大乘寺后寺配殿抗震性能分析

張 宇

(齊齊哈爾大學建筑與土木工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

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大乘寺后寺配殿抗震性能分析

張 宇

(齊齊哈爾大學建筑與土木工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

齊齊哈爾是地處6度抗震設防烈度地區，結合大乘寺后寺配殿的結構特點，研究了其抗震機理，根據現有相關的規范和設計準則，對后寺配殿的主要構件進行承載力驗算，結果表明，后寺配殿少部分構件截面的承載力不滿足抗震設防的要求，進而提出了一些后寺配殿的抗震加固建議。

大乘寺，抗震機理，承載力，穩定性

齊齊哈爾大乘寺始建于1943年，是60多年前保存最為完整的寺廟建筑之一，它坐落于黑龍江省齊齊哈爾市繁華的市中心，占地面積3.1萬m2，是黑龍江省內規模最為宏大的寺廟建筑群。大乘寺分為前寺和后寺，兩寺僅有一墻之隔，其中后寺又分為山門、對廳、前殿、后殿、配殿等建筑，配殿見圖1。本文以后寺配殿為研究對象，對其抗震機理進行分析，并對后寺配殿的結構構件進行承載力驗算，得到一些加固措施的建議。

1 結構抗震機理

1)臺基的抗震機理。臺基也叫基座，指的是木結構的古建筑地基與柱底間用磚或石包裹的部分，沿邊角設置的石材起到了嵌角鑲邊的作用，能很好的保護邊角不被損害，同時也有效的控制了臺基的側向位移，提高了臺基的穩定性[1]。從結構抗震的角度講，臺基有利于維持上部結構的整體性。臺基地面將整個結構與自然地面分隔開，而臺基充當了整個結構的底座。當自然地面和人工臺基的剛度相差較大時，臺基就首先起到了很好的隔震作用，過濾掉一些地震的峰值。另一方面，臺基相對柱子尺寸較大，能使基底的受力更加均勻，有效減少不均勻沉降。

2)鋪作層的抗震機理。鋪作層指的是柱框層與梁架層中間部分的過渡層，承受屋蓋的荷載并轉化成集中荷載傳遞到柱框層，進而傳遞到基礎。由于鋪作層本身柔性的特點，它可以有效的防止震動和沖擊，通過層間的滑移和變形來吸收震能。斗拱是鋪作層的重要組成部分，一般放在梁下部并向兩邊挑出，斗和拱是兩個基本構件，以彈性較好、材質比較均勻的松木、柏木為主要材料。在外力作用下，斗拱的整體可以橫豎兩個方向轉動，它從受力角度看類似于彈簧減震支座，有一定的緩沖和減震的作用，能有效的防止應力集中，保持結構穩定[2]。

2 抗震承載力驗算

2.1 計算簡圖和基本假定

后寺配殿的結構形式為3層磚木結構，主體為抬梁式木框架結構體系。3層橫縱向均有一跨，跨度為2 330 mm，柱高H3=2 700，柱直徑d=230 mm；2層橫縱向均有一跨，跨度為2 790 mm，柱高H2=3 000，柱直徑d=230 mm；1層橫縱向均有3跨，跨度依次為800 mm,3 240 mm,800 mm，木柱柱高H1=3 690 mm，柱直徑d=230 mm。首層的計算模型和計算單元的選取如圖2，圖3所示。各層邊柱采用磚墻包柱形式，受到墻體的約束作用，提高了一定的抗側能力，故柱底簡化為固定。而柱頂端，由于抬梁與木柱之間沒有強錨固約束，故柱頂簡化為鉸接形式。橫向框架梁視為剛性無窮大構件，即在側向水平荷載作用下忽略其自身彈性變形，各柱柱頂水平位移相等。

2.2 重力荷載代表值

根據大乘寺后寺配殿的實測圖紙，考慮計算單元并且結合GB 50009—2001建筑結構荷載規范[3]，經計算得到的豎向荷載值如表1所示。

表1 豎向荷載值 kN

2.3 水平地震荷載

根據GB 50011—2010建筑抗震設計規范[4]可知齊齊哈爾地區為6度抗震設防地區，場地類別為Ⅱ類，設計分組為第二組。后寺配殿的安全等級為一級，按照乙類建筑來計算。規范提出的計算方法是底部剪力法對橫向水平地震作用進行計算，根據柱子的抗側移剛度進行剪力分配求得各柱子剪力，最后根據結構力學方法求得柱底彎矩。

根據《古建筑木結構維護與加固技術規范》[5]中關于地震周期的計算公式得出：

T1=0.05+0.075H=0.05+0.075×4.635=0.398 s。

查《建筑抗震設計規范》得Tg=0.35，αmax=0.04，由于T1>Tg，根據地震影響系數曲線可知，α1=ηαmax=0.95×0.04=0.038。

根據《古建筑木結構維護與加固技術規范》公式(4.2.3)計算地震作用，有FEK=0.72α1Geg，其中Geg=1.15GE，則:

FEK3=0.72×0.038×1.15×436.35 kN=13.73 kN；

FEK2=0.72×0.038×1.15×915.85 kN=28.80 kN；

FEK1=0.72×0.038×1.15×1 957.6 kN=61.60 kN。

2.4 構件的內力計算及內力組合

由于3層結構屬于內縮式框架，而且柱子數目不同，所以應分層計算。3層及2層均有4個邊柱，1層有16個柱子，受力按中柱和邊柱分別均勻受力。

據每根柱受荷面積計算出恒載作用下各柱承擔的軸力NGki，3層和2層柱子對稱，故N3Gk1=N3Gk2=N3Gk3=N3Gk4=30.3 kN；同理N2Gk1=N2Gk2=N2Gk3=N2Gk4=123.25 kN。

