傳統(tǒng)生土窯居地震響應(yīng)分析.pdf

1、傳統(tǒng)生土窯居是由遠(yuǎn)古穴居形式演變而成的近現(xiàn)代人居住宅，是我國勞動人民千百年來生活智慧的結(jié)晶，有著豐富的歷史人文價值。賦存于生土之中的傳統(tǒng)窯居有著獨特的生態(tài)優(yōu)勢—保溫隔熱、冬暖夏涼，在建造及使用過程中幾乎不消耗傳統(tǒng)能源，它源于自然、融于自然而又歸于自然，符合現(xiàn)今提倡的綠色建筑要求，是真正意義上的零能耗住宅、能源自維持住宅；除了其特有的生態(tài)優(yōu)勢外，傳統(tǒng)生土窯居以自支撐土拱構(gòu)成結(jié)構(gòu)體系，安全穩(wěn)固、經(jīng)久耐用，即使處在地震多發(fā)區(qū)，也有屹立百年不倒

2、的范例。傳統(tǒng)生土窯居蘊(yùn)藏著豐富的歷史人文價值、獨特的生態(tài)優(yōu)勢、力學(xué)特性以及豐富的科學(xué)內(nèi)涵。
　　然而，傳統(tǒng)生土窯居在長期的建造實踐中并未考慮地震作用的影響。調(diào)查研究表明，地震作用下傳統(tǒng)生土窯居會發(fā)生嚴(yán)重的破壞?，F(xiàn)存?zhèn)鹘y(tǒng)生土窯居仍有大量在役，一旦發(fā)生地震災(zāi)害，將會直接影響窯居住民的生命財產(chǎn)安全，造成不可估量的損失。目前對于傳統(tǒng)生土窯居地震響應(yīng)方面的研究依然較為匱乏，已有研究極少涉及窯居結(jié)構(gòu)尺寸因素對地震響應(yīng)的影響。因此，針對現(xiàn)有研究

3、的不足，亟需開展地震作用下傳統(tǒng)生土窯居動力響應(yīng)的研究工作，剖析尺寸因素對生土窯居地震響應(yīng)的影響。
　　綜上本文依托“十二五”國家科技支撐計劃課題“傳統(tǒng)窯居建筑結(jié)構(gòu)安全性能提升關(guān)鍵技術(shù)研究”（課題編號2014BAL06B03）開展了以下工作：
　?。?）通過實地調(diào)研獲取豫西生土窯居結(jié)構(gòu)尺寸的數(shù)據(jù)，以調(diào)研所得資料為基礎(chǔ)，統(tǒng)計分析傳統(tǒng)生土窯居覆土厚度、窯室跨度、窯腿寬度的取值范圍；分析結(jié)果表明：豫西地區(qū)傳統(tǒng)生土窯居尺寸數(shù)值分布較為

4、集中，離散程度小，形成了一定的建筑形制。
　　（2）進(jìn)行豫西傳統(tǒng)生土窯居區(qū)原狀黃土力學(xué)性能試驗，獲取原狀黃土密度、彈性模量、內(nèi)摩擦角、黏聚力等基本指標(biāo)；試驗結(jié)果表明：豫西窯居區(qū)土體在窯居深度范圍內(nèi)為黃土狀粉土及少部分的黃土狀粉質(zhì)粘土，土體土質(zhì)較為均勻，土體性能良好。
　?。?）建立生土窯居動力分析模型，探討模型人工邊界的建立，推導(dǎo)地震等效節(jié)點力的計算公式并實現(xiàn)粘彈性人工邊界下地震荷載的施加。以經(jīng)典lamb問題及外源波輸入問題

5、為例進(jìn)行驗算。經(jīng)驗算：所建的生土窯居模型及地震荷載的施加方法合理有效。
　?。?）采用分塊索斯蘭法對生土窯居模型進(jìn)行模態(tài)分析，得到生土窯居隔離體的固有頻率及振型特征。生土窯居隔離體基本自振周期為0.6243s，低階振型為沿自由面法線方向的整體振動，高階振型為窯背覆土的局部振動；橫向振動對窯居影響較大，振動過程中窯背及窯腿部位振動最為劇烈。
　?。?）輸入橫向地震波對生土窯居進(jìn)行動力時程分析，得出窯居結(jié)構(gòu)在多遇及罕遇地震作用下

6、的動力響應(yīng)規(guī)律。結(jié)果表明：多遇地震作用下生土窯居偏于安全，而罕遇地震下則極易發(fā)生破壞。地震作用下窯居結(jié)構(gòu)各部分變形較為一致，但處在一個復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)；地震響應(yīng)沿進(jìn)深方向由內(nèi)至外有放大效應(yīng)，中部窯室近崖面部位動力響應(yīng)最大，其中拱腳、拱間以及窯腿腳部地震響應(yīng)顯著，是窯居的薄弱部位。
　?。?）以生土窯居覆土厚度、窯室跨度、窯腿寬度為變量，計算分析尺寸因素對生土窯居地震響應(yīng)的影響。分析表明：地震作用下，覆土厚度的增加有利于改善拱頂土體的