明清古建筑木结构典型抗震构造问题研究

为保护古建筑,采用分类统计方法,研究了我国明清古建筑木结构的典型抗震构造问题。基于大量工程现场勘查结果,对古建筑木结构的典型抗震构造问题进行了归纳汇总,分析了原因,提出了加固建议;基于典型算例,对古建筑木结构加固方法进行了深入论证。结果表明:我国古建筑木结构的柱子、斗棋、榫卯节点、梁架、屋顶等各部位都容易产生开裂、糟朽、变形、拔榫等抗震构造问题并影响结构的抗震性能,而这些问题的产生原因主要与木结构的构造特征、木材材料性质及施工保养等因素有关;对这些抗震构造问题及时采取合理有效的加固措施,可减轻或避免结构产生的震害。     

上下椽头尾搭接的木构古建筑受力性能的简化计算方法研究

古建筑木结构主要分为抬梁木构体系和穿斗木构体系,其结构布置与连接节点明显不同于现代木结构。为了进一步提高古建筑木结构的结构计算和结构安全评估的工程实用性,对常见木椽的受力性能简化算法、常见拼合檩条的受力性能简化算法、三架梁和五架梁受力性能的简化算法进行研究,并基于动力特性分析,初步提出古建筑木结构典型构架体系在进深方向和面阔方向结构基本自振周期的近似计算模型。研究成果可为古建筑木结构的结构性能计算、结构安全评估以及加固修缮设计提供依据和参考。     

汶川地震导致的古建筑震害

为了解汶川地震造成的古建筑震害及对古建筑的保护,根据古建筑震害资料,通过归纳方法,获得了古建筑不同的震害症状：对木结构而言,主要有地基破坏、柱底侧移、柱身倾斜、节点拔榫、装修开裂、梁架歪闪、瓦件掉落、填充墙破坏等;而砖石及砖木结构由于承重材料的抗拉、压、剪强度相对较差,容易产生倒塌等严重震害。在此基础上,通过勘查分析方法,获得了古建筑产生震害的主要原因：地震力过大、古建筑缺乏及时保养与加固、施工原因及砖石材料本身强度差的原因等。针对不同的震害原因,提出了相应的抗震加固建议。在上述工作基础上,得出如下结论：为提高古建筑的抗震性能,应加强对古建筑的维护与加固,及时清除各种隐患,将地震产生的破坏减小到最轻的程度。     

马口铁加固古建筑榫卯节点抗震试验

为保护古建筑,采用试验方法,研究了马口铁加固古建筑榫卯节点后对节点抗震性能的影响.基于故宫太和殿三次间结构原型,制作了1:8缩尺比例的木结构空间框架模型,并考虑梁柱连接为燕尾榫形式,进行了低周反复加载试验,其中未加固构架和马口铁加固构架试验各做了3组.基于试验相关数据,获得了节点的弯矩-转角滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了节点加固前后的耗能能力,刚度退化和延性等抗震指标.结果表明:马口铁加固榫卯节点后,虽然节点耗能能力略有下降,但节点拔榫量减小,抗弯承载力提高,刚度退化不明显,且节点仍具有较好的变形能力.因此,马口铁具有较好的加固效果.     

传统铁箍墩接法加固底部糟朽木柱轴压试验

铁箍墩接是古建木柱柱根糟朽的一种传统加固方法。为探讨该方法的有效性,以故宫内某古建木柱为例,进行了试验研究。制作了1根完好木柱、3根铁箍墩接法加固木柱,开展了轴压试验,获得了木柱加固前后的承载力-变形曲线,以及延性、应变、刚度等参数,讨论了铁箍墩接法的加固机理。结果表明:传统铁箍法加固底部糟朽木柱后,由于铁箍对木柱的侧向约束作用,木柱的极限承载力可恢复约91.8%,延性性能可恢复约95.2%,水平极限应变恢复率约97.2%,竖向极限应变恢复率约84.1%,且加固木柱的刚度要大于完好木柱。由于铁箍材料与木材强度差别较大,使得加固后木柱的整体性能要低于完好木柱,因而加固效果有限。结果可为古建筑木结构的保护与维修提供理论参考。     

