荥阳秦氏旧宅堂楼结构及抗震性能研究.pdf

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1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterStudyonStructuralandSeismicPerformanceofHallbuildingofQin’SOldDwellinginXingyangByRenjieWeiSupervisor：Prof．LipingTong一StructuralEngineering一SchoolofCivilEngineering一April2014原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不

2、包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：专摹百二蠢日期．2⋯年4月10日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或

3、成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：楫百二盎日期：2。14年4月1。日摘要摘要荥阳秦氏旧宅是河南传统合院式民居典型代表之一，代表当地传统建筑的特色和地域文化，是河南省重点文物保护单位，具有重要的文化、历史和艺术价值。秦氏旧宅堂楼砖木结构房屋结构体系营造和概念设计的特点彰显传统建筑的科学合理性，且室内冬暖夏凉的特点符合现代建筑设计理念，值得深入研究并汲取合理之处指导现代设计。作为传统民居建筑的代表，秦氏旧宅堂楼历经百年仍保存完好，和河南同类民居建筑共同阐释中原传统文化的特色，这些有价值的遗产为后人留下研究样本。然而经过数百年的风雨及各种原因

4、造成的破坏，使得传统民居在处于超龄服役阶段继续破坏的可能性大大增加，在受损状态下结构的安全性已不能保证，大量的传统民居建筑亟需修复和维护。以砖木两种材料营造的砖木结构在历次地震中表现不佳，屋盖及墙体出现不同程度的破坏，严重的甚至倒塌，加上秦氏旧宅堂楼的刚度分布特点和砖木连接构造的特殊性，其抵抗地震作用的能力受到极大挑战。因此以河南传统民居的代表秦氏旧宅堂楼为研究对象，进行结构及抗震性能研究，分析其受力变形规律，并探讨结构的薄弱环节是十分必要的。在此基础上补充目前建筑领域的研究成果，同时为秦氏旧宅合理的修缮改造及保护开发奠定基础，进而为河南其它传统民居的保护提供技术参考。本文在“十二

5、五”国家科技支撑计划课题(课题编号：2013BAL01804)的指导及荥阳市旅游和文物局的支持下，主要进行了如下工作：(1)通过实地调研对秦氏旧宅堂楼结构特点进行分析，了解该类传统砖木结构民居结构体系及营造特点的科学合理性，并分析堂楼现状及残损破坏产生的原因，探讨河南同类传统民居的保护需求。(2)根据测绘获得房屋的基本尺寸，建立有限元模型进行结构分析，得到正常使用条件下的受力变形特点。分析结果表明，底层纵墙中部、纵横墙交接处、梁架与墙体交接部位、门窗洞Isl处、砖拱楼盖跨中及拱脚是结构的薄弱环节，容易在这些部位首先发生破坏。基于分析提出相应的维修建议，为秦氏旧宅维修设计提供参考。摘

6、要(3)对秦氏III宅堂楼有限元模型进行模态分析，得到结构的自振频率和振型特征。结果表明，结构横向抗侧刚度弱于纵向，且扭转效应明显；第一振型沿结构横向，且纵墙顶部振动突出；砖拱楼盖随结构整体振型振动，但局部振动附加剪力对墙体的影响仍需考虑；屋盖整体刚度弱于墙体，其振动显著会造成支撑墙体的破坏。(4)为了解结构布置对动力特性的影响，对楼盖布置形式不同的有限元模型进行模态分析。分析结果表明：楼盖对于保证结构刚度和完整性有重要作用，需对现存楼盖破损的房屋进行完整性修补；尽管木楼盖与墙体连接较弱，但能起到和砖拱楼盖相同的作用，限制纵墙的平面外变形；结构的固有周期随着木楼板刚度的增加而增大，

7、但扭转明显的特点没有得到改善，结构振动特性受平立面布局影响较大。(5)沿结构纵横两方向输入地震波，进行罕遇地震作用下的时程分析，探讨地震作用下结构抗震性能。结果表明：第三层纵墙出现了明显的变形集中且裂缝开展严重，顶层是结构薄弱层；屋盖梁架与墙体连接部位、纵横墙交接处、底部墙体、门窗洞口及砖拱楼盖拱脚出现较多开裂。(6)为探讨现存同类传统民居的抗震性能，对不同楼盖布置形式的模型进行抗震分析，结果表明：较小地震作用下，楼盖残缺的房屋出现严重破坏；随着木楼盖刚度增加，结构位