性能,见图,该作法称为侧脚榫卯节点太和殿梁和柱采用榫体的刚度远大于木构架,且对木构架的振动有限制作用,因而不考虑墙体构造后,模型的自振周期明显增大侧脚构造可提高结构整体的稳定性及刚度,因而当不考虑侧脚构造时,模型刚度减小,自振周期增大榫卯节点及斗拱均具有定刚度值,且能发挥减震作用,而当其刚度增大时,模型整体的自振周期则外檐柱脚不做侧脚处理,其它构造均考虑不考虑榫卯节点指有限元模型榫卯节点的刚度取值∞,其它构造均考虑不考虑斗拱连接指有限元模型中斗拱刚度取值∞,其它构造均考虑不考虑厚重屋顶指有限元模型中屋顶重量减轻,其它构造均考虑不考虑填充墙体指有限元模型中去掉充填墙体部斗拱刚度参数为另由于太和殿部分檐柱及金柱受墙体嵌固,柱底在地震作用下产生滑移的可能性很小且古建木柱柱底与柱顶石之间的摩擦系数约为,在度多遇地震作用下不会产生故宫太和殿减震结构探索,减小地震作用下构架产生的位移维地震作用下,结构在向竖向的位移响应很小,这主要因为竖向地震波加速度峰值远小于重力加速度,尚不至于引起结构在竖向产生明显振动号节点域号节点相比,各工况条件下,后者的位移响应峰值普遍更大,这反映地震波沿竖向传播时,即使有上述不同构造对结构位移性能,因而本文分析结果更贴近古建中实际情况相应的,关于墙体的模拟有如下说明有限元程序中的单元适用于薄到中等厚度的壳结构,该单元有个节点,每个节点有个自由度,具有应力刚化及大变形功能,因而可用于模拟墙体根据古建施工工艺特征,先立柱,再砌筑填充墙包裹嵌固对木构架位移的约束作用主要通过墙体对木构架的嵌固力产生榫头与卯口之间的相对摩擦与转动可耗散部分地震能量,因而减小构架位移斗拱则由于上下分层,且各层构件之间的挤压与摩擦也可产生减震效果侧脚可降低太和殿结构整体重心,并提高结构稳定性能厚重屋顶则可增加太和殿结构的抵抗弯顶照片见图瓦面底瓦与盖瓦合计约厚通过灰背约厚粘接在望板上,望板则钉在椽子背上,而椽子固定在檩上易知屋顶厚重,且瓦面望板椽子及檩形成个整体,有利于提高结构稳定性能墙体太和殿的山面及后檐砌筑厚的外墙,山面砌筑厚的内墙,上述墙体的具体位置详图,相关照片见图墙体采用低直榫形状特点是榫头端部和根部样宽,主要用于需要拉结,但无法用上起下落方法安装的部位,如穿插枋两端抱头梁与金柱相交处瓜柱与梁背相交处等斗拱太和殿斗拱做法是明清斗拱的最高形制,上下两檐均用溜金斗拱,斗口尺寸,见图下檐为单翘重昂踩斗拱,斗拱高度即坐斗底皮至挑檐桁下皮的垂直距号灰浆及砖石砌筑而成,主要起维护作用有限元模型采用有限元分析程序研究太和殿的减震性能采用梁单元模拟梁柱,质点单元模拟屋顶质量,壳单元模拟嵌固在柱间的墙体由于已有文献中木构古建有限元分析少有考虑墙体,而墙体对木柱的嵌固作用影响木构架整体抗故宫太和殿减震结构探索构造特征太和殿构造特征主要包括如下几个方面柱身侧脚太和殿檐柱柱高,柱径根据清代大木工艺特征,太和殿外檐周圈柱子的下脚向外侧移檐柱高的,使柱子的上端略向内倾斜,以增加建筑物的稳定性能,见图,该作法称为侧脚榫卯节点太和殿梁和柱采用榫斗拱层后,其加速度响应反而降低工况和工况分别不考虑榫卯节点或斗拱构造,因而号节点的加速度响应比号