传统民居木构架体系结构性能的研究.pdf

原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者:虽望缎吼2014年4月l。日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授权郑卅I 大学口J-以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时,第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者:易趁缎眺 2014年4月l。日摘要摘要传统木构架建筑是指以木构架为主体承重结构,土或砖墙做围护与分隔结构的一类建筑物。这类建筑是中国古建筑的一种主要结构形式,历史悠久、体系独特,具有材性优良、取材方便、形式多样、加工方便、造价经济等显著优点,与中国传统的农根文化、自给自足的思想意识及生活方式相契合,在我国的传统民居建筑中应用极为广泛。木构架建筑独特的建筑风格与设计手法也体现了中华民族的伟大智慧,是我国悠久文化遗产的重要组成部分。传统木构架建筑虽然具有诸多优势,但大多数建筑建造时代久远,建筑材料在长期的环境侵蚀下耐久性大大衰减,而且传统民居多由当地工匠凭借经验修建,没有完整的设计图纸与相关单位监管质量安全,其结构本身存在不合理的地方,导致现存传统民居均出现不同程度的损坏。目前,新农村建设快速发展,新材料、新技术不断引进,人们的生活质量不断提高,弃旧迁新,使大量传统民居处于无人管理或不断破坏的状态,因此对它们的保护迫在眉睫。为了从结构安全性角度指导传统民居的保护与修缮,传承乡土文物建筑的营造工艺,本课题组基于国家“十二五”科技支撑计划项目(2013BAL0lB04) 的支持,并在河南省荥阳市文物保护中心的委托下,对豫中地区的一处典型古民居宅院秦氏旧宅进行实地调研与维修设计。本文选择秦氏旧宅的厅堂为研究对象,对其结构特点进行理论分析与有限元数值模拟,得到结构在不同工况下的变形规律及受力特点,探讨了结构的结构性能,分析了结构的薄弱部位,并简单提出修缮方法。具体研究工作如下: (1)通过测绘、访谈、拍照等对方式对秦氏旧宅实地调研,获得该宅院的全面资料。针对秦氏旧宅厅堂木构架体系的结构特点,本文从结构形式、构造做法、残损现状等方面进行详细阐述,并从力学角度做简单理论分析,探讨其构成的科学性与合理性。(2)根据秦氏113宅厅堂的实测数据,利用梁单元及半刚性单元建立三维整体有限元模型。在自重及雪荷载作用工况下对结构进行静力分析。结果表明, 端屋架易发生歪闪,檩条、明问金柱及七架梁是受力关键构件,梁柱节点、檩条跨中、檩条与梁架搭接处、檩条与檩条搭接处为薄弱部位,易出现劈裂、弯摘要垂、拔榫、外滚等现象,失效时直接影响结构的安全可靠。(3)为得到厅堂木构架的同有振动特性及动力参数,本文对结构进行了模态分析。分析结果表明,,】27s,体现木结构的长周期特性;结构纵向刚度比横向刚度较弱,应予以加强。(4)本文建立对比模型探讨了节点刚度、屋面刚度对结构振动模态的影响, 结果表明节点刚度对结构振动模态影响显著,尤其是对第l阶振型,加强檩条问的榫卯连接对纵向刚度加强效果明显;而厅堂屋面本身刚度较大,变更其屋面刚度对结构模态影响很小。(5)为研究木构架的抗震能力,本文采用完全瞬态分析法对结构进行了时程分析。结果表明,在罕遇地震作用下,梁架位移较大,随着梁架层高度的增加,梁架位移峰值随之增大,檐步举架较高于一般做法,导致抱头梁与七架梁层问位移较大,该部位易发生拔榫现象。(6)各层梁架在罕遇地震作用下的加速度响应表现为:加速度峰值随着梁架层高度的增加有减小的趋势:梁架层层问动力放大系数均在1左右,榫卯连接起到耗能减震的作用,其中七架梁层耗能效果最为显著。关键词:木构架建筑;秦氏旧宅;静力分析:动力时程分析;修缮 Abstract Abstract Traditional timber frame construction refers to akind ofbuilding which the wooden丘ame asthemain structure,while thesoil or brick walls asthe external envelope and separate