秋风楼顶层悬柱的抗震问题初探

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建筑文化是我国古代文化中一个重要的组成部分,而木结构建筑是我国古代建筑中主要的建筑形态,在我国传统文化中占有很重要的地位。人类自古以来就频繁受到地震灾害的破坏,而我国又是世界上地震发生较多的国家之一。尽管如此,我国很多年代久远的古建筑都在灾害中完整地保存了下来,这使得古代木结构建筑抗震性能的研究受到人们的关注。  长期以来,国内外许多学者都对木结构古建筑进行了大量的研究。尤其是到了现代,耗能减震和结构抗震控制理论的发展,使人们能从一个全新的角度并使用新的研究方法来探讨古建筑中所使用的抗震技术。对古代木结构的建筑结构和抗震性能的研究,除了具有非常重要的理论成果意义,可以为现代的结构抗震设计提供借鉴和研究思路外,更重要的是能为古建筑的抢险、加固、修复等保护工程提供可靠的依据。  本文在介绍山西省万荣县后土祠的地理位置、历史变迁和后土文化等相关背景的基础上,对祠内的清代砖木结构建筑——秋风楼的历史演变和建筑结构进行了介绍,并探讨了其顶层悬柱结构为达到抗震目的而被设计的依据。考察结果表明,由于秋风楼位于地震活动频繁且震级较强的泾渭地震带上,所处位置的大风灾害也比较严重,并且与同时期建筑相比属于高层建筑,因此利用独特的悬柱结构起到抗风减震的作用成为可能。在此基础上,文章对悬柱的抗震作用从整体上进行了简要的分析,并着重从理论上和软件分析上对悬柱的抗震作用进行了研究。  文章认为,理论上悬柱结构的作用分为以下几个方面:支撑结构可以增加屋顶的刚度,使第三层结构更加稳定;悬柱的存在降低了第三层的重心位置,增加结构稳定性,并使屋顶对下部结构的压力进一步增大,增强下部结构构件之间咬合的程度;悬柱在八个方向与支撑杆件的榫卯连接结构可以通过摩擦耗能和变形的方式消耗地震能量;悬柱可以利用类似于摆式阻尼器的减震原理,通过对整体结构在摆动时产生的反作用力来减震。对悬柱结构软件模拟的计算结果表明,悬柱的存在能对所模拟结构的地震反应产生影响,当输入地震加速度较小时,悬柱对结构的抗震作用不很明显;当输入的地震加速度较大时,悬柱对结构的抗震作用明显,且悬柱越长、质量越大,对结构的减震作用也越大。
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