我国古建筑抗震篇

1、如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!我国古建筑抗震篇 中国古建筑从总体上说是以木结构为主，以砖，瓦，石为辅发展起来的，从建筑外观上看，每个建筑都有上，中，下三部分组成，上为屋顶，下为基座，中间为柱子，门窗和墙面。 古建筑的结构 中国古代木结构，主要有三种形式。 1、井干式 即是以圆木或方木四边重叠结构如井字形，这是一种最原始而简单的结构，现在除山区林地之外，已很少见到了。井干式结构房子 2、“穿斗式” 是用穿枋、柱子相穿通接斗而成，便于施工，最能抗震，但较难建成大形殿阁楼台，所以我国南方民居和较小的殿堂楼阁多采用这种形式。1 / 161如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!穿斗式结构

2、房子 3、“抬梁式”（也称为叠梁式） 即在柱上抬梁，梁上安柱（短柱），柱上又抬梁的结构方式。这种结构方式的特点是可以使建筑物的面阔和进深加大，以满足扩大室内空间的要求，成了大型宫殿、坛庙、寺观、王府、宅第等豪华壮丽建筑物所采取的主要结构形式。有些建筑物还采用了抬梁与穿斗相结合的形式，更为灵活多样。 2 / 162如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!抬梁式结构房子 我国古建筑的抗震性能 在我国古代建筑中，有不少经历多次强烈地震仍然完好无损的，这是中国乃至世界建筑史上抗震的奇迹。柔性框架、台基隔震、斗拱承托、榫卯连接，这是木结构古建筑的抗震机理。 房屋类木结构古建筑从下到上分为台基层、柱框层

3、、铺作层及屋盖，其中木框架承受结构绝大部分荷载作用，而墙体只起分割和围护作用。3 / 163如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!木框架分层示意图1、古建筑所用的建筑材料的抗震作用 木材属于柔性材料，材质匀而具有耐拉耐弯和富有弹性，在地震过程中，木材能很好地吸收和消耗地震能量，并且具有较强的恢复变形能力，在水平地震作用下可以产生较大的侧向变形而不致断裂破坏。4 / 164如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!2、古建筑结构的抗震防震作用1）木结构古建筑物在外型上常采用长宽比小于2:1的矩形或近似正方形，这就使建筑物的质量和水平刚度随高度的变化而比较均匀。规则对称的平面布置方式使建筑物的

4、质心与建筑物的刚度中心最大程度地重合，极大地避免了建筑物在遭受地震作用时，由于建筑物的质心与刚心不重合而造成的扭转效应对墙体的剪切作用。2）木结构房屋的结构骨架是一个由木柱、木梁组成的框架结构，梁与柱的节点实际上是一种半刚性、半铰接节点，柱底直接搁置于石质基础上，或者直接嵌入基础的凹槽，或将木柱做成浅榫与基础连接。 木框架起承担和传递屋顶全部荷载的作用，而墙体仅起维护空间的作用。在地震作用下，梁柱榫卯连接处摩擦滑移耗能，而柱底转动滑移减震，形成良好的隔震消能结构体系。3）木结构房屋中，结构构件的联结均采用榫卯联结，虽然榫卯削弱了木构件的承载面积，使结点处的承载力有所下降，但古建筑结构中材料余度

5、很大，削弱后的木截面面积仍足以承受较大荷载，从而充分利用了半刚性接头的柔性。榫卯联结不仅改变了结构的特性，而且在地震中由于榫卯接触面的摩擦，耗散了地震能量，相当于在节点处安装了阻尼器，从而减小了结构的地震响应。5 / 165如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!榫卯构件3、古建筑整体上的抗震作用 建筑上，有的是以多根圆柱承重，当地震力作用于建筑时，圆柱之间会产生缓冲力，从而使建筑不致因地震突然袭击而遭到破坏。有的是采用多层框架，它近似于现代建筑的圈梁，是一种很有效的加固防震T-段。有些在斗拱和梁柱之间，为多组三角形，当地震力用于建筑物时，便会分散到若干小三角形体上，使地震力不集中在某一点上