节点大结语不同工况条件下,不考虑墙体时太和殿模型的基本自振周期最大,不考虑榫卯连接时太和殿模型的自振周期最小地震作用下,不同构造对减小太和殿结构位移响应的贡献程度大小顺序为墙应要远小于水平向,这主要因为竖向地震波加速度峰值远小于重力加速度,结构在竖向振动不明显当不考虑构造时,节点的加速度响应峰值都要比考虑构造后的峰值大,且越大越反映该构造对结构抗震性能的的影响程度由表和表可知,榫卯节点的摩擦滑移减小太和殿木构架的加速度响应最明显其次是嵌固立柱,墙体顶部则与额枋有较小空隙般用抹灰填充因此在建立有限元模型时,利用墙体两侧柱的顶部底部共个节点建立壳单元模型,并赋予厚度参数考虑榫卯节点及斗拱均有减震性能,采用刚度矩阵单元模拟其刚度特性,其中榫卯节点的刚度参数为,号灰浆及砖石砌筑而成,主要起维护作用有限元模型采用有限元分析程序研究太和殿的减震性能采用梁单元模拟梁柱,质点单元模拟屋顶质量,壳单元模拟嵌固在柱间的墙体由于已有文献中木构古建有限元分析少有考虑墙体,而墙体对木柱的嵌固作用影响木构架整体抗,减小地震作用下构架产生的位移维地震作用下,结构在向竖向的位移响应很小,这主要因为竖向地震波加速度峰值远小于重力加速度,尚不至于引起结构在竖向产生明显振动号节点域号节点相比,各工况条件下,后者的位移响应峰值普遍更大,这反映地震波沿竖向传播时,即使有上述不同构造对结构位移上述不同构造特征对减小太和殿结构整体的地震位移响应可发挥定作用对于工况工况而言,节点的位移响应峰值越大,则反映该构造特征对减小太和殿结构位移响应越有利从表和表提供的数据来看,不同构造特征对减小太和殿整体位移的贡献程度大小顺序为墙体榫卯节点斗拱侧脚厚重屋顶其中,墙故宫太和殿减震结构探索榫卯节点斗拱侧脚厚重屋顶地震作用下,不同构造对减小太和殿结构加速度响应的贡献大小顺序为榫卯节点墙体斗拱侧脚厚重屋顶作者周乾闫维明关宏志纪金豹单位北京工业大学工程抗震与结构诊治北京市重点实验室故宫博物院北京工业大学交通工程北京市重点实验室故宫太和殿减震结构探,减小地震作用下构架产生的位移维地震作用下,结构在向竖向的位移响应很小,这主要因为竖向地震波加速度峰值远小于重力加速度,尚不至于引起结构在竖向产生明显振动号节点域号节点相比,各工况条件下,后者的位移响应峰值普遍更大,这反映地震波沿竖向传播时,即使有上述不同构造对结构位移体斗拱侧脚厚重屋顶从号节点与号节点的加速度响应峰值对比情况来看,工况条件下,号节点的加速度响应峰值均大于节点,这是因为上述工况均考虑榫卯节点及斗拱构造,榫头与卯口之间的摩擦滑移以及斗拱分层之间的摩擦挤压均可耗散部分地震能量,因而地震波沿结构竖向传递时,经过榫卯节点抗震设计规范可知,该结构在多遇地震作用下的水平地震影响系数的最大值为,场地特征周期为,阻尼比取值对太和殿有限元模型施加向单点响应谱,在各个方向均考虑,采用体,由于墙体承担部分地震力,因而可减小木构架的加速度响应斗拱通过构件之间的摩擦和挤压来减小结构的地震响应,但减震能力略低于榫卯节点厚重屋顶及侧脚构造均能上减小结构整体的加速度响应,但减震能力相对较低因此,太和殿不同构造对减小结构整体加速度响应的贡献