西南地区穿斗式木结构民居构造特点及震害特征分析——以贵州山区为例

为了深入了解穿斗式木结构的抗震能力,从该结构的建筑构造特点出发对其进行详细介绍。基于对贵州黔西南州、黔南州的乡镇村落的实地调查,对穿斗式木结构的建筑特点和构造特点进行了分类归纳;根据2021年四川泸县6.0级、2022年泸定6.8级地震震中的现场震害调查结果以及自2013以来西南地区6.0级以上典型地震的震害资料,总结了穿斗式木结构房屋的典型震害,包括屋面破坏、围护墙破坏、木构架破坏等,并分析了其震损原因。结果表明:穿斗式木结构独特的榫卯连接形式,使其木构架在地震作用下表现出良好的抗震能力,而填充墙抗震性能相对较差。

穿斗式木结构中节点的抗弯性能试验研究

以西南传统民居穿斗式木结构穿销中节点为研究对象,设计制作了2个足尺横向中节点和2个足尺纵向中节点模型试件,分别对两类节点进行单调加载和低周往复加载试验,得到两类节点的破坏模式、抗弯承载力、抗弯刚度、延性和耗能能力。结果表明:横向中节点主要在榫卯挤压区域发生嵌压塑性变形以及在木销受荷区域发生弯剪变形,纵向中节点易在榫颈位置发生折断破坏;横向中节点的初始刚度较纵向中节点高,横向中节点的抗弯承载力可达纵向中节点的2倍;横向中节点和纵向中节点的滞回曲线均表现出明显的捏拢和滑移现象,横向中节点的耗能能力较强;穿斗式木结构横向中节点和纵向中节点都具有良好的变形能力,横向中节点表现出较好的延性,但纵向中节点的延性很低;纵向中节点是穿斗式木结构中的薄弱节点,需要在穿斗式木结构的安全维护中重点关注。

穿斗式木结构通榫节点抗震性能研究及数值模拟分析

为研究穿斗式木结构通榫节点的抗震性能,对通榫节点缩尺模型进行低周往复荷载试验,分析节点的弯矩-转角滞回曲线及其骨架曲线、刚度退化规律、变形与耗能能力。采用ABAQUS非线性有限元软件对通榫节点进行数值分析,所得模拟结果与试验结果吻合较好。研究结果表明:通榫节点弯矩-转角滞回曲线捏缩效应明显,且随枋截面高度的增加而愈加明显;在加载过程中,枋在柱卯口处发生滑移,且滑移量随转角的增大而增大;节点的等效黏滞阻尼系数随着枋截面高度的增大而减小;通榫节点具有较好的延性和较大的承载力,加载转角达到0.22rad时,枋出现较大的挤压塑性变形,但未发生材料破坏。枋横纹应力达到其抗压强度,而柱顺纹应力尚未达到其极限抗压强度。

穿斗式木结构榫卯节点加固的抗震性能研究

选取西南民居常见穿斗式木结构典型的直榫型边节点,采用穿木销和穿钢销加固方案,通过单调和低周往复加载足尺试验,对比加固方法对直榫边节点抗震性能的影响。结果表明:相比未加固节点,两种加固节点的破坏程度均有所降低,且有效抑制拔榫现象;穿木销和穿钢销加固节点的初始刚度分别提高了50%和75%,屈服弯矩分别提高了45%和73%,极限弯矩分别提高了27%和69%,耗能能力分别提高了200%和69%。两种方法均有效提高了穿斗式木结构直榫边节点的抗震性能。

有无填充墙板的穿斗式木结构房屋振动台试验及对比分析

通过对不设置填充墙板与设置填充墙板的穿斗式木结构房屋进行模拟地震振动台试验,研究了穿斗式木结构的抗震性能,并对比分析了两模型结构的动力特性,及其在不同峰值加速度地震作用下的加速度放大系数、位移及最大层间位移角等动力响应。研究结果表明:两模型X向加速度动力放大系数在0.63~1.2,Y向加速度动力放大系数在0.51~0.97,说明模型榫卯挤压摩擦的耗能减震效果明显。不设置填充墙板的模型结构自振频率低、位移响应较大,扭转效应明显;设置填充墙板的模型抗侧刚度明显增大,结构自振频率增大,同时在地震激励下相对位移和层间位移角减小。两模型主体结构在大震作用下均无明显损坏,且设置填充墙板的木结构房屋具有更大的承载力和抗倒塌能力。

