A partir de levantamentos de campo cuidadosos em portões e torres históricas em Pequim e Shanxi, a equipe recriou essas três montagens em escala de um terço usando o mesmo tipo de pinho encontrado nos originais. Testaram a resistência básica da própria madeira e então montaram espécimes de suportes que correspondiam de perto às formas históricas.

Agitando os suportes para revelar movimentos ocultos

Os suportes foram montados em uma armação de aço robusta e empurrados para frente e para trás em ciclos lentos e controlados para imitar o movimento sísmico. Pequenos pesos representavam a carga do telhado pressionando de cima. À medida que o deslocamento aumentava, a equipe observou fissuras, separações e falhas e registrou as forças de empurrar e puxar. Todos os três tipos exibiram forte deslizamento entre superfícies de madeira em contato, junto com esmagamento gradual e rachaduras nas fibras de madeira em pontos de contato críticos. As curvas força versus movimento formaram alças que se estreitavam no meio, um efeito chamado “pinçamento”, que indica que partes da estrutura se abrem e fecham durante cada ciclo e que a rigidez se degrada gradualmente. Entre os três, os suportes sobre a coluna (DGZT) e de canto (DGJ) foram melhores em dissipar energia, enquanto o suporte entre colunas (DGPS) manteve mais de sua rigidez, mas dissipou menos energia.

De entalhes complexos a linhas simples

Como um Dou‑Gong real envolve muitos blocos pequenos e superfícies de contato, modelos computacionais detalhados demandam muito tempo e custo para rodar para um edifício inteiro. Para contornar isso, os autores construíram simulações tridimensionais refinadas de cada suporte e então traçaram os principais caminhos internos de “fluxo de força” onde as tensões se concentravam. Eles substituiram a geometria intrincada por apenas algumas vigas e escoras idealizadas, incluindo alguns elementos que não existem literalmente na madeira, mas representam seu efeito global. Atenção especial foi dada a como a madeira comprimida se deforma em torno de cavilhas ocultas, que controlam até onde as peças podem se mover antes de cedêrem. O resultado é um modelo simplificado de vigas que usa uma fração mínima dos recursos computacionais originais—da ordem de poucos por cento dos elementos e nós—enquanto ainda acompanha o comportamento-chave de balanço e deslizamento.

Testando se o atalho realmente funciona

Os modelos simplificados foram então submetidos no mundo virtual aos mesmos deslocamentos usados nos testes de laboratório. Quando os pesquisadores compararam os resultados, descobriram que os modelos enxutos reproduziam a forma geral das curvas experimentais e a maneira como a rigidez caía à medida que o movimento aumentava. Os padrões de tensões altas e baixas nas versões simplificadas também coincidiram com os das simulações detalhadas. Algumas diferenças surgiram em deslocamentos muito grandes, onde defeitos reais da madeira e efeitos complexos de fricção tornam‑se importantes, mas para a faixa mais relevante à avaliação estrutural o acordo foi suficientemente bom para uso prático.

O que isso significa para os edifícios históricos hoje

Para um não especialista, a mensagem principal é que esses suportes de madeira em camadas não são ornamentos frágis; atuam como almofadas incorporadas que permitem que edifícios históricos se movam, deslizem e dissipem energia sísmica sem desabar. Este estudo mostra que mesmo as versões “mais simples” Ming–Qing desempenham esse papel protetor, e oferece aos engenheiros uma maneira compacta de representá‑las em modelos computacionais de edifícios inteiros. Isso torna muito mais fácil verificar a segurança de grandes monumentos em madeira e planejar reparos ou reforços que respeitem seu caráter original.

Citação: Cui, Z., Chun, Q., Yuan, Y. et al. Experimental and numerical research on the lateral hysteretic behavior and simplified model of typical Dou-Gong in Ming-Qing dynasties. npj Herit. Sci. 14, 57 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02340-x

Palavras-chave: Dou-Gong, desempenho sísmico, patrimônio em madeira, arquitetura Ming–Qing, dissipação de energia