碳中和导向下的黄土高原独立式窑洞绿色再生策略研究

针对黄土高原独立式窑洞聚落面临的人口老龄化、空间闲置与荒废、生态系统退化等问题,本文在碳中和导向下,提出窑洞聚落全生命周期低碳转型与再生设计策略。基于全生命周期管理理论,从规划、设计、建设、运营到拆除各个阶段,提出减量化、再利用、再循环的低碳转型路径,为黄土高原独立式窑洞聚落的绿色可持续发展提供借鉴。

建造模式与场所营造——晋中地区独立式窑洞解读

本文以明清以来广泛存在于晋中地区的独立式窑洞为例,运用场所精神理论对其分析研究,探讨结构、材料、细部等建造模式对场所体验的影响,促进当代视野下对建筑本质的思考。

渭北旱塬地区独立式窑洞传承与更新

独立式窑洞作为渭北旱塬地区传统民居的代表,在当下乡村振兴中却面临着被遗弃的危机。本文以渭北旱塬地区的独立式窑洞为研究对象,采用实地测绘、访谈、查阅资料、DesignBuilder软件模拟等研究方法,对旱塬地区的民居现状进行整理与分析,针对居住主体自组织建设过程中存在的若干建筑问题提出可行性解决方案,试图寻找适合当下窑居传承与更新的设计方法与构造技术,为渭北旱塬民居优化设计提供参考。

独立式石箍窑洞加固模型振动台试验研究

应用配筋砂浆带等加固技术对一缩尺比例为1/4的独立式石箍窑洞震损模型进行加固,并对其进行模拟地震振动台试验,以研究独立式石箍窑洞加固模型的动力响应与抗震性能。通过白噪声扫频得到该模型各阶段的自振频率和阻尼比等动力特性,并研究了模型结构的破坏特征、动力响应及其滞回耗能。试验研究结果表明:随着输入地震动峰值加速度的增加,模型结构的自振频率和刚度下降,阻尼比增大,加速度放大系数呈下降趋势;在水平X向(面阔方向)地震作用下,窑脸侧拱顶的加速度响应大于背墙侧拱顶,中孔拱顶的加速度响应大于边孔拱顶的,中拱拱脚的相对位移值始终大于边拱拱脚,甚至大于边拱拱顶;在峰值加速度为1.00g的地震激励后,窑顶、拱顶和拱脚的X向最大侧移角分别达到了1/29、1/229和1/201。模型虽局部破坏明显,但仍未出现整体倒塌趋势,表明本文提出的方法对独立式石箍窑洞的加固效果显著。

独立式石箍窑洞地震模拟振动台试验及数值模拟

以山西省静乐县的某独立式石箍窑洞为原型,制作1/4缩尺的三跨试验模型,对其进行了地震模拟振动台试验,分析了地震作用下窑洞模型的破坏过程及破坏形态。在试验研究基础上,采用ABAQUS软件建立独立式石箍窑洞的有限元模型,将模拟得到的动力特性、动力响应和地震损伤结果与试验结果进行了对比分析,验证了有限元模型的合理性,进而基于对原型结构的有限元模拟,分析了覆土厚度、拱跨数和拱矢跨比对窑洞模型受力性能的影响。结果表明:独立式石箍窑洞在地震作用下主要发生砂浆灰缝开裂破坏,开裂最严重的部位为洞口拱顶和侧墙与背墙的连接处;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,能够较好地反映地震作用下窑洞模型的受力性能;窑洞模型的纵墙刚度大于横墙,加速度和位移响应随输入峰值加速度的增大不断增大;随着覆土厚度变薄和拱矢跨比减小,窑洞模型的抗震性能增强,但拱跨数对窑洞模型的抗震性能影响较小。