穿斗式木结构直榫边节点承载性能试验研究

以传统民居穿斗式木结构直榫边节点为研究对象,分析节点承载机制,并设计制作3套杉木结构直榫边节点足尺试件(对照组1套、扒钉加固1套、角钢加固1套),进行低周往复加载试验。研究结果表明:直榫边节点破坏模式主要表现为节点木材横纹压屈变形和节点拔榫,滞回曲线轮廓均呈反“Z”形状,且呈现较明显的捏缩现象。与未加固节点相比,加固节点的承载性能均有所提高;扒钉加固节点在扒钉脱落失效前提高了节点刚度、累积耗能及变形能力,角钢加固节点在穿枋断裂前显著提高了节点刚度、累积耗能及变形能力。

我国穿斗式木结构建筑研究现状与发展建议

穿斗式木结构建筑是指由穿枋与立柱通过穿插形成的木构架为支撑体系的建筑形式,具有安全耐用、抗震性能好、建造成本低等特点,是我国古代最受欢迎的民用建筑类型之一。通过对传统木结构建筑特点、研究现状及存在问题的阐述与探讨,提出运用现代木结构设计与建造方法,对传统穿斗式木结构进行转型升级,以推动其高质量发展。这对于继承和发扬传统建筑建造技术,促进具有中国特色的现代木结构发展具有重要意义。

穿斗式木结构边节点传力特性及分析

穿斗式木结构是木构架的主要形式之一,整体结构的高度完整性是其特点之一,这种构架以柱直接承檩,故称为穿斗式结构。在榫头和卯口不断转动挤压的过程中,会产生较大的变形。为进一步研究穿斗式木结构边节点在受到往复荷载时传力特性,利用ANSYS对其进行有限元分析,得出其弯矩—转角滞回曲线并进行分析。研究结果表明:普通直透榫节点在承受往复荷载的过程中能够耗散一定的能量,并且在往复循环荷载的作用下,榫头和卯口之间产生了较大的滑移,随着控制位移的增加,滑移量也逐渐加大。

漾濞6.4级地震中穿斗式木结构墙体震害分析

2021年5月21日云南省漾濞县发生6.4级地震,并伴有多次强余震及前震,该次地震序列使得穿斗式木结构受损严重,不少穿斗木结构出现墙体开裂、局部坍塌甚至整面倒塌的震害现象。墙体受损不仅给居民的生命安全造成隐患,也给灾后恢复重建带来一定的经济负担。通过现场调查分析,墙体受损与建造房屋时的施工工艺有直接关系,结合震害现象分析施工中出现的不当措施,提出了相应的改进方案。

穿斗式木结构钩榫节点抗震性能研究

为研究传统民居穿斗式木结构钩榫节点的抗震性能,参照西南地区典型木结构建筑,按1∶1.33缩尺比制作了5个不同榫头尺寸的钩榫节点和1个半榫节点,对其进行低周往复加载试验,研究节点的破坏形态、弯矩-转角滞回曲线、骨架曲线、刚度退化规律、耗能与变形能力。采用ABAQUS有限元软件对钩榫节点进行数值模拟,进一步分析了榫头与卯口部位的应力分布,以及榫尖高度和榫大头长度对钩榫节点受弯承载力的影响。结果表明:钩榫节点破坏形态主要表现为榫尖受剪破坏、榫头变截面处的木材撕裂和榫头折断,半榫节点破坏形态为榫头脱出卯口,柱和穿枋基本完好;钩榫节点弯矩-转角滞回曲线呈反“Z”形且正反向不对称;加载后期等效黏滞阻尼系数增大,节点耗能持续增大;钩榫节点变形能力较强,破坏转角可达0.08~0.12 rad,榫头横纹受压应力达到其抗压强度,柱卯口应力远小于其抗压强度;适度增大榫尖高度和减小榫大头长度均能有效提高钩榫节点的受弯承载力。