6、。6 / 166如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!斗拱芦山震中的百年老屋，天津蓟县独乐寺，山西应县木塔等我国许多古代建筑都成功地经受过大地震的考验，千百年来均经历过多次地震仍然傲然屹立。古建筑为何能抗震？它们又是怎么抗震的？7 / 167如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!绝招一：古建筑的台基堪称整体浮筏式基础 我国古代很少建造平面复杂的建筑，主要采用长宽比小于21的矩形。规则的平面形态和结构布局有利于抗震。传统建筑往往是中间的一间（当心间）最大，两侧的次间、梢间等依次缩小面宽，这样的设计非常有利于抵抗地震的扭矩。 中国古代建筑一般由台基、梁架、屋顶构成，高等级的建筑在屋顶和梁柱

7、之间还有一个斗栱层。中国古代建筑的台基用现代结构语言描述，堪称“整体浮筏式基础”，好比是一艘大船载着建筑漂浮在地震形成的“惊涛骇浪”中，能够有效地避免建筑的基础被剪切破坏，减少地震波对上部建筑的冲击。中国传统建筑的梁架一般采用抬梁式构造，在构架的垂直方向上，形成下大上小的结构形状，实践证明这种构造方式具有较好的抗震性能。优雅的大屋顶是中国古代传统建筑最突出的形象特征之一，而且对提高建筑的抗震能力也做出过相当的贡献。形成大屋顶（尤其是庑殿顶、歇山顶等）需要复杂结构和大量构件，大大增加了屋顶乃至整个构架的整体性；庞大的屋顶以其自重压在柱网上，也提高了构架的稳定性。绝招二：斗拱 斗拱是中国古代建筑抗

8、震的又一位重要“战士”，在地震时它像汽车的减震器一样起着变形消能的作用。它是由若干斗形的木块和弓形的短枋木相互交接组合而成的构件，用在柱头顶或额枋之上，起着承托梁架和出挑屋檐的作用。当地震发生时，屋顶与柱之间的若干组内外檐斗拱像弹簧层一样起着变形消能的作用，从而大大减少了建筑物的破坏程度。历史上，很多带斗拱的建筑都能抵御强烈地震，比如山西大同的华严寺，在没有斗拱的低等级附属建筑被破坏殆尽的情况下，带斗拱的主要殿堂仍能幸存，充分说明了斗拱对抗震的贡献。斗拱但能起到“减震器”的作用，而且被各种水平构件连接起来的斗拱群能够形成一个整体性很强的“刚盘”，按照“能者多劳”的原则把地震力传递给有抗震能力的

9、柱子，大大提高了整个结构的安全性。绝招三：榫卯是抗击地震的关键8 / 168如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 除了这些较显著的手法外，中国古代传统建筑中还使用了大量的其他技术措施，这些措施是古建筑抗震的关键。比如榫卯的使用，榫卯是极为精巧的发明，我们祖先早在7000年前就开始使用，这种不用钉子的构件连接方式，使得中国传统的木结构成为超越了当代建筑排架、框架或者刚架的特殊柔性结构体，不但可以承受较大的荷载，而且允许产生一定的变形，在地震荷载下通过变形吸收一定的地震能量，减小结构的地震响应。还有如柱子的生起、侧脚等技法降低了建筑的重心，并使整体结构重心向内倾斜，增强了结构的稳定性；柱顶、

