中国木结构古建筑的概念设计思想及抗滑移倒塌性能研究

论文摘要

中国现存的木结构古建筑有的已有百年乃至近千年的历史,大都经历了地震及自然风化的影响,至今仍然保存完好,表现出了良好的结构特性。研究其内在的概念设计思想及抗倒塌性能不仅可为现代工程设计提供参考,而且对古建筑的保护有重要意义。通过对木结构古建筑在设计方法、建筑体型、结构体系、各个竖向分层(台基层、柱架层、铺作层及屋盖层)的形制构造等方面的分析探讨了其概念设计思想。研究发现,宋代“材”截面3：2的高宽比为“圆中取方”时使构件抗弯强度最大的合理整数比值,按照“材份”制进行的构件选型满足了强度需要,而且有很大富余；结构平面选型具有规则性、对称性和均匀性,有利于抗震；结构的小高宽比、竖向收进以及厚重屋盖具有较强的结构意义；由榫卯连接的木构架结构是一个几何构造稳固、具有多重隔震结构层次及空间整体性的优秀抗震体系；地基中添加柔绳以及采用糯米拌合石灰的做法以及柱与础石间的平摆浮搁式连接具有隔震作用；用榫卯节点连接的木构架具有半刚性的特点,具有很强的耗能能力,柱架中“生起”、“侧脚”的做法具有特殊的结构作用,柱间斜撑的设置,可保证建筑结构的整体稳定,提高侧向刚度,并且在地震作用下能够传递纵横向水平力,在应对地震方面具有很重要的贡献,柱与额枋之间设置的“丁头棋”、“绰幕枋”、“雀替”以及“金红”等构件在加强节点刚度方面具有重要作用；铺作层起着层间阻尼器的作用,具有较强的隔震减震能力；屋盖的构造使其在抗倾覆、防止屋盖与柱架之间的滑移及抗风方面具有积极意义,而且叠梁是一种“替力梁架”通过简化的动力学模型对柱脚滑移引起的结构落架机制进行了研究,列出了其在水平地震激励下的运动方程,求出了在均值为零的两次过滤Gauss白噪声过程下的地震激励下柱脚的相对最大滑移量。引入了柱脚滑移倒塌的判决条件,通过宋式和清式柱径尺寸的对比,结果表明：在1000gal的水平地震加速度下,柱脚最大滑移量也不会超过柱顶古镜的半径,不会发生因柱架滑出础石而造成的倒塌破坏,说明了木结构古建筑柱脚平置于础石之上的做法使其具有良好的抗滑移倒塌的能力,即便是在遭遇特大地震时,结构仍然不会发生滑移倒塌破坏。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究的历史与现状
• 1.2.1 木构古建筑营造技术的研究
• 1.2.2 木构古建筑结构力学特性及抗震性能的研究
• 1.2.3 结构概念设计及倒塌机理研究
• 1.2.4 有待解决的问题
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 参考文献
• 2 木结构古建筑的概念设计思想
• 2.1 概念设计概述
• 2.1.1 概念设计的定义及分类
• 2.1.2 结构概念设计的成果
• 2.1.3 结构概念设计的主要依据
• 2.2 中国古代木结构建筑概论
• 2.2.1 木构古建筑的类别
• 2.2.2 木构古建筑的基本特点
• 2.3 古代木结构建筑的设计方法
• 2.3.1 《营造法式》中的"材份"制
• 2.3.2 《工程做法则例》中的"斗口"制和"檐柱径"制
• 2.4 木结构古建筑的结构选型
• 2.4.1 建筑体型
• 2.4.2 结构体系
• 2.5 木构古建筑竖向分层与构造措施
• 2.5.1 地基基础
• 2.5.2 柱架
• 2.5.3 铺作层
• 2.5.4 屋盖系统
• 2.6 本章小结
• 参考文献
• 3 古建筑木结构的倒塌机理研究
• 3.1 木结构古建筑可能的几种倒塌机制
• 3.2 各种倒塌机制的分析
• 3.3 柱脚滑移倒塌机制
• 3.3.1 柱脚滑移倒塌的力学模型
• 3.3.2 地震动模型
• 3.3.3 最大滑移量的求解
• 3.4 木结构古建筑的抗滑移倒塌性能
• 3.4.1 柱脚滑移倒塌的判决条件
• 3.4.2 宋式和清式建筑的柱径尺寸
• 3.4.3 木构古建筑的抗滑移倒塌能力分析
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 4 结论与展望
• 4.1 本文得出的主要结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 附录
• 附录1:攻读硕士学位期间发表及投递的学术论文
• 附录2:攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 附录3:攻读硕士学位期间参与申报的国家专利