穿斗式木结构民居模拟地震振动台试验研究

为研究穿斗式木结构民居的抗震性能,以位于川西抗震设防烈度7度区的典型2层穿斗式民居为原型,对一个缩尺比例为1∶2的穿斗式木结构模型进行了模拟地震振动台试验。试验中选取汶川波、兰州波、Taft波和El Centro波作为地震动输入,实测了结构在地震作用下的自振频率、阻尼比、刚度、加速度反应、位移反应、剪力分布和应变的变化规律。试验结果表明:随着地震峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,各层加速度放大系数介于0.286～1.383之间;浮搁于混凝土板上的柱脚的滑移在一定程度上衰减了传入上部结构的地震作用,第2层檐柱顶高度处的榫卯节点在振动过程中耗能作用明显;当输入峰值加速度为0.22g和0.40g时,模型晃动剧烈,最大层间位移角分别为1/65和1/35;当输入峰值加速度增至0.50g时,模型依然没有倒塌,表明穿斗式木结构具有良好的整体变形能力和抗倒塌能力。

穿斗式木结构抗侧力性能试验研究

为研究穿斗式木结构的抗侧力性能,采用传统工艺和国产杉木,依据徽派建筑中木构架的制式,设计并制作了足尺穿斗式木结构模型。通过单调加载试验,研究了模型的水平承载能力、变形性能、抗侧刚度、榫卯节点和柱脚节点等抗侧力性能。结果表明：木构架最大层间位移角可达1/16,整体变形性良好;榫卯节点的受力过程经历了弹性阶段和塑性发展阶段,具有较好的转动能力;但木构架各柱的水平受力并不均匀,结构失效模式表现为个别柱脚滑移超过础石导致局部破坏。同时,榫卯连接传递弯矩能力较弱,多道穿枋、斗枋和地脚枋可有效加强结构的整体性。

抗震设防高烈度区阻尼器增强穿斗式木结构模型振动台试验

为验证剪切型阻尼器对穿斗式木结构建筑的增强加固效果,将16个扇形剪切型阻尼器安装在穿斗式木结构四角柱榫卯节点处,分别对原结构(无控结构)模型和安装有阻尼器的结构(有控结构)模型进行峰值加速度由0.14g逐步增大至0.95g(9度多遇~9度极罕遇)的地震波激励振动台试验。对试验模型动力特性和地震响应对比分析结果表明:有控结构模型始终保持弹性状态,结构模型X向自振频率仅在输入峰值加速度0.95g地震波激励后出现下降,由1.907 Hz降为1.587 Hz,Y向自振频率始终保持3.052 Hz;Y向阻尼器发挥作用更为明显,对刚度较小部位以提供附加刚度为主,对刚度较大部位以提供附加阻尼为主,有控结构模型最小动力放大系数大于无控结构模型的,其最大动力放大系数均小于无控结构模型的;最大层间位移角均发生在Kobe波激励下结构二层层间,有控结构模型最大层间位移角大部分小于无控结构模型的;扇形剪切型阻尼器作为9度高抗震设防烈度区穿斗式木结构建筑增强加固措施是适宜的。

带有黏弹性阻尼器穿斗木结构振动台试验研究

按照云南"一颗印"构造要求制作了一个两层传统穿斗式木结构房屋模型进行模拟振动台试验。对结构模型的破坏模式、动力响应、应变响应,扭转效应、剪力分布、弯矩变化及耗能能力进行了分析研究。结果表明:结构模型满足中国建筑抗震设计规范"小震不坏、中震可修、大震不倒"的要求;结构模型具有明显扭转效应;层间剪力分布取决于质量分布;弯矩随地震激励增大不断增大,结构模型未发生塑形破坏;层间累积耗能能力一层耗能能力最大,二层次之,屋脊最小。

传统穿斗木结构榫卯节点附加黏弹性阻尼器振动台试验

通过对一个两层、足尺、长宽高为3．8m×3．6m×3．9m的穿斗式木结构房屋模型的榫卯节点附加黏弹性阻尼器进行振动台试验，研究了结构的抗震性能，并对0．07g、0．4g两种峰值加速度下进行了榫卯节点附加阻尼器和未附加阻尼器的进行了振动台对比试验。试验结果表明：榫卯节点附加了黏弹性阻尼器后节点刚度增大，减小了半刚性榫卯节点的转动能力，并使结构在地震激励作用下的变形恢复能力得到了大幅提高，经过多次重复地震，即使经历0．95g的地震激励后，结构模型也未发生明显倾斜破坏；结构一层柱顶榫卯节点最先发挥减震耗能作用，动力放大系数随着地震激励增加呈减小趋势，由于结构两个方向刚度及质量分布的不均匀，X、Y，方向动力放大系数有差异，X方向动力放大系数在1．2519-0．7775之间，Y向1．8779-1．1152之间。榫卯节点附加黏性阻尼器达到了小震下减小层间位移角，大震下增强榫卯节点变形恢复能力的目的。