不同方法加固古建筑榫卯构架抗震试验

为保护古建筑,采用试验方法,研究了不同方法加固榫卯节点后木构架的抗震性能。基于故宫太和殿某开间梁柱节点的具体尺寸,制作了1:8比例的4梁4柱木结构空间框架模型,其中梁和柱考虑为燕尾榫形式连接。采用人工加载方式,进行了低周反复加载试验,研究了马口铁、CFRP布和钢构件加固榫卯节点后对木构架抗震性能的影响。基于试验结果,获得了加固前后构架的力-侧移滞回曲线和骨架曲线,分析了构架耗能能力、刚度退化规律及变形能力,对不同方法加固木构架的抗震效果进行了对比,对其工程应用提出了建议。     

故宫太和殿木构件现状分析及加固方法研究

为加强对古建筑的维修保护,故宫博物院对太和殿进行了勘查,发现如下木构件问题:西山挑檐檩跨中挠度过大;三次间正身顺梁及山面扶柁木榫头位置下沉10cm;明间藻井下垂13cm,井口爬梁已经开裂.通过运用结构力学相关方法,对这些构件的结构现状进行理论分析,研究了问题产生的原因,讨论了相应的加固方案,解决了这些问题.结果表明:西山挑檐檩虽然挠度较大,但强度满足要求,不需要加固;山面扶柁木榫头下沉的原因是局部受弯强度不足,但已通过支顶解决该问题;正身顺梁榫头下沉的可能原因是材料老化,局部受拉、弯、剪强度不足,通过采用钢木组合结构进行了加固;藻井下沉的原因是木材老化,井口爬梁抗弯及抗压承载力不足,通过采用扁钢箍加固的方法进行了加固.研究结果可为古建筑保护及修缮提供参考.     

简谈中国古建筑木结构的结构性能

随着科技的发展和人类文明的进步,人们对中国古建筑的建筑结构越来越重视,并开始探究和分析中国古建筑的结构形式和特点等。中国历史悠久,文化灿烂,在历史长河中遗留下很多古建筑,其中有些古建筑超过千年,大多数为木质结构,且在战火和地震等自然灾害中屹立不倒,充分体现了我国古代建筑的良好性能。本文主要针对中国古建筑木质结构的结构性能问题进行研究和论述,并从木结构中的梁柱结构来重点分析其建造特点。     

以故宫为例谈木结构古建筑的白蚁防治技术与策略

白蚁是一种危害性极大的社会性昆虫,能够对以木结构为主的古建筑造成严重的破坏。故宫博物院自2006年发现白蚁危害以来,开展了一系列的相关研究和治理工作,取得了一定的成绩。本文对国内外在白蚁探测、预防、治理等方面的最新技术进行了综述,同时基于故宫白蚁防治经验,探讨了古建筑白蚁防治在技术选择和实施方法方面的问题,提出了古建筑白蚁防治的策略。     

故宫墙体返碱问题初探

故宫古建筑修砌一新的墙体常析出大量白色盐粉,这种现象被称为"返碱"。大量出现的返碱现象不但大大影响了故宫建筑群的修缮效果和整体美感,而且造成了砖材表面的酥软、脱落的病害,甚至可能对墙体的稳定性与安全性造成了影响。因此,为了解决这个亟待处理的问题,分析研究其产生的原因就显得十分重要。本研究通过化学分析和各种现代仪器分析手段对故宫古建筑不同位置的返碱物质,不同产地、年代的青砖样品,灌浆材料样品,制砖原料、燃料的样品进行了定性和定量分析,证实墙体返碱物质主要成分为Na₂SO₄和K₃Na（SO₄）₂,并利用分析结果对产生这一现象的原因进行了初步探讨。     

基于概率法的木构古建筑地震破坏综合评价方法

为了研究木构古建筑地震破坏状态评估的准确性,应用概率的方法,以结构损伤指数、最大层间位移角作为评价因子,建立了地震破坏综合评价模型,提出了基于概率法的木构古建筑地震破坏综合评价方法。该方法在综合现状分析与实验数据,在一定烈度下计算各种破坏状态等级中每一种破坏状态出现的概率,古建筑地震破坏状态应为概率最大的地震破坏状态,从而比较准确地判别木构古建筑地震破坏程度。并对经受过汶川地震的两种结构形式的古建筑进行了验证,从而验证了该方法的合理性和有效性。这一方法将提高木构古建筑震害预测的准确性,为古建筑抗震加固提供有效的理论支持。     

