宋《营造法式》殿堂构架地震作用下弹性抗侧移刚度研究

摘要

中国古代木构架房屋具有良好的抗震性能，其中凝结了长达数千年间古代的建筑工程经验与智慧。这种“干架”结构有别于现代刚接杆系结构，其结构受力分析尚不能直接套用现代框架结构计算方法。已有的研究，通过缩尺模型试验，回归分析，拟合出类似于现代钢筋混凝土框架结构的动力学方程，尚未能揭示出符合古代设计思想及技术水平的基本原理。从古代房屋结构的设计、建造方法入手，探寻其本源的科学原理，一方面可以为古代建筑的安全性能评价找到一般性的方法，另一方面，古为今用，可以为现代工程建设带来新的启迪。
　　本文在深入研读《营造法式》的基础上，对古代殿堂结构的构造做法、结构特性进行分析归纳，重点关注:木柱与石础的平面直顶连接，柱与额枋的榫卯连接，柱架的“侧脚”及“生起”以及枓栱铺作的传力特性。同时研究“多刚体——干架”结构的动力方程，并通过理论解析，得出了柱额榫卯柱架的弹性抗侧移刚度与枓栱的弹性抗侧移刚度。
　　研究发现，柱架的弹性侧移变形包括柱与额枋所形成的门式刚架的弹性变形，榫颈的弯折变形，柱架层具有很大幅度的滑动位移，包括柱脚平面摩擦滑移，榫卯间隙滑移;结合已有试验，在较大地震作用下，结构弹性变形占全部位移振幅的14％左右，其余约86％的位移主要为柱脚滑移与干架构件间的缝隙挤进张合。
　　铺作层数是殿堂构架铺作层用于控制侧移变形以及对大屋盖进行隔震、消能的主要手段，枓栱由四铺作（一层）增至五铺作（两层），铺作层抗侧移刚度明显减小，同时可控的转动侧移幅度增大;而由七铺作（四层）增至八铺作（五层）刚度减小已不明显，这正与《营造法式》中规定的铺作只有四至八铺作相吻合。
　　与以往的试验研究结果对比，本文所得出的殿堂构架在微震激励下的弹性自振周期与敲击试验实测值吻合;在此基础上，进一步推论得出，古代殿堂结构在较大地震作用下，弹性侧移变形很小，主要借助房屋在础石水平顶面上发生整体滑移来隔震、消能;对于“多刚体——干架”结构，其主要是借助上部结构的重量在水平接触面上形成的摩擦力与不影响结构安全的机动滑移成功抵御水平地震作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究觋状

1．2．2 国外研究现状

1．3 本文主要内容

第二章 古建筑木结构构造特点

2．1 抬梁式木结构

2．2 殿堂结构的基本组成

2．3 材份制

2．4 本章小结

第三章 殿堂构架的结构特性

3．1 结构平面布置

3．2 结构立面布置

3．3 夯土台基

3．4 柱架

3．5 侧脚和生起

3．5．1 侧脚

3．5．2 生起

3．6 榫卯

3．7 料棋铺作

3．8 梁架

3．9 本章小结

第四章 殿堂构架的弹性抗侧移刚度

4．1 柱架层的弹性抗侧移刚度

4．1．1 柱架的计算模型

4．1．2 柱架弹性抗侧移刚度计算

4．2 料拱铺作层的弹性抗侧移刚度

4．2．1 料拱的力学简化模型

4．2．2 铺作弹性抗侧移刚度计算

4．3 殿堂构架的动力方程

4．4 弹性自振周期验证

4．4．1 弹性自振周期的计算

4．4．2 弹性自振周期的对比分析

4．4．3 殿堂构架的自振周期

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表的论文