大小顺序为榫卯节点号灰浆及砖石砌筑而成,主要起维护作用有限元模型采用有限元分析程序研究太和殿的减震性能采用梁单元模拟梁柱,质点单元模拟屋顶质量,壳单元模拟嵌固在柱间的墙体由于已有文献中木构古建有限元分析少有考虑墙体,而墙体对木柱的嵌固作用影响木构架整体抗的限制作用,上部结构的位移仍大于下部结构加速度响应基于不同工况条件下的谱分析结果,获得号节点号节点在不同方向的加速度响应峰值,列于表和表工况条件下,两个节点在不同方向的加速度响应峰值要比前面任何工况低这说明上述不同构造条件对减小结构的加速度响应具有定作用结构在竖向的加速度对木构架位移的约束作用主要通过墙体对木构架的嵌固力产生榫头与卯口之间的相对摩擦与转动可耗散部分地震能量,因而减小构架位移斗拱则由于上下分层,且各层构件之间的挤压与摩擦也可产生减震效果侧脚可降低太和殿结构整体重心,并提高结构稳定性能厚重屋顶则可增加太和殿结构的抵抗弯榫卯形式连接,即梁端做成榫头形式,插入柱顶预留的卯口中,见图太和殿榫卯节点形式有很多种,但归纳起来可分为燕尾榫和直榫两种节点形式燕尾榫又称大头榫银锭榫,它的形状是端部宽根部窄,与之相应的卯口是里面大外面小它常用于拉扯联系构件,如檐枋额枋金枋脊枋等水平构件与垂直构件相交部法合并模态,获得太和殿的内力及位移响应限于篇幅,选取明间金柱上部号节点及明间脊檩正中号节点进行分析上述节点位置详图所示,节点的位移响应峰值见表表所示,其中为水平向,为竖向对于号节点及号节点而言,与前种工况相比,工况条件下节点在方向上的位移响应峰值最小这说故宫太和殿减震结构探索,减小地震作用下构架产生的位移维地震作用下,结构在向竖向的位移响应很小,这主要因为竖向地震波加速度峰值远小于重力加速度,尚不至于引起结构在竖向产生明显振动号节点域号节点相比,各工况条件下,后者的位移响应峰值普遍更大,这反映地震波沿竖向传播时,即使有上述不同构造对结构位移下降屋顶质量下降时,模型整体质量减小,因而自振周期减小此外,由图可知,除墙体构造外,太和殿其它构造参数发生变化时,其模型自振周期变化幅度不大,且变化趋势相近位移响应太和殿所在位置的抗震设防烈度为度,设计基本地震加速度值为,抗震设计分组为第组,场地类别可按ΙΙ类考虑由建对木构架位移的约束作用主要通过墙体对木构架的嵌固力产生榫头与卯口之间的相对摩擦与转动可耗散部分地震能量,因而减小构架位移斗拱则由于上下分层,且各层构件之间的挤压与摩擦也可产生减震效果侧脚可降低太和殿结构整体重心,并提高结构稳定性能厚重屋顶则可增加太和殿结构的抵抗弯,其它构造均考虑全部考虑指有限元模型考虑上述所有构造特征,即图所示的有限元模型减震分析自振周期对上述种工况条件下的有限元模型进行模态分析,获得模型的自振周期变化曲线见图所示曲线表明不同工况条件下太和殿模型基本自振周期的大小顺序为工况工况工况工况工况工况这是因为移因此考虑柱底的约束方式为铰接基于上述假定,可建立含上述抗震构造的太和殿有限元模型如图所示,其中含梁柱单元个,屋顶质点单元个,榫卯节点单元个,斗拱单元个,墙体单元个为研究不同构造对太和殿结构减震性能的影响,考虑种工况进行分析,见表相关说明如下不考虑