单檐歇山式木构古建抵抗强震分析

为更好地保护我国古建筑,采取振动台试验与数值模拟相结合的方法,研究了单檐歇山类屋顶在强震作用下的抗震性能。制作了一个十等材木结构模型,构造包括平摆浮搁柱底、榫卯连接、斗拱、单檐歇山式梁架、瓦顶等部分。通过对模型输入水平双向的1940年El-centro波,且考虑地震波峰值为PGA=1.3g(x向),分析了极端强震作用下不同构造的试验现象,开展了详细的震后调查,获得了不同构造在极端强震作用下的抗震性能和震害机制。基于数值模拟手段,从理论上进一步探讨了极端强震作用下模型的抗倒塌性能。结果表明:极端强震作用下,我国明清官式木构古建的振动形式表现为柱架、斗拱、梁架及屋顶的近似同步往复摇摆;承重木构架受损不严重,结构未产生倒塌;数值模拟结果与试验现象基本吻合,且反映不同构造的有利影响。因此,我国明清官式木构古建在极端强震作用下具有良好的抗震性能。     

歇山屋顶式木构古建抗震构造研究

基于某单檐歇山屋顶式古建模型搭建的技术要点,分析浮放柱底、柱架、斗拱、屋架、屋顶、墙体等构造,对结构整体抗震性能的影响.基于对模型开展的振动台试验,进一步探讨上述构造的有利影响,结果表明,柱底与柱顶石之间的摩擦滑移可产生隔震效果,柱架构件的榫卯连接、斗拱层均可产生减震效果,屋架高宽比及厚重屋顶有利于结构的整体稳定,屋顶在地震时会产生局部扭摆,墙体有利于减小中低烈度地震作用下木构架的晃动幅度.     

罕遇地震作用下故宫太和殿抗震性能研究

为有效评估故宫太和殿结构的抗震性能,对其开展罕遇地震作用下的有限元分析。基于榫卯节点、斗拱、柱础平摆浮搁等构造特征,考虑柱-填充墙之间的接触关系,建立太和殿结构的非线性有限元分析模型。通过响应谱分析,研究8度罕遇地震作用下,太和殿结构内力及变形的总体分布特征;通过时程分析,得到太和殿结构典型节点的内力及变形响应曲线,进一步评价了太和殿的抗震性能。结果表明:8度罕遇地震作用下,太和殿墙体易产生受力破坏,明间屋顶部位变形较大,但木构架整体完好,可满足"墙倒屋不塌"的要求;此外,柱础平摆浮搁、榫卯节点、斗拱等构造有利于减小太和殿结构的地震作用响应。     

墙体参与工作的木构架古建筑抗震分析方法

针对木构架古建筑抗震分析中常忽略维护墙体作用的问题,进行了墙体与木构架的构造特征、力学性能和布置方案对整体结构抗震性能的影响分析。基于地震灾害统计资料,归纳了墙体与木构架的损伤特征,及其对古建筑总体震害程度的表述方法。运用动力特性现场实测和有限元分析方法,研究了墙体对古建筑基本周期和地震作用的影响程度。研究结果表明,木构架古建筑中的墙体对结构的整体抗震刚度有较大的贡献;包括墙体模型的基本周期与实测基本周期较为接近;而忽略墙体模型的基本周期显著大于实测基本周期,且计算的地震作用值偏不安全。根据古建筑抗震鉴定要求,并考虑砖砌墙体的脆性,提出了基于位移控制的、包括墙体微裂和开裂工作状态的木构架古建筑三阶段抗震分析方法。     

夏河5.7级地震藏式木构架房屋震害分析

具有"内不见土,外不见木"特点的藏式木构架房屋在甘南地区应用广泛,在夏河5.7级地震中,部分藏式木构架房屋产生不同程度的震损破坏。通过开展震害调查发现,藏式木构架房屋震害主要表现为外围护墙体的开裂、歪闪和倒塌;木柱间填充墙与木构架脱开、墙体开裂;部分屋面与外围护墙体连接处瓦片掉落、衬板和椽子断裂掉落;少数房屋木构架卯榫连接轻微脱开,个别房屋倒塌破坏。房屋震害分析表明,其震害规律主要表现为震害程度大体随烈度升高逐渐加重;具有抗震构造措施的藏式木构架房屋震害程度明显轻于同地区无抗震构造措施的藏式木构架房屋;同一烈度区的不同村落藏式木构架房屋震损程度差异较大。基于对藏式木构架房屋抗震构造和破坏机理的深入剖析,针对其建筑结构体系和震害特点,给出了灾后重建建议,对震区房屋重建和今后甘南地区此类房屋灾害预防有重要的参考价值和指导意义。     

