摘要：根據國內外的有關文獻資料，本文研究了影響木結構抗震的主要因素，針對框架式木結構設計了適合室內進行的試驗方案，同時對對稱性結構和非對稱性結構的抗震性能做了比較研究。
　　關鍵詞：對稱木結構；震動試驗；抗震性能
　　
　　木結構建筑是自然、舒適、可循環利用的綠色建筑，木結構建筑的抗震性能比較好，尤其是具有對稱性的木結構，當房屋處于震動狀態時，對稱性有利于木結構保持結構的穩定和完整性，對瞬間沖擊荷載和周期性疲勞破壞具有良好的延展性，對稱性結構漸變的屈服過程可以減輕地震對建筑物的破壞，因此如何利用好對稱性在木結構抗震設計中具有重要的意義。
　　1.對稱性結構在抗震設計中的意義
　　對稱性對于建筑結構的抗震非常重要，對稱性包括建筑平面的對稱、質量分布的對稱、結構抗側移剛度的對稱三個方面。最佳的方案是使建筑平面形心、質量中心、抗側移剛度中心在平面上位于同一點上，豎向位于同一鉛垂線上，簡稱“三心重合”，建筑平面對稱在古代和現代建筑中被廣泛的采用，見圖1.1和圖1.2。建筑平面形狀雙軸對稱是最理想的，但有時局限于設計的要求也只能一個軸對稱，有時甚至沒有對稱軸。建筑平面對稱并不能完全保證結構不發生扭轉，在建筑平面對稱和結構剛度均勻分布的情況下，如果建筑物質量分布有較大偏心，當遇到震動作用時，由震動產生的慣性力將對結構中心產生扭矩，引起建筑物的扭轉破壞，這里也涉及到側移剛度的對稱，即使建筑平面是對稱的，在對稱的建筑外形中進行了不對稱的建筑結構布置，結構側移剛度中心明顯的與建筑平面形心和建筑質量中心偏離，造成結構剛度不對稱而發生破壞。
　　 
　　圖1.1中國對稱木結構古建筑平面圖 圖1.2現代對稱性結構建筑平面圖
　　2.對稱性結構在抗震設計中的基本原理和要求
　　地球上每年發生地震次數在三十萬個左右，大多數地震強度較小，基本不會對我們的建筑物造成破害，但是較大強度的地震如果發生在人口稠密的區域，就會造成較大的破壞和人員傷亡，據估計全世界每年平均有近兩萬人在地震中喪身，由于地震這種自然現象的不可預報性，工程師們唯一可做的事情就是設計建造能抗震的結構，在過去的幾百年里，工程師和科學家們不斷地觀察研究地震災害，并逐步清楚了影響結構抗震性能的主要因素，在選擇材料和結構設計中首先考慮地震的影響，木結構建筑重量輕，吸收能力強，具有良好的抗震性能，在古代結構設計和現代結構設計中被廣泛采用，并且木結構的抗震性能也在歷次強烈地震中得到了驗證，因此，精心建造的木結構建筑能夠給人們帶來安全感。
　　木結構建筑的抗震設計應該在設計的開始階段，如果設計初期沒有考慮結構的抗震性能，只是一味的追求總體外形美觀是錯誤的，木結構抗震總的原則是平面設計應盡可能的對稱，如圓形、矩形、正方、十字型形等對稱結構，若采用T型、L型結構，翼緣長度與主體結構盡可能保持長度上的相等，如果翼緣長度過短應該通過擴充的連接使其與主體結構分開，保證主體結構的對稱性。結構設計要求平面對稱的同時，高度上的對稱也是必須考慮的，高度上的對稱保證了豎直方向荷載與結構的質心和抗矩的形心一致，結構設計中高度方向的突變從抗震觀點看是不可取的，但建筑結構中垂直方向的不規則也是常見的，結構外形的突變會引起強度和剛度的不連續，在震動過程中突變處的剛度會急劇降低，發生較大的側移并導致整體結構的失效，因此設計中必要的突變應盡可能的與結構的尺寸成比例的變化，使結構強度和剛度沿著高度方向變化的曲線盡可能是平緩光滑的，避免結構形心偏移產生較大的剪力，使結構產生嚴重的扭轉。
　　3.對稱結構抗震試驗及抗震分析
　　本試驗遵照現行有關規范設計出尺寸相同的單層單跨木柱木框架模型，模型跨度為700mm，木柱高度為800mm，木屋架的高度為400mm，木材料選用松木，截面尺寸為40×60mm，結構整體連接采用榫接，并按照抗震規程要求在屋架與柱的連接處設置斜撐，數據采集選用DY－8－16動態數據采集系統，載荷施加采用GZCS－2型加載試驗機，設防烈度為Ⅷ度，設計地震分組為二組，設計場地為Ⅰ類場地，第一組重力荷載代表值G=200kN，均勻施加，結構線剛度，阻尼比為0.05，h=0.5m。第一階段試驗單向加載，當單方向施加水平線載荷K1＝200KN/m時，模擬結構承受水平方向的地震力，結構發生水平方向上的震動，隨著震動的發生固定柱腳發生相對位移，結構在水平推力的作用下有開裂的趨勢，數據采集儀器顯示出往復式滯回曲線，重復加載滯回曲線呈現典型的梭形，由此可見對稱性結構的塑性變形能力很強，能夠很好的吸收地震能量具有良好的抗震性能。第二組試驗采用非對稱載荷，荷載代表值仍為G=200kN，模擬非對稱結構重復上述試驗，隨著水平荷載的增加，非對稱結構的滯回曲線的形狀呈現出反S形，并且結構出現較大的位移，比較而言非對稱結構的滯回曲線形狀不規則，有較大的峰值，由此也說明該結構的延性和地震能量吸收能力比較差。
　　第二階段試驗施加雙向載荷，第一組結構仍然均布施加重力載荷，當K1方向施加水平力出現位移后，從另一個方向施加線載荷K2，K2載荷大小通過K1位移進行控制，當K1加載至150KN時位移達到2mm左右，一側結構出現扭曲用于抵抗水平作用力，此時施加K2至20KN時，K1加載方向位移沒有增加，繼續均勻增加K2值到80KN時，結構出現縫隙，K1加載方向位移達到4mm，此時觀察K2滯回曲線所包圍的面積變小，可以看出整體剛度較K1滯回曲線變化不大，塑性變形也很小，K1卸載后結構仍處于彈性階段。第二組試驗采用非對稱重力載荷模擬非對稱結構重復上述試驗，結果當K2值加至30KN時，K1加載方向位移達到6mm，繼續均勻增加K2值到80KN時，結構幾乎解體，K2滯回曲線呈反S曲線型，且水平荷載為零時，結構的位移不再回零，發生較大的殘余變形，由于初始施加重力載荷使頂部有較大的偏心矩作用，結構呈現出明顯的不對稱，表現出強烈的非線性變化，這種非線性變化也是結構產生裂縫的主導因素。
　　4.結論
　　通過上述實驗和滯回曲線比較研究發現，對稱性結構能夠明顯改變木結構的抗震性能。由于對稱性結構增加了框架的抗彎剛度，使得結構抵抗水平地震力有了十幾倍的增長，并且當另一個方向同時發生震動時，對稱性結構能夠緩解最大側向位移，而非對稱性結構則不具有這樣的優點，比較而言對稱性結構的抗震性能優于非對稱結構。
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