滎陽(yáng)秦氏舊宅堂樓結(jié)構(gòu)及抗震性能研究.pdf

1、滎陽(yáng)秦氏舊宅是河南傳統(tǒng)合院式民居典型代表之一，代表當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)建筑的特色和地域文化，是河南省重點(diǎn)文物保護(hù)單位，具有重要的文化、歷史和藝術(shù)價(jià)值。秦氏舊宅堂樓磚木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)體系營(yíng)造和概念設(shè)計(jì)的特點(diǎn)彰顯傳統(tǒng)建筑的科學(xué)合理性，且室內(nèi)冬暖夏涼的特點(diǎn)符合現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)理念，值得深入研究并汲取合理之處指導(dǎo)現(xiàn)代設(shè)計(jì)。
　　作為傳統(tǒng)民居建筑的代表，秦氏舊宅堂樓歷經(jīng)百年仍保存完好，和河南同類民居建筑共同闡釋中原傳統(tǒng)文化的特色，這些有價(jià)值的遺產(chǎn)為后人留下研

2、究樣本。然而經(jīng)過(guò)數(shù)百年的風(fēng)雨及各種原因造成的破壞，使得傳統(tǒng)民居在處于超齡服役階段繼續(xù)破壞的可能性大大增加，在受損狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的安全性已不能保證，大量的傳統(tǒng)民居建筑亟需修復(fù)和維護(hù)。以磚木兩種材料營(yíng)造的磚木結(jié)構(gòu)在歷次地震中表現(xiàn)不佳，屋蓋及墻體出現(xiàn)不同程度的破壞，嚴(yán)重的甚至倒塌，加上秦氏舊宅堂樓的剛度分布特點(diǎn)和磚木連接構(gòu)造的特殊性，其抵抗地震作用的能力受到極大挑戰(zhàn)。
　　因此以河南傳統(tǒng)民居的代表秦氏舊宅堂樓為研究對(duì)象，進(jìn)行結(jié)構(gòu)及抗震性能研

3、究，分析其受力變形規(guī)律，并探討結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)是十分必要的。在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充目前建筑領(lǐng)域的研究成果，同時(shí)為秦氏舊宅合理的修繕改造及保護(hù)開發(fā)奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而為河南其它傳統(tǒng)民居的保護(hù)提供技術(shù)參考。
　　本文在“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（課題編號(hào):2013BAL01804）的指導(dǎo)及滎陽(yáng)市旅游和文物局的支持下，主要進(jìn)行了如下工作:
　　(1)通過(guò)實(shí)地調(diào)研對(duì)秦氏舊宅堂樓結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，了解該類傳統(tǒng)磚木結(jié)構(gòu)民居結(jié)構(gòu)體系及營(yíng)造特點(diǎn)的科學(xué)合

4、理性，并分析堂樓現(xiàn)狀及殘損破壞產(chǎn)生的原因，探討河南同類傳統(tǒng)民居的保護(hù)需求。
　　(2)根據(jù)測(cè)繪獲得房屋的基本尺寸，建立有限元模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，得到正常使用條件下的受力變形特點(diǎn)。分析結(jié)果表明，底層縱墻中部、縱橫墻交接處、梁架與墻體交接部位、門窗洞口處、磚拱樓蓋跨中及拱腳是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，容易在這些部位首先發(fā)生破壞?；诜治鎏岢鱿鄳?yīng)的維修建議，為秦氏舊宅維修設(shè)計(jì)提供參考。
　　(3)對(duì)秦氏舊宅堂樓有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，得到結(jié)構(gòu)

5、的自振頻率和振型特征。結(jié)果表明，結(jié)構(gòu)橫向抗側(cè)剛度弱于縱向，且扭轉(zhuǎn)效應(yīng)明顯;第一振型沿結(jié)構(gòu)橫向，且縱墻頂部振動(dòng)突出;磚拱樓蓋隨結(jié)構(gòu)整體振型振動(dòng)，但局部振動(dòng)附加剪力對(duì)墻體的影響仍需考慮;屋蓋整體剛度弱于墻體，其振動(dòng)顯著會(huì)造成支撐墻體的破壞。
　　(4)為了解結(jié)構(gòu)布置對(duì)動(dòng)力特性的影響，對(duì)樓蓋布置形式不同的有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析。分析結(jié)果表明:樓蓋對(duì)于保證結(jié)構(gòu)剛度和完整性有重要作用，需對(duì)現(xiàn)存樓蓋破損的房屋進(jìn)行完整性修補(bǔ);盡管木樓蓋與墻體連

6、接較弱，但能起到和磚拱樓蓋相同的作用，限制縱墻的平面外變形;結(jié)構(gòu)的固有周期隨著木樓板剛度的增加而增大，但扭轉(zhuǎn)明顯的特點(diǎn)沒(méi)有得到改善，結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性受平立面布局影響較大。
　　(5)沿結(jié)構(gòu)縱橫兩方向輸入地震波，進(jìn)行罕遇地震作用下的時(shí)程分析，探討地震作用下結(jié)構(gòu)抗震性能。結(jié)果表明:第三層縱墻出現(xiàn)了明顯的變形集中且裂縫開展嚴(yán)重，頂層是結(jié)構(gòu)薄弱層;屋蓋梁架與墻體連接部位、縱橫墻交接處、底部墻體、門窗洞口及磚拱樓蓋拱腳出現(xiàn)較多開裂。