中国抗震古建筑

中国古建筑是以木构架为骨干，柱梁承重，墙壁、门窗仅做围护，并不负担屋顶的重量。榫卯结构是中国古建筑中特有的弹性框架结构，榫卯的出现是中国建筑史上的一个伟大创举。中国古建筑的这种木构架，下有立柱、上有梁桁，在梁桁与立柱之间的过渡部分运用“斗拱”构件，这种构件全面运用榫卯技术，使出檐向外远伸，利用木材的柔性材性，达到很好的抗震性能。我国民间有一句谚语，叫做“墙倒屋不塌”，形象地说明了这个结构的原理。     

紫禁城古建筑的传统防震方法

位于北京市中心的紫禁城(故宫博物院前身)拥有世界上规模最大、保存最完整的木结构古建筑群。在历史上遭遇数百次地震但仍然保持完好,体现了其良好的抗震构造。研究表明,紫禁城古建筑基础为分层叠加的灰土基础,且掺入有利于抗震的黏性材料;柱底平摆浮搁在柱顶石上,可产生滑移隔震效果;梁与柱采取榫卯节点形式连接,可产生摩擦耗能效果;斗拱分层叠加,可耗散部分地震能量;梁架低矮,既可避免大尺寸梁截面的使用,也可避免其在地震作用下产生倾覆。     

秦氏旧宅厅堂木构架体系动力性能分析

为了保护现存文物建筑并对其进行维修设计,以秦氏旧宅厅堂木构架建筑为研究对象,建立有限元模型并进行动力性能分析。采用模态分析探讨木构架体系的动力特性,对木构架进行罕遇地震作用下的动力时程分析。结果表明:结构第1阶振型的自振周期为2.112 7 s,体现木构架建筑的长周期特性;纵向刚度小于横向刚度;节点刚度对结构振动模态影响显著;随着梁架层高度的增加,各梁架层的位移峰值随之增大;各梁架层加速度峰值随着梁架高度增加有减小的趋势,层间动力放大系数均在1左右;榫卯连接起到耗能减震的作用,其中七架梁层处的榫卯结构耗能效果最为显著;所得研究成果可为同类木构架体系的保护、修缮提供技术支持。     

古建筑木结构的结构性能研究综述

台基、柱脚的平摆浮搁、梁柱节点的半刚性榫卯连接、柱架的生起和侧脚、梁端的雀替、枓栱铺作层以及“大屋盖”等特殊的营造技术,以及水平地震作用下古建筑木构架良好的自复位性能,使得古建筑木结构能历经千百年保存至今。在分析古建筑木结构发展背景和营造特点的基础上,综述了国内外对古建筑木结构木材材性、台基层、柱架层、枓栱铺作层、屋盖层的力学性能,整体结构抗震性能以及修缮加固等方面的研究现状,综合各研究方法和研究内容,指出了目前古建筑木结构结构性能研究领域中存在的问题和尚未涉及的方面,为古建筑木结构结构性能的进一步深入研究以及古建筑的保护提供参考。     

芦山7.0级地震穿斗木构架房屋震害特点及原因简析

穿斗木构架在川西地区民居房屋中应用广泛,在四川省芦山"4·20"7.0级强烈地震中部分房屋震损破坏。对此开展震害调查,结果表明,穿斗木构架房屋震害主要表现为屋面堆瓦、落瓦及少数椽子连接的破坏;砌体围护墙与木构架脱开破坏、墙体开裂、歪闪和倒塌;少数房屋的木构架出现了榫卯脱开、构件折断等破坏,个别房屋倒塌破坏。穿斗木构架房屋平均震害指数分析表明,其震害规律主要表现为震损程度大体随烈度升高而逐渐加重;平均震害程度轻于同地区的砖混结构房屋;相同烈度区,不同房屋的震害程度差异性较大。     

铺作层布置对古建筑木结构抗震性能的影响#br#

古建筑木结构中斗栱形制及补间铺作斗栱的布置有清晰的历史演变规律。为研究斗栱的尺度从大到小、补间铺作的斗栱数量由少到多的变化对古建筑木结构抗震性能的影响,以饶益寺大佛殿和保国寺祥符殿的铺作层布置为参照,设计出4种不同铺作层布置的数值模型,并对其进行地震作用下的动力时程分析,研究不同铺作层布置的模型在不同地震激励作用下柱脚、普拍枋顶面、斗栱顶面的加速度和位移反应。研究结果表明：在水平地震作用下,柱脚、普拍枋顶面、斗栱顶面的加速度依次减小。当斗栱的尺度减小后,铺作层对地震动加速度的衰减作用降低,侧向变形能力也减小。当斗栱的尺度不变,布置数量越多、布置越规整,铺作层对地震动加速度的衰减作用越强,柱架层及铺作层的侧向变形也减小。在强震作用下,斗栱的尺度减小后,额枋榫头及馒头榫处的应力虽均有增大,但馒头榫处的应力增加更明显。     

