古建筑木结构抗震性能研究优秀论文
古建筑木结构抗震性能研究优秀论文
关于国内木结构抗震特性的探讨,整理出木构房屋的特性,研究榫卯节点强化减震的效果,考察木结构抗震能力的研究进展及减震方法,明确木构抗震性能有待深入研究的方向,参照中国汶川地震的破坏情况,归纳其教训,给出改进措施,旨在让木结构在中国更广泛地使用。
关键词:抗震性能;木结构;榫卯
0引言
探寻华夏民族繁衍的根本,依照世代相传的文明习俗,木造建筑是中国古代建筑的重要传承。木造建筑的主要构造方式大致有两种,分别是框架式构造和重型木构造。凭借诸多优越性能,以及其自成体系的构造特点,木造建筑堪称东方建筑文化中的杰出代表,促使在中国沉寂了半个世纪的木造建筑逐渐受到广泛欢迎。我国属于地震频发地区,各类地震灾害造成的惨状引人深思。本文着重探讨木结构古建筑抗震性能研究进展,同时预测木结构在中国未来的发展态势。传统中式木构建筑多采用榫卯节点,这种连接方式兼具半刚性特征,能够有效分散外力,具备一定的抗拉、抗压、抗弯及抗扭性能。地震来临之际,榫卯接头的震动导致它们彼此紧压,反复位移,促使刚性节点转变为活动关节,引发显著的形变,借由以柔胜刚的原理,因而大幅降低了地震对建筑的破坏程度。斗拱构造在中国古代建筑抗震技术中扮演着关键角色,其减震效能远胜于榫卯结合方式。斗拱处于柱体与上层建筑之间,具有传递力量的功能,地震的破坏效果借助斗拱,穿枋等连接部位得以缓解。斗拱具备的弹性特质,在地震强大推力的作用下展现出特殊效用,同时对建筑物的稳固性极为有益。
1木结构房屋的特点
木构架是古建筑中木制承重部分,围墙等附属部分在木结构建筑里仅用于遮挡和分隔空间。木结构的所有部件都通过榫卯方式结合,榫卯结合的弹性和形变能力是结构吸收能量、减少震动的原因爱游戏app官方网站登录入口,因此抗震效果显著。木制房屋有以下几个特点:首先,木结构表现出良好的抗震能力。木材的回弹性能较差,体轻且富有延展性,因而具备显著的复原本领,能够有效抵御骤发外力和循环施加的负荷。木制框架构造包含众多构件和卯榫接点:这些构件与接点共同作用以消解地震能量,并且存在多条途径来疏导地震力的释放。木结构房屋非常节能,而且保温效果极佳:木材的隔热能力远超混凝土和钢材,木材的内部结构是绝佳的隔热材料,因此保温性能很强。建造木结构房屋比使用混凝土和钢材更加节省材料和空间,要达到同样的保温程度,木材的厚度只需混凝土的十五分之一,而只需钢材的四百分之一。它能够快速复原,木材原料可以反复利用,获取材料很便利,并且容易适应各种地域的天气状况,建造过程耗时少而且建造方法简单,方案设计有弹性,维护工作容易,造价不高,经久耐用。
2木结构抗震性能研究
地震发生时榫卯节点结构会从硬朗变为灵活,让原本刚性的连接点变成可以转动的位置,破坏力便从地面开始往上传送,借助木框架里众多的构件和连接点这些辅助的受力路径来减缓地震带来的冲击,等破坏力传到顶部时,地震的威力大多已被底部的构件给消解了,因此造成的损害相当轻微湖南大学的黄曙和尚守平,在湖南西部乡村地区对典型木结构房屋模型实施了振动台测试,研究发现爱游体育app下载官网,当结构自振频率偏低且自振周期偏长时,表明该测试模型得益于木材的韧性以及榫卯等连接方式,导致整体结构刚性不足而柔性有余,这种特性有助于降低地震对结构的影响以及地震产生的加速度。谷军明、缪升等人研究云南穿斗式民居的特色,探讨穿斗式木构架,总结出穿斗木屋架与穿斗木结构围护墙体的减震方法。