独立式石箍窑洞振动台试验研究

根据现场调研,以山西省静乐县典型三连拱独立式石箍窑洞为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶4的模型结构,并对其进行了地震模拟振动台试验,分析了模型结构的自振频率、阻尼比、加速度放大系数、最大相对位移、位移角、底部剪力与耗能等。结果表明:独立式石箍窑洞结构在地震作用下的薄弱部位为边洞洞口处拱顶与中窑腿;随着输入地震波峰值加速度的增大,模型结构自振频率下降,阻尼比上升;模型结构各部位的动力放大系数随着输入峰值加速度的增加变化不大,x向动力放大系数最大处为拱顶,y向动力放大系数最大处为窑顶;输入加速度峰值为70 gal(小震)、200 gal(中震)、440 gal(大震)时,结构最大侧移角均出现在拱顶,分别为1/1618、1/491、1/255,输入峰值加速度为600 gal时,最大侧移角出现在窑顶,为1/102;输入峰值加速度为800 gal时,结构的最大扭转角为0.0037 rad;底部剪力和累积滞回耗能均随着输入地震波峰值加速度的增大而增大。研究结果可为石箍窑洞这一西北传统民居的妥善保护和传承提供科学依据。

窑洞外形特征对结构抗震性能影响研究

调查发现山西北部农村地区农居窑洞多是独立式土坯窑洞,结构主要受力体系是土坯砌体砌筑拱结构,其建造无统一标准,外形样式存在差异。由于拱结构的内力分布对外形尺寸变化比较敏感,为研究窑洞外形特征对结构抗震性能影响,建立相应的有限元模型进行计算分析,对比不同外形特征窑洞在地震作用下的损伤情况,并结合历史震害,指出窑洞结构的薄弱位置。研究结果表明覆土较厚的窑洞容易损伤,连拱孔数较多窑洞的两侧位置更容易发生破坏,拱的曲线形状对结构抗震性能有一定影响,合理拱曲线窑洞的抗震性能优于一般形状窑洞。

独立式砖箍窑洞振动台试验及动力响应分析

为研究独立式砖箍窑洞的动力响应特性,对一缩尺比例为1∶4的结构模型进行振动台试验。试验选取两条天然地震波以及一条拟合人工波作为输入激励,对结构模型的破坏形态、动力特性、加速度响应、位移响应、扭转效应、基底剪力以及滞回耗能进行分析。结果表明,地震作用下独立式砖箍窑洞的窑脸面、窑腿以及中拱顶破坏更为严重。随着输入地震动峰值加速度不断提高,累积损伤使得结构固有频率不断降低,而阻尼比整体呈现增大趋势。由于砖箍窑洞沿进深方向的刚度偏心分布,遭受地震时结构在单向平动响应的同时存在明显的扭转效应,小烈度地震作用下窑洞背墙侧结构较窑脸侧结构加速度响应小,大烈度地震作用下情况则相反。窑洞各结构层的层间剪力随着输入地震动峰值加速度的提高达到其极限承载力而破坏,刚度逐步退化;其中,基础-窑腿顶结构层的刚度退化较其他结构层更明显,且中窑腿相较于边窑腿刚度退化更快,受中窑腿约束的中拱顶刚度退化也更大。此外,结构变形及累积滞回耗能也随着输入地震动峰值加速度的提高而显著增加。

宁夏地区传统生土建筑建造技术研究

通过对宁夏吴忠市同心县王团镇典型生土建筑——独立式窑洞和土坯房的实地调查测绘、访谈,对生土建筑的选址、材料、施工方式、构造做法、费用及工期等建造技术方面进行研究,为宁夏生土建筑技术的传承与优化发展提供相关基础资料。

乡村振兴背景下的农村住宅人居环境更新设计研究--以宁夏中南部地区生态移民新村为例

20世纪80年代之后,宁夏中南部西海固地区的生态环境正在逐步改善,异地搬迁的吊庄移民尝试使本地居民就近迁移。本文从乡村振兴的角度出发,以本土材料和传统夯土技艺为出发点,依据改善人居环境、降低建筑造价、满足村民人居需求的设计理念,融入绿色建筑技术,以营造更加符合宁夏中南部地区地域特色的移民新村为目的,为后续新型移民搬迁安置提供参考。