滑移隔震夯土房屋动力响应分析

发布时间：2020-08-10 07:42

【摘要】：夯土房屋是以木制或石制杵、锤等工具,将原状土质材料逐层夯实形成承重墙体的建筑,其为我国最具代表性的传统民居形式之一,它不仅能满足人们对居住的要求,而且具有低成本、良好的保温隔热性和优异的可再生性等独特优势,目前在我国部分农村地区仍有广泛应用,并且在当前生态文明和可持续发展背景下,夯土房屋这一绿色建筑具有良好的发展前景。但夯土房屋结构材料强度低、自重大、整体性差,加之夯土房屋多由当地工匠凭经验建造,基本没有考虑抗震设防,其抗震能力低,在历次地震中,大量夯土农房出现墙倒屋塌,造成人身财产损失惨重,因此提高夯土房屋的抗震能力势在必行,而隔震便是一种有效的方法,且摩擦滑移隔震技术具有造价低廉、技术简单易行等优点,适合在我国经济相对落后的村镇地区推广应用。因此,本文在“十二五”国家科技支撑计划课题“传统生土农房绿色改良技术集成与示范”(2015BAL03B03)的支持下,以河南荥阳农村地区夯土房屋为分析原型,开展滑移隔震夯土房屋与传统夯土房屋的地震响应对比分析,并探讨了摩擦系数对滑移隔震夯土房屋的影响,主要做了以下工作并得出相应结论:(1)通过实地调研,了解传统夯土房屋的结构形式和构造做法,获得结构构件的相关尺寸及所用材料,选择常见的夯土墙承重房屋为分析原型,采用有限元法建立滑移隔震夯土房屋和传统夯土房屋的三维空间模型,隔震层的滑移摩擦选用接触单元实现,并使用数值积分法进行分析,该计算模型和分析方法较为精确和全面。(2)对滑移隔震夯土房屋和传统夯土房屋进行模态分析,分析表明:传统夯土房屋的第一、第五振型为纵向振动和横向振动,第二、三、四阶振型出现了不同程度的扭转和局部振动,隔震房屋减弱了局部振动现象,变形和位移加入了结构的整体平动,且滑移隔震夯土房屋的基本周期相比传统夯土房屋有所延长。(3)对滑移层摩擦系数为0.1的隔震夯土房屋和传统夯土房屋沿纵横两个方向分别输入地震波,进行多遇、设防和罕遇地震作用下的动力时程分析,得到两种结构的加速度响应和位移响应,结果表明:相比于传统夯土房屋,滑移隔震夯土房屋降低了结构的加速度和墙体的相对位移反应,其中,峰值加速度降低了20%~64%,最大相对位移减小了30%~52%,且地震强度越大,隔震效果越好。(4)对滑移隔震夯土房屋在地震作用下的受力情况进行分析,结果表明:滑移隔震夯土房屋的基底剪力减小了15%~67%,上部墙体的等效应力值较传统夯土房屋有不同程度的减小,且纵横墙交接处、门窗洞口处和墙体底部的应力集中现象得到了有效改善。(5)在地震强度为220gal时,对摩擦系数为0.1的隔震夯土房屋进行了双向水平地震反应分析,分析表明:相较于单向地震作用,滑移隔震夯土房屋的加速度反应减小了4%左右,上部墙体的相对位移减小了约25%,但隔震层的滑移位移增大较为明显,其中,X向增大了约20%,Y向增大了约30%,因此,在确定隔震层最大位移时应考虑双向地震作用。(6)对隔震层摩擦系数为0.03、0.05、0.1、0.12、0.15的滑移隔震夯土房屋进行地震反应分析,研究不同摩擦系数对滑移隔震夯土房屋的影响,明确摩擦系数与隔震效果的定量关系。分析结果表明:在不同强度的地震波作用下,随着摩擦系数的增大,结构的加速度反应、相对位移反应、基底剪力反应和墙体等效应力值也相应增大,说明摩擦系数越大,结构的地震反应越大,但隔震层的滑移位移和残余位移随摩擦系数的增大而减小。综合隔震效果和隔震层的滑移量,滑移层的摩擦系数取值可在0.05~0.15之间,但当摩擦系数为0.05~0.1,需设置限位装置。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU311.3
【图文】：

研究背景1 夯土房屋简介夯土房屋是以木制或石制杵、锤等工具，将原状土质材料逐层夯实形体的建筑，其为生土建筑的一种重要类型[1]。夯土房屋不仅能满足人们要求，而且具有低成本、良好的保温隔热性和优异的可再生性等独特优，在人类历史发展过程中，夯土房屋在世界范围内被广泛使用。且各的地理条件、生活方式、历史传统、民族习俗造就了夯土房屋在施工筑风格上差异性和多样性，这些独特的夯土房屋已经成为世界建筑文。夯土房屋广泛分布于亚洲、非洲、拉美、中东和欧洲等地（图 1.1），仅有民居，而且有寺庙和宫殿，部分建筑至今仍被人们传承和使用，代表性的有叙利亚蜂窝住宅（图 1.2）、德国柏林和解教堂（图 1.3）德文的土质小别墅（图 1.4）、非洲马里的杰内大清真寺（图 1.5）等

图 1.2 叙利亚蜂窝住宅 图 1.3 德国柏林和解教堂图 1.4 英格兰德文古老的土制小别墅 图 1.5 非洲马里杰内大清真寺在我国，夯土技术有着悠久的历史，最早可追溯至原始社会时期。在新时代仰韶文化的淮安青莲岗遗址的文化层中发现有人工夯打的痕迹，这是已发现的最早的夯土。商、周、秦、汉时期，重要建筑的高大台基都是夯成，宫殿台榭也是以土台作为建筑基底。在郑州商城遗址中发掘的商朝高分层夯实而成，且夯层均匀，当时我国古代的夯土技术就已经成熟。秦汉

图 1.2 叙利亚蜂窝住宅 图 1.3 德国柏林和解教堂图 1.4 英格兰德文古老的土制小别墅 图 1.5 非洲马里杰内大清真寺在我国，夯土技术有着悠久的历史，最早可追溯至原始社会时期。在新时代仰韶文化的淮安青莲岗遗址的文化层中发现有人工夯打的痕迹，这是已发现的最早的夯土。商、周、秦、汉时期，重要建筑的高大台基都是夯成，宫殿台榭也是以土台作为建筑基底。在郑州商城遗址中发掘的商朝高分层夯实而成，且夯层均匀，当时我国古代的夯土技术就已经成熟。秦汉

【参考文献】

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本文编号：2787780