广府古建筑木结构箍头榫节点抗震性能研究

为研究广府古建筑木结构中广泛采用的箍头榫节点的抗震性能，以梁截面高度、柱直径、梁榫宽和柱顶轴压力为研究参数，设计制作了8个缩尺节点试件进行低周反复荷载试验，得到了不同研究参数下箍头榫节点试件的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、承载力退化、刚度退化及能量耗散能力等。研究表明：各箍头榫节点试件转角达到0.1rad时，仍可维持稳定的承载状态，其承载力退化不明显，具有较好的承载性能以及良好的延性。试件的破坏形态包括柱内侧梁榫顶部(或底部)顺纹拉裂破坏、柱外侧梁榫竖向劈裂破坏和水平劈裂破坏；各节点的弯矩-转角滞回曲线均呈反Z形，且有明显的“捏缩”现象；在试验设计参数范围内，节点的转动刚度、极限弯矩和耗能能力均随着梁截面高度和柱直径的增大而增大，并随着梁榫宽的增大呈现出先增大后减小的趋势，一定范围内改变柱顶轴压力对试件抗震性能影响不大。采用有限元软件ABAQUS建立了箍头榫节点模型，并与试验进行了对比验证，结果表明该模型可较好地模拟反复荷载作用下的节点滞回性能。通过参数分析进一步研究了不同参数下箍头榫节点的弯矩-转角曲线，结果表明节点的屈服弯矩和极限弯矩基本与梁截面高度、柱直径大小呈线性正相关关系。     

华电集团华中总部基地主楼抗震性能设计

华电集团华中总部基地主楼的两个塔楼在顶部8层(47~54层)连为一体,为"门"形复杂连体超限高层建筑。结构存在楼板不连续、刚度和承载力突变、构件间断、局部不规则等5项不规则项。对主楼进行了抗震性能分析,确定了结构构件抗震性能目标。对主楼进行了小震静力弹性和弹性时程分析、中震和大震等效弹性分析及大震弹塑性时程分析,重点对比了单塔模型与整体模型统计的力学和变形指标的差异、加强层及连体桁架屈服情况,验算了墙肢受力状态,并根据分析结果采取相应的抗震措施,抗震性能达到预期的性能目标C类要求。最后针对地下室顶板开大洞、连体层楼板受力性能、结构抗连续倒塌等做了专门的计算分析与构造设计,结果满足要求。     

低层坡屋面房屋风荷载特性风洞试验研究

对低层双坡屋面和四坡屋面建筑进行了风洞试验研究,考虑了屋面形式、屋面坡度、来流方向和挑檐长度等不同因素对屋面风压分布的影响,分析了屋面平均和脉动风压系数的分布特性。结果表明,0°风向角（来流垂直吹向屋脊）、屋面坡度为30°时,迎风屋面屋檐及屋脊附近形成较高负压,迎风屋面风压系数呈环状分布;屋面坡度为15°时,迎风屋面风压系数呈阶梯状分布。屋面体型系数受风向角、屋面坡度和屋面形式的影响较大：0°风向角、双坡屋面模型中,15°屋面坡度迎风屋面体型系数为30°屋面坡度的2.76倍;四坡屋面模型中,15°屋面坡度迎风屋面体型系数为30°屋面坡度的228倍;背风屋面体型系数受屋面坡度的影响较小;0°和45°风向角下,对于15°和30°屋面坡度,当屋面坡度相同,屋面形式由双坡改为四坡时,迎风屋面的体型系数绝对值有所增大,屋面更容易受力破坏,但对背风屋面的影响较小。     

带叠层桁架转换层高层建筑结构整体模型振动台试验研究

上海裕年国际商务大厦为带巨型叠层桁架转换层的高层建筑结构,属于复杂高层建筑结构。预应力混凝土叠层转换桁架的跨度和其所承受的竖向荷载均很大,是整个结构设计和施工的技术关键。为了研究该结构的整体抗震性能,进行了一个1:25 缩尺模型的振动台试验,研究了模型结构的动力特性,以El Centro波、Pasadena波和Shw2002波为输入地震波,分别按设防烈度7度多遇、基本、罕遇、超罕遇以及8度罕遇、超罕遇地震作用进行试验,研究了模型结构在各阶段地震作用下的加速度、位移和应变反应,以及结构的破坏形式和破坏机理。试验结果表明,模型结构能满足7度抗震设防的“小震不坏”和“大震不倒”的设计要求,8度超罕遇地震作用下结构仍不倒塌,结构具有良好的抗震性能。在7度多遇、基本以及罕遇地震作用下,预应力混凝土叠层转换桁架基本处于弹性状态。图15表4参7     

