江南地区传统木构建筑风振性能研究

摘要

以木材为主要建筑材料的我国传统木构建筑，经历七千余年繁衍发展出缜密完整的木结构体系，而江南地区的传统木构建筑对我国古建筑的发展历程起到不可替代的推动作用，现存的江南地区古建筑遗构具有重要的科学、艺术和文化价值，是探索我国传统木构建筑的宝贵实例。但江南地区尤其是我国东南沿海一带，屡屡遭受强风甚至台风的侵袭，本就为数不多的江南地区传统木构建筑遭受风灾损毁的新闻屡见不鲜。因此，为了更科学地保护江南地区传统木构建筑不受风灾侵袭，本文以我国江南地区传统木构建筑，主要是宋元和明清时期的木构建筑为研究对象，对其进行体型系数模拟及风振响应研究。 本文首先对江南地区宋元时期遗构金华天宁寺大殿和明清时期遗构南京鼓楼城楼的结构进行深入剖析，并以此为切入点对我国江南地区传统木构建筑通过木构架结构形式特点、平面布置特点、屋顶形式和做法及其与北方传统木构建筑的对比等几方面进行梳理和总结。 然后以天宁寺大殿和鼓楼城楼为例对江南地区传统木构建筑进行数值模拟得到体型系数：在CAD中建立天宁寺大殿和鼓楼城楼的几何模型导入前处理软件ICEM中划分网格，利用CFD软件FLUENT对其风场进行数值模拟，利用后处理软件Tecplot和CFD-POST相结合提取数值模拟结果，得到其风场流动情况、木构表面的风压分布特性、表面平均风压分布系数以及结构的风荷载体型系数。 最后以天宁寺大殿和南京鼓楼城楼为例对江南地区传统木构建筑进行风振性能研究：利用MATLAB编译基于AR模型的随机脉动风速时程程序，并生成风压时程。利用有限元软件SAP2000建立江南地区传统木构建筑的有限元模型，施加风压时程进行时程风振响应分析，得到了结构的模态、位移、应力和加速度谱等结果，并将时程风压作用下结构的风振系数与根据荷载规范计算得到的风振系数进行对比分析。研究结果可为江南地区宋元至明清时期的传统木构建筑日常维护、保养及修缮提供理论依据，同时也可以为日后类似结构形制的仿古木构建筑的抗风设计提供指导。

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