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西部传统夯土民居建筑抗震性能研究

赵西平  
【摘要】:中国西部地区幅员辽阔、民族众多,传统民居风格各异,成为我国建筑中的一朵奇葩,同时也是世界建筑中独特而瑰丽的典范。其中,夯土墙民居由于在就地取材、经济适用、热工性能、施工方法、地域风格等方面的优势,应用仍占有较大的比重。但是夯土墙民居抗震问题在当今自然灾害频发的西部成为一个难以克服的困难。本文围绕中国传统夯土民居建筑的抗震性能展开研究,主要研究内容如下: 对传统民居的组成和聚落发展进程进行归纳和描述。在我国传统房屋中,院落阶前的空地即为庭院,而宅舍一般都有一个院落。论文详细介绍了院落、庭院和宅舍的含义、功能和组成形式。阐述了传统民居中主要承重体系墙体的类型,详细介绍了石材墙、木材墙、砖墙、土墙和其他墙体的类型、做法和特点。传统民居的屋顶造型与构造是最丰富,也是最有魅力的部位。因此,论文还对传统民居木构架的发展过程、结构体系和构造形式进行了评述。 对夯土墙民居的抗震构造策略进行了研究。通过对一般墙体土的物理力学性质进行研究,分析了不同掺合料对土体最佳含水量、收缩变形性能、粘结力和墙体防水措施的影响,提出了相关指标值和构造做法。通过对几种新型抗震墙体,包括新型现浇石膏土坯环保墙、秸秆砖建筑、编笆生土木结构墙等,进行研究和分析,提出了上述新型墙体的原材料、构造组成和建筑做法等。并结合我国西部的地域特点,通过对新疆、云南和陕南地区传统生土民居墙体的抗震构造措施进行研究和分析,提出了墙体抗震构造的改进措施。 以我国地震发生频繁及夯土墙使用较多的云南、新疆两地为实例,通过震害调查与分析,总结了夯土墙-木构架民居在建筑和结构方面存在的问题,对结构的破坏形态及震害程度进行了分析,并从概念设计、抗震构造措施和施工质量等方面,提出了夯土墙-木构架民居建筑抗震性能的改进措施。 以6个夯土墙试件为研究对象,对素土墙、灰土墙和草土墙分别在单调荷载和反复荷载作用下的破坏过程和破坏形态、承载力、变形性能、延性、刚度以及滞回曲线等进行了研究。试验研究表明,夯土墙在单调荷载和反复荷载作用下均发生剪切破坏,三种墙体的荷载位移曲线、骨架曲线变化规律相似,且承载力相近,但草土墙的延性系数要稍低一些;灰土墙的极限刚度要大于素土墙和草土墙;素土墙的耗能能力最好,灰土墙次之,草土墙的耗能能力最差。反复荷载作用下的极限荷载约为单调加载时的81%~85%。可以借用砌体结构抗剪承载力的计算公式和抗震承载力计算公式,作为夯土墙抗剪承载力与抗震承载力的计算公式,计算结果表明,得到的计算值和试验值符合较好。 以陕南地区的夯土民居结构形式特点为原型,设计了两个“U”型夯土墙片模型,并进行了振动台试验(一个为未加固模型,另一个为加固模型)。通过对两个模型墙体的试验结果进行对比分析,验证了加固措施的有效性及其对模型墙体在动力特性、加速度反应和位移反应方面的作用。试验研究结果表明,加固措施能显著提高模型墙体的整体性,进而提高其在地震荷载作用下的稳定性。分析结果还表明,夯土民居经过合理的加固之后,能满足我国抗震设防的要求。


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