上海世博会中国馆结构弹塑性时程分析

上海世博会中国馆东方之冠建筑造型和结构体系独特,结构为复杂大跨大悬挑钢-混凝土混合结构,主体结构为四个混凝土筒体,上部楼屋面采用混凝土梁板体系、型钢梁-混凝土板梁板体系和钢桁架梁-混凝土板梁板体系。由于上部结构悬挑较大,结构1阶振型为扭转振型,不满足现行建筑抗震设计规范的要求。采用NosaCAD2005有限元程序建立整体结构分析模型,压弯构件采用纤维截面模型,墙体采用非线性平板壳单元,以反映构件非线性复杂受力情况。通过7度多遇和7度罕遇烈度下的弹塑性时程分析,研究了该结构的变形、内力、破坏情况的发展历程。计算结果表明,小震情况下,结构构件未出现损坏;大震情况下,结构最大层间位移角满足1/100的限值要求,筒体构件损坏顺序和分布较为合理,能在一定程度上耗散地震输入能量。出现塑性铰的杆件未超过极限承载能力,结构可以满足"小震不坏"、"大震不倒"的抗震设防要求。最后根据构件的受力或损坏情况,给出了设计改进建议。     

Seismic behavior of tall buildings using steel–concrete composite columns and shear walls

For the seismic design of tall building structures, the behavior under severe earthquakes should be carefully considered and the upper limit of inter‐story deformations are often defined by the design codes. To improve the performance of structures under severe earthquakes, composite structural members, including steel reinforced column and steel plate reinforced shear wall, are often adopted. In the present work, the seismic behavior of tall buildings using steel–concrete composite columns and shear walls is investigated numerically. Fiber beam–column element models and multilayer shell models are adopted to establish the finite element model of structure, and the material nonlinearities are described by the plasticity and damage models. The accuracy of the developed models is verified by the experimental results of a single shear wall. Systematic numerical simulations are performed for the tall building structures subjected to different earthquakes. The comparative study indicates that the nonlinear redistribution of internal forces plays a very important role for the performance of tall buildings under severe earthquakes.     

北京地区典型砖木结构农宅抗震加固性能研究

根据北京地区农村住宅调研结果,选取最典型的砖木(前檐砖柱支撑)结构,进行了加固前后的振动台试验。针对北京地区农村住宅砖木结构(砖柱支撑)未加固模型的振动台试验结果,提出了抗震加固措施,包括:加设钢筋混凝土窗框,增大前纵墙的抗侧刚度;采用水泥砂浆面层加固两面山墙、砖柱和窗下墙,提高墙体的承载和变形能力;加设钢圈梁,提高结构的整体牢固性。分析了模型加固前后振动台试验的损伤情况、频率和阻尼、加速度动力系数、位移和滞回曲线等结构动力特性参数。上述加固措施显著提高了此类砖木结构农宅的抗震能力,加固模型达到了"小震不坏、中震可修、大震不倒"的抗震设防目标。     

清式硬山墀头的设计与施工技术

清式硬山建筑山墙在檐柱以外的部分现均叫做墀头。墀头分为上、中、下三个部分。本文通过介绍墀头尺寸的确定；盘头、戗檐的设计；墀头设计举例；盘头、戗檐的加工及砌筑；墀头内侧（腮帮）做法等，全面讲解了清式硬山墀头的设计与施工技术。     

钢-混凝土组合框架-核心筒结构设计研究

本文介绍了8度抗震设防区的北京LG大厦塔楼钢-混凝土组合框架-核心筒结构的设计研究和相应的节点构造。核心筒是整个结构的主要抗侧力构件,为了改善核心筒剪力墙的延性,设计中在核心筒四大角及纵横墙交点处设置钢骨柱。同时,为了提高承托楼面桁架的剪力墙联系梁的非弹性变形能力,沿核心筒y向联系梁内设置了型钢,与钢骨柱组成暗框架,加强了核心筒的整体性。弹塑性动力时程分析结果表明了这种结构体系具有较好的抗震性能,计算结果与模型的振动台试验结果非常吻合。振动台试验结果表明,在8度罕遇地震作用下,核心筒边缘构件和底部框架柱均没有发现钢筋压屈、混凝土崩落现象;核心筒与外围框架两者间能很好地协同工作;核心筒内的暗钢柱提高了楼面钢梁端部锚固能力,钢梁与混凝土墙之间的连接没有发现破坏现象,但值得注意的是梁端测得的应变较大,这种现象反映了梁(桁架)的端部即便是接“铰接”处理,仍然存在地震作用产生的约束弯矩,设计中应给予足够的重视。计算分析和试