高大峰、赵鸿铁等通过实验分析木构古建斗拱与榫卯节点的抗震效果。实验数据表明斗拱构造在地震周期性影响下,榫卯节点出现位移形变和弹塑性变化,榫卯结合因蠕变导致松弛,致使结构刚度降低从而削弱了抗震能力,斗拱本就具备减震耗能功能,其原理在于地震发生时连续振动促使铺作(即斗拱)结构层产生弹性形变和摩擦位移。何玲等人归纳了云南省近些年多次强震中乡村木制房屋的受损情况,建议对于承重能力不够的构件,穿枋需穿过木架的每一根立柱,立柱不建议加长(如图1)。对于连接点强度不够的,要加固榫卯的结合,并且将檩木的平头榫改为飞燕榫对接或相互错位拼接(如图2)。对于构造不够稳固的系统,只需增设斜向支撑,同时布置穿枋来强化横向稳固性,便能有效应对相应的抗地震技术需求。前人已阐述过木构抗震特性及应对策略,他们针对这些抗震能力提出了对策,但也存在缺陷,我认为木构体系在地震反复冲击下,榫卯节点会摇摆,导致卯孔变大,进而削弱了榫卯间的摩擦,榫卯失去相互挤压,榫头可能被拔出,结构稳定性受损,最终导致整体坍塌。因此,在增强榫卯结合的过程中,既要维持其稳固性,也要维持其适应性,意大利专家经过测试发现爱游戏ayx官网登录入口,当其他因素相同时,具有较高灵活性的构造比刚性构造更能有效抵御地震,所以规划木质构造物时应当尽量实现刚柔相济,让榫卯节点的可变刚性结合发挥出最优状态。
3木结构房屋抗震存在的问题及未来发展趋势
木材容易腐朽,古建筑中的木结构建造时间很长,因此这些已经建成的木结构房屋的抗震能力受到多种因素制约。古建筑木结构房屋现在多属于历史遗产,必须加强保护,并设法延长其使用时间,使其能够作为历史的见证。为此,我们的研究人员进行了深入的分析和调查,最终得出了以下结论
3.1木结构房屋存在问题
根据调查,受损的木质建筑中,木柱的长度普遍超出三米,而相关标准早已明确,木柱木梁承建的房屋高度不宜超过三米,。因为地震时会产生垂直及水平方向的运动,在持续受力状态下,多数木质古建筑的非承重墙体会出现缓慢变形并导致裂缝。部分建筑因为年代久远缺乏修缮且固定装置不到位,导致一些榫卯结构松动脱落,因此柱基需要通过安装金属部件或其他方法与地基牢固连接,瓦片层面和建筑物局部装饰构件都出现了损坏。
3.2木结构发展趋势
追求健康生活和身心舒缓是现代人普遍的目标,木结构环境是理想的人居选择,木造房屋的抗震能力较为突出,木结构的发展将重点放在小城镇建设上,不过国内森林资源有限,专业人才缺乏,导致木结构行业发展滞后。木结构建筑在我国重新兴盛,并展现出昔日风采,相关学者的研究持续深入,防震技术不断完善,这类建筑必将构成中国建筑史上的一个重要篇章,经过多年努力,我国森林覆盖率已位列全球第五,增加林地面积不仅有助于优化自然环境,还要选育优质树种,提升木材性能,科学利用资源,确保木材得到充分应用,实现可持续发展的目标。森林资源要充分利用,让它们成为永不枯竭的财富,这样木造建筑必定会普及开来。希望可以参考已有的木造资料,总结国内外木造古建的优点,并深入探究如何推广木造建筑,为中国的建筑事业贡献力量。
4结语
对木结构房屋的考察和探究表明,这类建筑尚有诸多提升潜力,榫卯构造是传统木构架学术探讨的核心,其连接点的力学行为和力学模型对传统木构架的稳固性分析具有关键作用。木造建筑在强烈地震时能吸收较少的地震能量,从而显著降低地震造成的破坏,木材具备优异的弹性回弹能力,能够抵御各类冲击载荷和疲劳损伤。木造建筑今后有望在中国建筑界占据核心位置,是一种环境友好且可持续的建筑方式。