木结构房屋的抗震性能及保护措施.ppt

木结构房屋的抗震性能及保护措施前言木结构房屋的震害特点分析木结构房屋中,结构构件的联结均采用榫卯联结,虽然榫卯削弱了木构件的承载面积,使结点处的承载力有所下降,但古建筑结构中材料余度很大,削弱后的木截面面积仍足以承受较大荷载,从而充分利用了半刚性接头的柔性。榫卯联结不仅改变了结构的特性,而且在地震中由于榫卯接触面的摩擦,耗散了地震能量,相当于在节点处安装了阻尼器,从而减小了结构的地震响应,典型的榫卯结构如图所示。作为围护结构的砖墙,由于它嵌砌在木柱之间,虽然不承受竖向荷载,但能传递和承受一定的水平地震荷载,提高结构的抗侧刚度,对提高结构的抗震能力有一定的作用。
除此之外,木结构有良好的受力性能,它对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏具有良好的延展性,其破坏过程是一个渐变的屈服过程,当房屋在地震中晃动时,木结构骨架仍然可以保持结构的整体稳定。在高烈度区,存在木构架房屋保持主体构架屹立不倒的实例。如1998年张家口地区发生的地震中,木结构房屋的破坏是以围护结构的倒塌或严重破坏为主,木屋盖只有极少数坍塌现象,表现出良好的抗倒塌性能。木结构房屋围护墙、山墙如果采用碎石土或土坯砌成,其结构性较差,在动荷载作用下极易开裂、酥散,在中、低烈度地震作用下可能发生开裂、倾斜甚至倒塌等震害。西安古城有许多木结构房屋,西羊市4号院民居1,坐落于西大街鼓楼以北西羊市街内,向南为化觉巷清真寺,这里是西安穆斯林聚集的地方,人口密度大,商贸餐饮业发达。
该民居座南面北,分前后两院,前院有门房、过厅,后院有二门、东西厢房和正厅,现存院落南北长54m,东西宽11m,平面呈长方形。门房、正厅均为单层两坡硬山建筑,正厅为一楼一底,厢房为单坡单层硬山建筑。
该院民居大约建于清代晚期,已有约一百多年的历史。该院民居保存基本完整,木构架保存完好,门窗改动较大,已非原物,后院地面基本保持原貌,阶沿基本保存完整,个别出现断裂,前院地面因后期改造已非原貌,屋面由于长期失修,多已残破。4号院部分平面示意图在对4号院民居进行抗震分析时,按8度抗震设防考虑,对计算所得荷载用《木结构设计规范》(GB50005—2003)进行抗弯抗拉承载力验算、稳定性验算以及抗压承载力验算，采用有限元分析软件进行计算。
木材为TCl3A组,柱的抗压弯承载力以及稳定性均能够达到要求;梁的抗弯承载力和抗剪承载力绝大部分都能满足规范要求,只有极个别的小梁抗弯和抗剪承载力较弱。
由于填充墙的存在减小了木框架的侧移,即加大了木框架的刚度,在地震时会增加整个框架的地震力。但也由于墙元的存在,它又相当于剪刀撑,使得木框架的空间整体性能更好,有利于木结构房屋的抗震,这一点在分析中未考虑,它是结构分析中的安全储备。通过对古建木结构房屋的调查研究和单体房屋的受力分析,认为木结构房屋本身具有很多有利于抗震的特性,是一种抗震性能良好的结构形式,但古建木结构房屋大多数建造年代久远,抗震能力的好坏受诸多因素的影响,如采用的木材种类、构造形式、工匠技艺、保护措施等,特别是木材的腐朽程度与填充墙体的形式、质量和联结措施,对其抗震能力有很大的影响。(1)木柱木梁房屋的高度不宜超过3m。在所调查的木结构房屋中,其高度均已超过3m;
(2)8度和9度时,柱脚应采用铁件或其它措施与基础锚固。由于现有的木结构房屋大都年代久远,柱底直接搁置于基础上或直接嵌入基础的凹槽,并没有考虑相应的锚固措施;
(3)围护墙应与木结构可靠拉结,土坯、砖等砌筑的围护墙不应将木柱完全包裹,宜贴砌在木柱外侧。从调查的情况来看,这些房屋并没有做到这一点。(1)对木材质量好,木结构框架强度下降不多、维护保养较好的房屋,主要是观察建筑的节点连接、填充墙材料和砌法及其与木柱的联结方式等,视情况采取构件间的拉接和墙体的加固;
(2)对木结构框架的木材已有腐朽、强度下降较多的房屋,或木结构房屋的基础出现不均匀沉降,或其它强度方面的问题,要进行主体的加固措施,若房屋无保留价值,应考虑退役;
(3)对于木结构框架完好,填充墙为土坯或为砖砌体但已开裂损坏的,可考虑加固或更新墙体,在加固或更新的过程中,应注意柱与墙体的连接,如采取沿墙高每600~800mm设置一木压条,压条与木柱钉牢等措施。