1層邊柱：N1Gk1=53.15 kN；1層中柱：N1Gk2=106.3 kN。

根據《古建筑木結構維護與加固技術規范》取活荷載為不上人屋面荷載標準值0.7 kN/m2，上人屋面荷載標準值2.0 kN/m2。

則根據每根柱受荷面積計算出活載作用下各層柱承擔的軸力NQki為：N3Qk=1 kN;N2Qk=4 kN；1層邊柱：N1Qk1=2.35 kN；1層中柱：N1Qk2=4.69 kN。

柱內力控制截面取柱底截面，并考慮抗震設計內力組合和非抗震設計內力組合，具體組合情況如表2和表3所示。

表2 3層和2層各柱彎矩和軸力組合

表3 1層各柱彎矩和軸力組合

2.5 構件截面承載力驗算

根據已求出的各柱最不利內力，根據GB 50005—2003木結構設計規范[6]查得相關計算參數和計算公式，校核各木柱強度以及穩定性是否滿足要求。

3層柱抗壓彎強度的驗算中最不利內力M=12.1 kN·m，N=41.9 kN，圓柱d=230 mm2，查規范得到各參數如下：

γ0=1.1，fm=17×0.9=15.3 N/mm2,fc=15×0.9=13.5 N/mm2，fv=1.6×0.9=1.44 N/mm2。

根據文獻[8]中壓彎強度計算公式：

(1)

將各參數代入，計算如下：

故3層柱的抗壓彎強度滿足承載力要求。

穩定性驗算中各參數如上，根據如下公式計算：

(2)

故3層柱穩定性滿足要求。

1層中柱穩定性滿足要求，抗壓強度滿足承載力要求。

3 工程加固設計建議

大乘寺后寺配殿框架抗震承載力不完全滿足要求，經計算后寺配殿各柱進行加固處理后的2層柱直徑滿足d≥300 mm，1層邊柱進行加固處理后的邊柱直徑滿足d≥310 mm，即可滿足抗震承載力的要求。為了最大程度的保持古建筑的價值，加固施工應盡量不破壞原有結構，因此不可大面積置換原有構件，根據這個原則對后寺配殿進行以下的加固：1)增加柱的總截面面積是最為有效的加固方法，提高柱子強度的同時還能增加穩定性?？稍谀局c墻體交接的位置設置構造柱，必要時在原結構柱兩側布置構造柱，然后沿柱子高度方向每隔一定距離設置拉結鋼筋。研究表明單側布置構造柱時強度提高了40%以上，雙側布置構造柱時強度提高了50%～110%，后寺配殿需要加固的柱采用單側布置構造柱即可滿足強度要求，為了大限度提高整體穩定性，采用雙側布置，構造柱直徑為200 mm。2)基于大乘寺后寺配殿的部分柱子或柱子的部分截面存在著裂縫和腐蝕的情況，橫向約束法也是一種非常行之有效的方法?？稍谥有枰庸痰牟课换驖M柱間斷環箍玄武巖纖維布，粘結劑為纖維布配套環氧樹脂。研究表明以100 mm為間距粘貼纖維布單層加固時承載力可提高10%～20%，后寺配殿采用間距為70 mm雙層布置纖維布即可滿足承載力的要求。3)為了更好的保證后寺配殿的抗震性，還應加強一些細部構造上的維護措施。

4 結語

本文對齊齊哈爾大乘寺后寺配殿進行抗震機理的分析。柱底的臺基起到了隔震減震的作用，并給予柱子足夠的錨固力。柱頂鋪作曾的榫卯體系和斗拱也具有足夠的彈性，起到一定的緩沖作用。通過現有抗震規范和古建筑規范中的相關要求對后寺配殿的主要構件進行抗震承載力的復核，發現邊柱的承載力不滿足計算要求，進而給出了增設構造柱和粘貼纖維布等加固設計建議。

[1] 權吉柱.木結構古建筑殿堂型結構的耗能減震機理分析[D].西安:西安建筑科技大學，2007：13-21.

[2] 李國強，李 杰，蘇小卒.建筑結構抗震設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2009：27-91.

[3] GB 50009—2012，建筑結構荷載規范[S].

[4] GB 50011—2010，建筑抗震設計規范[S].

[5] GB 50165—92，古建筑木結構維護與加固技術規范[S].

[6] GB 50005—2003，木結構設計規范[S].

Seismic behavior analysis of the back hall in Dacheng temple

Zhang Yu

(SchoolofArchitectureandCivilEngi.,QiqiharUniv.,HeilongjiangQiqihar161006,China)

Qiqihar is located 6 degree earthquake intensity area, study its seismic mechanism combined with the structure characteristics of Dacheng temple. Then calculating the bearing capacity to the main components of the hall combined with the existing relevant specification and design guidelines, the results show that the bearing capacity of a small part of components section does not meet seismic requirements, and then puts forward some opinions in view of the back temple hall in seismic strengthen aspects.

Dacheng temple, anti-seismic mechanism, bearing capacity, stability

1009-6825(2016)24-0047-03

2016-06-11

張 宇(1988- )，男，碩士，助教

TU352

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