故宫古建筑结构可靠性问题研究

为保护故宫古建筑,采用归类汇总与理论分析相结合的方法,研究了故宫古建筑木结构的典型残损问题。基于大量现场勘查及理论分析结果,对故宫古建筑存在的典型可靠性问题进行了分类汇总,分析了产生这些问题的原因,提出了可行性加固建议。通过典型算例,对古建筑木结构加固方法进行了深入论证。结果表明:故宫古建筑木结构的柱子、斗栱、榫卯节点、梁架、屋顶、墙体等各部位都容易产生开裂、糟朽、变形、拔榫等可靠性问题并影响结构整体的稳定性能,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;针对不同的可靠性问题,采取合理有效的加固方法,可提高古建筑结构整体的稳定性能。     

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。     

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。     

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.     

砖石古建筑抗震加固方法探讨

地震是砖石古建筑主要破坏原因之一,如何选择合适的抗震加固方法是减少砖石古建筑在地震中破坏的主要措施。本文首先在总结了地震中砖石古建筑的震害特点和现有的加固方法的前提下,对几个已经加固的砖石古建筑的加固方法进行了分析研究,并针对砖石古建筑的抗震加固方法提出了几点建议。本文的研究成果将对砖石古建筑的抗震加固提供一定的参考作用。     

单檐歇山式木构古建抵抗极端烈度地震试验调查研究

为更好地保护我国古建筑,基于《单檐歇山式古建筑抗震性能振动台试验》的相关成果,研究了强震作用下我国明清官式木构古建的抗震性能,制作了与该论文相同的试验模型,进行了振动台试验。通过对模型输入烈度逐渐增强的1940年El-centro波,并考虑地震波为水平双向作用,分析了强震作用下不同构造的试验现象,开展了详细的震后调查,获得了不同构造在强震作用下的抗震性能和震害机制。结果表明:强震作用下,我国明清官式木构古建的振动形式表现为柱架、斗拱、梁架及屋顶的近似同步往复摇摆;主要震害包括柱底偏移、榫卯节点开裂、拔榫、斗拱偏移及错位、额枋-垫板分离、墙体倒塌等,但承重木构架受损不严重,结构未产生倒塌。其良好抗震性能的原因与古建筑的构造特征密切相关。     

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.     

南方地区古建筑木结构的整体性残损点指标研究

古建筑木结构的残损点指标是对古建筑木结构进行结构安全评估和加固修缮设计的重要指标,目前主要依据1992年制定的《古建筑木结构维护与加固技术规范》(GB 50165—92)中的规定,为了对该规范中的构架整体性残损点指标进行验证和补充,本研究通过对南方地区传统的穿斗木构体系和抬梁木构体系的典型榫卯节点和构架的试验研究,得出两种木构体系结构的整体性关键残损点指标,并与GB 50165—92规范进行比较分析。结果表明:规范规定的抬梁式木构架和穿斗式木构架的局部倾斜残损点比试验结果小,规范值偏于安全。规范中规定的抬梁式木构架梁柱榫卯连接残损点略小于试验结果,规范值偏于安全;而规范中规定的穿斗式木构架梁柱榫卯连接残损点对于燕尾榫穿斗木构而言是安全的,但对于透榫穿斗木构而言,则是不安全的。     

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。     

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.     

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。     

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。     

甘肃武威磨咀子出土汉代彩绘木马颜料 分析与修复保护

武威磨咀子考古出土的汉代彩绘木马,不仅数量多,而且形体较大,具有河西汉马的典型特征;根据彩绘木马的材质状况,其类型属于潮湿而糟朽木器,急需进行修复保护。为此,针对目前彩绘木马的保存现状,本修复工作运用现代X-射线衍射分析技术,对木马彩绘颜料进行了分析,物相结果表明:黑色为墨,白色为石膏,红色为朱砂、铅丹。同时遵循原始制作工艺,选用汉代棺板木作为复原材料对残缺部件进行了复原修复,采用无色、透明的有机玻璃(MMA)材料为其制作了辅助支撑底座,使用Paraloid B-72试剂对表面严重糟朽木质、彩绘层实施加固,使用聚醋酸乙烯酯对脱落部件实施粘接,利用原始铆眼套合与加楔技术对木马部件进行了组装;最后,通过安装辅助支撑底座使受损彩绘木马得到了妥善保护,修复取得良好效果。     

古建筑木结构的保护问题

我国古建筑以木结构体系为主,主要承重材料是木材。木材是生物体,由有机物组成,容易发生腐朽、虫蛀、火灾和力学性能衰减等劣化,其中腐朽和虫蛀等生物危害的发生最为普遍。本文重点介绍了古建筑修缮和保护中,木材的保存、干燥、木材防腐处理的通用药剂和使用方法,针对古建筑保护中存在的树种选择困难、木材防腐处理质量和木材含水率过高等问题,提出建议,为古建筑木结构的保护和维修提供最新的信息。