10、柱脚分别与阑额、地袱以及其他的结构构件连接，使柱架层形成一个闭合的构架系统，用现代术语来说，就是形成上、下圈梁，有效地制止了柱头、柱脚的移动，增强了建筑构架的整体性。梁架系统通过阑额、由额、柱头枋、蜀柱、攀间、搭牵、梁、檩、椽等诸多构件强化了联系，显著增强了结构的整体性；柱子与柱础的结合方式能显著地减少柱底与柱础顶面之间的摩擦，进而有效地产生隔震作用；在高大的楼阁中，如独乐寺观音阁、应县木塔等，都在暗层中设有斜撑，大大强化了构架对水平冲击波反复作用的抵抗能力；在外檐柱间设置较厚的墙体，起到现代建筑中“剪力墙”的作用诸如此类，举不胜举，大到建筑群体的布局处理，小到构件断面的尺寸设计，处处都展示出

11、古代工匠们在抗震设计方面的知识和匠心。墙倒屋不塌的穿斗木构架民居 (曲哲)【按】前两天（2014、10、7）发生在云南普洱的6.6级景谷地震以其相对较小的伤亡很快淡出公众的视野。不论从所公布的震级还是震源深度的角度来看，景谷地震都应该比鲁甸地震具有更大的破坏性，但为何前者造成的伤亡远远小于后者？云南省地震局给出的解释基本靠谱（云南省地震局局长皇甫岗8日表示，7日晚发生的景谷6.6级地震人员伤亡较小的主要原因是当地房屋结构好、植被覆盖好、人口密度小。7日21时49分普洱市景谷县发生6.6级地震，震源深度5千米，目前造成1人遇难、324人受伤。此次地震震级高，波及范围广，是景谷县有历史记录以来震级

12、最高的地震，大理、德宏、昆明等多地震感明显，但人员伤亡相对教小。对此，皇甫岗解释说，景谷当地的民房多为穿斗木质结构，抗震性能强；此外，当地生态环境好，森林覆盖率超过70%，致使地灾较弱；加之人口密度小，所以伤亡相对同等级地震较少。据资料记载，滇西南地区同等级的地震烈度普遍比滇东要低一度。“这与滇西地区是花岗岩坚硬基底有关。”皇甫岗举例说，1988年11月6日澜沧耿马7.6级地震烈度与2014年8月3日昭通鲁甸6.5级地震相同。）。其中与结构工程有关的，是两地民居形式的不同前者多为穿斗式木构架，后者则多为砌体或土坯房。因此翻出去年芦山地震后写的一些关于穿斗式木构架的震害调查的文章与资料，简单汇总

13、如下，希望有助于大家对穿斗式木构架有更深入的认识。 我国传统木结构房屋可基本分为“抬梁式”和“穿斗式”两种。抬梁式木构架多用于宫殿庙宇和北方民居，是我国传统木结构的主流，但实际上已经成为一种“死亡了的形式”。穿斗式木构架则以其轻巧而简洁的结构布置成为我国南方木结构民居的主要形式，并且仍然在被大量应用于我国西南山区，如川西、川南、云南西南山区等地。 穿斗式木构架的特点可总结为“穿枋过柱，斗成房架”，即以贯穿柱截面的穿枋将横向柱（包括内柱、檐柱和瓜柱 ）连接成一排架子，檩子直接支承于柱头，而不用梁。川南地区的穿斗式木构架民居多采用隔柱落地的形式，即内柱与瓜柱间隔布置，形成“三柱两墩”或“五柱三墩”

14、的格局。在内柱外侧往往各布置一根檐柱，如下左图所示。在结构纵向，采用斗枋和纤子将各榀横向木构架连接在一起。在纤子上皮直接铺设木楼板，形成第二层空间，如下右图所示。围护墙也是穿斗式木构架民居的重要组成部分。建房时先立木构架，再建填充墙。10 / 1610如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 年代较为久远的传统木构架房屋往往以木板墙作为隔墙和围护墙。这种墙体与木构架之间连接可靠，自身变形能力大，往往破坏非常轻微甚至没有可见的损伤。与之相比，年代较近的木构架房屋则大量采用120mm甚至60 mm厚的砖墙作为填充墙，其变形能力小，侧向易失稳，很容易倒塌。砖墙与木构架之间连接锚固困难也是砖墙易倒的

