地坑窑民居传统营造中的科学性研究

论文摘要

生土窑洞是我国黄土高原地区特有的一种地下建筑形式,历经千年而生生不息。由于生土窑洞本身造价低廉、施工简便、便于取材、冬暖夏凉、在役时间长并且具有良好的抗震性能和防灾减灾的性能,至今仍有数千万人居住在窑洞中。地坑窑民居作为我国传统民居的一种主要形式,是劳动人民数千年来经验的载体,有着自己独特的文化底蕴,是真正意义上的“绿色建筑”、“低碳建筑”。长期以来,地坑窑民居以其冬暖夏凉、节能环保、墙体材料可重复利用的生态优势,以及低成本的造价优势,在我国大部分地区仍然大量存在并一直沿用至今。但是随着城市化进程的发展,人们逐渐的把“弃窑建房”看做是脱贫致富的标志,大部分年轻人都开始在地上建造房屋,逐步摆脱居住窑洞,窑洞数量逐年减少,我国的特色传统民居岌岌可危。为了更好的保护生土窑洞这种珍贵的传统民居,将这种建筑形式在民间形成的宝贵的施工经验、构造参数以及民俗习惯传承并加以保护。本文在实地调研的基础上,搜集整理资料,总结出生土窑洞民间施工过程,运用结构力学的计算方法计算分析施工过程的合理性,并采用有限元方法（ABAQUS）分析民间构造经验数据的科学性,同时通过计算分析挖探讨生土窑洞在役百年而未坍塌的结构原理。在国家“十一五”科技支撑计划项目课题（课题编号：2006BAJ04A02-01）的支持下,本文主要进行了以下几个方面的工作：1、通过实地调研,获得了地坑窑民居常见的结构构件相关尺寸、传统的施工方法和构造做法,为归纳民间营造法则和本文分析模型建立提供参考。2、针对黄土窑洞民居的结构特点,本文采用ABAQUS软件对其进行有限元计算,找出主要受力部位——窑腿的受力规律。分析发现民间普遍采用的窑腿宽度是有限元结果中受力较小的宽度,说明黄土窑洞民居民间的营造技术具有一定的科学依据。3、针对自支撑结构体系中的拱券,运用结构力学的结算方法对其进行模型选择,根据调研当地实际情况施加荷载,找出民间荷载作用下的合理拱轴线,并与民间经验施工条件的曲线相比较,经对比发现经验曲线与合理拱轴线有相重合的部分,再次证明民间营造技术的科学合理性。4、通过实地调研,选择地坑窑的典型局部构造——拦马墙和挑檐进行力学分析,分别对其进行局部和整体抗倾覆分析,用力学知识证明了民间构造的力学合理性,找出地坑窑民居具有良好耐久性的结构原因。5、以地坑窑水循环系统为研究对象,重点阐述地坑窑水循环系统的运行机理,并分析了水循环系统中的水井、集水井、砢台、门洞排水道等各个部位的构造,归纳了地坑窑地区民间水循环利用的全过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 地坑窑民居简介
• 1.1.1 地坑窑民居定义
• 1.1.2 地坑窑民居的构成特点
• 1.1.3 地坑窑民居的发展历史
• 1.1.4 地坑窑民居的优势
• 1.2 地坑窑民居的存在状况
• 1.2.1 地坑窑民居现存处境
• 1.2.2 地坑窑民居的现存状况
• 1.2.3 地坑窑民居的保护
• 1.3 本文的工作
• 2 地坑窑民居传统营造方法
• 2.1 概述
• 2.2 地坑窑居的基本布局和尺寸要求
• 2.2.1 窑院类型的确定
• 2.2.2 窑室的布置
• 2.2.3 窑院的构造尺寸
• 2.2.4 开挖场地的准备
• 2.2.5 定位、放线
• 2.3 地坑窑居的开挖
• 2.3.1 院心的开挖
• 2.3.2 门洞的开挖
• 2.3.3 窑室的开挖
• 2.4 地坑窑居主要部位的施工
• 2.4.1 土体崖面
• 2.4.2 窑隔
• 2.4.3 门洞
• 2.4.4 穿靴与带帽
• 2.5 本章小结
• 3 地坑窑民居的受力分析
• 3.1 地坑窑受力分析模型建立
• 3.1.1 地坑窑分析参数的选取
• 3.1.2 有限元模型边界条件的确定
• 3.1.3 计算模型
• 3.1.4 网格划分
• 3.2 地坑窑受力分析
• 3.2.1 地坑窑整体受力结果分析
• 3.2.2 窑腿受力结果分析
• 3.2.3 拱券受力结果分析
• 3.3 拱券的受力分析
• 3.3.1 拱券的分析模型建立
• 3.3.2 合理拱轴线的计算
• 3.3.3 合理拱轴线与民间经验曲线的比对
• 3.4 本章小结
• 4 地坑窑民居挑檐和拦马墙的营造
• 4.1 概述
• 4.2 挑檐的传统营造及科学性分析
• 4.2.1 地坑窑民居挑檐简介
• 4.2.2 挑檐尺寸的控制方法
• 4.2.3 挑檐营造的科学性分析
• 4.3 拦马墙的传统营造及科学性分析
• 4.3.1 地坑窑民居拦马墙简介
• 4.3.2 拦马墙的类型和建造
• 4.3.3 拦马墙的抗倾覆分析
• 4.4 本章小结
• 5 地坑窑民居的水循环系统
• 5.1 概述
• 5.2 门洞和门洞的排水功能
• 5.2.1 门洞的构成
• 5.2.2 门洞的作用
• 5.2.3 门洞的排水功能
• 5.3 地坑窑院的水井及其作用
• 5.3.1 水井的位置和作用
• 5.3.2 水井的构造
• 5.4 地坑窑院的渗井及其作用
• 5.4.1 渗井的位置和作用
• 5.4.2 渗井的构造
• 5.5 地坑窑院砢台的作用和构造
• 5.5.1 砢台的设置
• 5.5.2 砢台的构造
• 5.6 地坑窑院水循环系统科学性分析
• 5.7 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 个人简历及在学期间发表论文及研究成果
• 致谢