漾濞6.4级地震大理地区穿斗木结构震害分析及加固措施

大理地区乡镇一带存在大量内部由榫卯结构相连接的穿斗式木结构,外部则是用土坯或夯土的方式修筑外墙。漾濞6.4级地震中只有少量震中附近的穿斗式木结构房屋有倒塌或局部倒塌现象,但是大部分穿斗式木结构房屋由于选材不当、落后的施工工艺流程和年久失修等问题,遭受到了不同程度震害,随着烈度的提高受损越严重。通过对现场调查发现:大理地区的农村民居加固主要是针对木构架节点及木构架抗侧力的加固,墙体、屋顶以及老旧木构件的处理往往被忽视。基于对大理地区穿斗式木结构的破坏机理,给出了和对现有房屋加固修复的措施建议,对使用穿斗木结构地区的房屋震害预防具有参考价值。

黏弹性阻尼器加固穿斗式平面外木排架的抗震性能

为研究穿斗式木结构的抗震性能及其加固方法,选取杉木和松木两种木材,设计并制作四榀穿斗式木结构平面外框架,采用黏弹性阻尼器加固试件,对加固和未加固的木框架分别进行低周往复荷载试验,研究结构的抗震性能及阻尼器的加固效果.研究结果表明:加固后木排架滞回曲线的滑移和捏缩现象大幅减轻,滞回环面积增大,等效黏滞阻尼比增加,耗能能力增强,杉木和松木排架耗能能力分别提高83.31%和286.34%;加固后试件的骨架曲线斜率和极限承载力均得到大幅提升,斜率大致随加载幅值增大而增大,极限承载力杉木排架最大提升218.32%,松木排架最大提升458.89%;加固后木结构框架的刚度储备增高,初始刚度杉木试件提升46.9%,松木试件提升264.1%;杉木试件在安装阻尼器后节点的残余拔榫量减少15.06 mm,松木试件减少31.96 mm.

穿斗式纵向木构架抗震性能试验研究

为了研究穿斗式木结构纵向木构架的抗震性能,并与横向木构架的抗震性能进行对比分析,依据黔东南地区穿斗式木结构的构造形式,设计并制作了单层两跨纵向木构架和横向木构架足尺模型,通过低周往复加载试验,研究了木构架模型的失效模式、滞回性能、刚度退化规律和延性等力学性能,基于骨架曲线特征提出了穿斗式木结构的双折线荷载-位移简化模型,从能量角度定量分析了纵向木构架的抗震机理。结果表明:纵向木构架的榫卯搭接节点在榫颈处发生断裂,为结构的薄弱环节;纵横向木构架均具有较好延性,但抗侧刚度较低,在水平荷载作用下易发生倾斜;柱脚抬升在穿斗式木结构抗震中发挥的作用较小,达到一定位移后,穿斗式木结构主要通过滞回耗能抵抗地震作用。

穿斗式木构建筑改建探索——以震后里坪小学为例

文章介绍了5.12震后援建的四川省广元市青川县骑马乡里坪村小学,记录了从一个穿斗式小破庙到一栋两层半小学校的整个过程。从对传统的穿斗式木构架改建设计和施工过程、各功能空间的处理以及对传统土墙和土楼板改良的探索等方面的解读展示了建筑师从建造的角度对设计进行的思考。

大理丽江穿斗式木构架构造特点及房屋震害简述

木结构是云南省乡镇地区的主要民居结构形式之一,其中穿斗式木结构数量最多,分布最广,尽管穿斗式木结构数量的增速在下降,但是总量仍在上升,由于区域的不同,各地穿斗式木结构构造特点又有所不同,通过对丽江古城区、玉龙县,大理州大理市、云龙县、祥云县等地实地调查,并根据往年云南省地震资料,总结了大理、丽江地区的穿斗式木结构民居构造特征及震害特点,并进行了相应的震害分析。