15、原因之一。当地常见的连接方法如图3-14所示，即将钉在木柱中的钉子埋置于砖墙的砂浆层中，为砖墙提供拉结。在很多情况下连如此简易的拉结措施都没有。 从某种意义上说，穿斗式木构架虽然可以有效承重，但并非有效的抗侧力体系。这与含砌体填充墙的钢筋混凝土框架或钢框架结构有本质的区别。后者本身不但承担全部竖向荷载，而且是主要的抗侧力体系，可有效地抵抗从多遇地震、强风至罕遇地震等不同等级的侧向作用。 相比之下，带砖墙的穿斗式木构架与钢支撑框架更加相似。在钢支撑框架中，钢框架承担全部竖向荷载，但抗侧刚度较小，难以满足多遇地震等侧向作用下的侧向位移要求；钢支撑则不承担任何竖向荷载，仅为结构提供抗侧刚度和承载力，

16、是必不可少的结构构件。带砖墙的穿斗式木构架也是这样的双重结构体系。它由承重的木构架和抗侧的砖墙两部分并联而成，如下图所示。由于砌体填充墙对于控制整体结构在正常使用状态下的侧向位移有必不可少的作用，宜将其作为结构构件看待。但与砌体结构不同，这里的砌体填充墙不承受竖向荷载，砌体墙的倒塌不会立即导致整体结构倒塌。因此砌体填充墙在整体结构中属于“次要结构”。与之相对，木构架则为“主体结构”。 10 / 1610如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 2013年芦山地震中，穿斗式木构架民居的震害可分为木构架本身的震害和填充墙的震害两部分。木构架本身的震害以柱脚滑位、榫头脱出和木构架纵向整体倾斜等为主

17、，在芦山地震的木构架震害中仍属少数（如下图）。而最主要的震害表现为砌体填充墙的开裂与倒塌。 对芦山地震灾区的三栋具有不同类型填充墙的典型穿斗式木构架民居进行现场脉动测试，以把握其动力特性。所选取的三栋典型民居位于四川省芦山县双石镇双河村茨竹坡组，位于芦山地震的VIII度区。三栋民居彼此相距不超过100米且地形相似，房屋规模也比较相近，在当地具有很强的代表性。三者的结构布置下图所示。三者最主要的区别在于填充墙的形式。其中，结构A的砌体填充墙在芦山地震中受损严重，已完全拆除，木构架在四角用四根斜放的圆木作临时支撑。据当地人介绍，即使是新建的穿斗式木构架，其本身抗侧刚度极小，在砌筑填充墙之前若不作临

18、时支撑将发生过大的歪斜，影响使用甚至可能危及安全。结构B的年代相对较久，在房屋首层采用木板墙作为填充墙，二层为半开敞空间，用于储物与晾晒。在结构B正立面局部有少量砖墙。结构C中的填充墙均采用实心砖砌筑。但这些砖墙在芦山地震中有所损伤，刚度可能有所下降。但具体下降的程度已无法评估。 11 / 1611如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 以结构纵向的基本周期为例，不含填充墙而仅有木构架的结构A的基本周期平均值为0.74秒，平均阻尼比分别约为2.8%和5.2%。与之相比，带有填充墙的结构B和结构C的基本周期远小于结构A。在结构纵向，二者的平均自振周期均为0.09秒。可见，不论是木板墙还是砖墙，对穿斗式木构架房屋的自振周期均有非常显著的影响。填充墙是穿斗式木构架民居抗侧刚度的主要源，是其结构体系中不可缺少的部分。 对芦山县双石镇的民居建筑的破坏情况进行抽样调查。所调查区域如下图所示，为随机选取。并没有刻意选 择震害较重或较轻的区域。对所选区域内的房屋逐一调查，以确实其破坏等级。砌体结构（根据是否设置构造柱，分为约束和非约束两类）和穿斗木构架的调查结果如下下图所示。13 / 1613如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!13 / 1613如果您需要使用本文