汶川地震导致的壁画文物震害研究——以广元市觉苑寺大雄宝殿壁画为例

为保护壁画文物,以四川省广元市剑阁县大雄宝殿为例,对汶川地震作用下殿内壁画的震害进行了研究.根据震后勘查结果,讨论了大雄宝殿壁画的典型震害症状,分析了古建筑侧脚构造对壁画抗震的有利影响.根据大雄宝殿壁画加固工艺作法及古建筑榫卯连接特点,建立了大雄宗殿的震前有限元模型.为研究汶川地震作用下壁画的震害特征,首先对其进行了模态分析,然后将模拟汶川地震波进行调幅,然后作用于大雄宝殿进行地震反应分析.通过采用时程分析法,获得了地震作用下不同时刻壁画整体的内力与变形响应峰值,并获得了典型节点的地震响应曲线.结果表明:大雄宝殿壁画开裂与空鼓的主要原因是面层与墙体粘结不牢导致的受拉破坏;地震作用下壁画保持稳定的振动状态;为提高壁画的抗震性能,壁画木框与外墙板间应加强连接,并在空隙处填塞隔震材料,同时应加强壁画本身保养工作.     

故宫藏传佛教研究的回顾与前瞻

故宫作为明清两代的皇宫,至今仍完整地保留着一批清代藏传佛教殿堂,故宫博物院藏有大量极其珍贵的藏传佛教文物及与藏学有关的其他文物。这些建筑与文物是明清、特别是清代民族政策、汉藏文化交流及东西交通等方面的生动见证。以藏传佛教艺术为重点的故宫藏学研究,有着重要的历史价值和现实意义,在整个藏学研究中具有独特的地位和作用,也是故宫学的重要内容。故宫藏传佛教研究在已有成果的基础上正逐步深入。     

古建筑木构件的防火处理与性能研究

古建筑具有重要的文化价值和经济价值,是重要的不可再生文化遗产。中国的古建筑以木为主要结构,而木结构的耐火等级低,这就造成了中国古建筑面临了一个极大的隐患——火灾,因此对古建筑木构件的防火处理与性能的研究迫在眉睫。为此,试验选取3种不同的木材和5种不同的阻燃剂作为研究对象,首先对涂覆不同阻燃剂的木材进行表观特征测量,然后分别采用热重分析法和扫描电子显微镜测试技术进行表征测试,最后分析阻燃木材的各种力学性能测试。研究结果表明:喷涂阻燃剂的木材其性能效果均优于未喷涂的木材。特别针对未涂油漆的原木构件,可以采用有机磷杂环阻燃剂或磷—氮类阻燃剂;普通油漆的木构件则适用于磷—氮类阻燃剂,而处理桐油木构件应用磷—氮类阻燃剂或阻燃油。     

武威磨咀子出土木器腐蚀病害与机理分析

武威磨咀子是甘肃古代糟朽木器的重要发现地之一,鉴于北方干燥地区出土的潮湿而糟朽(缺饱和水状态)漆木器与南方潮湿地区出土的浸饱水漆木器之间的差异,致使其保护材料与技术方法不同。本工作通过对武威磨咀子出土木器腐蚀病害与机理分析,着重从病害类型、影响藏品保存因素、材质物理化学组成、材质结构缺陷性及藏品的陈列和保存环境方面进行了全面、综合的科学分析。分析结果表明:武威磨咀子出土糟朽木器腐蚀病害发生是内外因素长期影响和作用的结果,得出保持保存环境的稳定性和控制木质材质中含水量是解决保护问题的关键,可为“十一五”期间甘肃馆藏木器文物实施全面保护修复提供详实的信息和技术支持。     

四川广汉龙居寺中殿建筑热湿环境特征研究

为了解广汉龙居寺中殿建筑热湿环境特征,采用基于物联网技术的环境温湿度监测系统对建筑空间温度和相对湿度进行监测,分析建筑空间温湿度时空变化规律,评估建筑热湿环境特征,探讨热湿环境对文物保存的影响。结果表明,该建筑对外界环境温湿度变化具有较好的缓冲和隔离作用,建筑内部热湿环境对文物保存不利,主要体现在相对湿度高、波动大,湿度调控将是文物预防性保护的关键。建筑热湿环境为壁画酥碱和霉斑病害主要成因,同时促进了编竹夹泥墙体结构安全问题的发生。研究成果不仅丰富了对四川地区明代编竹夹泥墙木结构古建筑热湿环境特征的认识,而且为该建筑壁画病害和墙体结构安全问题的成因分析提供了依据。