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第42卷 第5期2023年 9月 地质科技通报B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yV o l .42 N o .5S e p .2023殷鹏程,孙义贤,庞于涛,等.考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响[J ].地质科技通报,2023,42(5):27-35.Y i n P e n g c h e n g ,S u n Y i x i a n ,P a n g Y u t a o ,e t a l .I n f l u e n c e o f f r o z e n s o i l o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f b r i d g e s t r u c t u r e s c o n s i d e r i n gt h e e f f e c t o f t e m p e r a t u r e [J ].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2023,42(5):27-35.基金项目:国家自然科学基金项目(51708527)作者简介:殷鹏程(1983 ),男,高级工程师,主要从事桥梁工程方面工作㊂E -m a i l :p c yi n 0609@163.c o m 通信作者:庞于涛(1988 ),男,副教授,主要从事桥梁抗震方面工作㊂E -m a i l :p a n g y u t a o @c u g.e d u .c n ©E d i t o r i a l O f f i c e o f B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y .T h i s i s a n o pe n a c c e s s a r t i c l e u n d e r t h e C C B Y -N C -N D l i c e n s e .考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响殷鹏程1,孙义贤2,庞于涛2,王晓伟3,朱维元2(1.中铁第四勘察设计院集团有限公司,武汉430063;2.中国地质大学(武汉)工程学院,武汉430074;3.同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海200092)摘 要:近年来冻土区实际桥梁结构的震害已经表明,冻土的存在会增加桥梁基础的土体侧向刚度,可能会使桥梁结构出现更为严重的地震损伤,然而目前缺乏关于地震作用下冻土桥梁结构的冻土-桩相互作用效应以及相应地震响应规律的研究㊂基于所提出的高效非线性数值模型来考虑地震作用下的冻土-桩基础相互作用效应,推导了冻土深度与地表温度的关系,给出了冻土层的p -y 弹簧非线性数值模拟方法,并选择了多条地震实测记录,研究了地震作用下不同冻土深度对规则桥梁墩柱以及支座地震响应的影响规律㊂结果表明,本研究所采用的高效非线性数值模型较好地模拟了冻土下桥梁结构的抗震性能,且所建立的冻土p -y 弹簧曲线具有很好的准确性㊂当峰值加速度(P G A )较小时,冻土对于桥墩墩底曲率的增幅达20%,而当P G A 较大时,冻土可增加桥墩曲率响应(达185%),使桥墩更易进入屈服㊂当冻土深度较小(温度等于-5ħ)时,支座位移有较大的增加,增加了地震作用下主梁的落梁风险,且冻土可使地震作用下结构体系的最不利部位发生转移㊂研究结果可为我国冻土桥梁结构的抗震性能与相应的抗震设计方法研究提供必要的理论基础与数据支持,这一基础性工作对于推动我国冻土区桥梁工程防灾减灾的发展与工程应用具有重要意义㊂关键词:季节性冻土;桥梁结构;数值模拟;地震响应;温度效应2022-09-06收稿;2023-02-06修回;2023-02-13接受中图分类号:U 445.7+5 文章编号:2096-8523(2023)05-0027-09d o i :10.19509/j .c n k i .d z k q.t b 20220505 开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):I n f l u e n c e o f f r o z e n s o i l o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f b r i d ge s t r u c t u r e s c o n s i d e r i n g t h e ef f e c t o f t e m pe r a t u r e Y i n P e n g c h e n g 1,S u n Y i x i a n 2,P a n g Y u t a o 2,W a n g X i a o w e i 3,Z h u W e i yu a n 2(1.C h i n a R a i l w a y S i y u a n S u r v v e y a n d D e s i g n G r o u p C o .,L t d .,W u h a n 430063,C h i n a ;2.F a c u l t y o f E n g i n e e r i n g ,C h i n a U n i v e r s i t y o f G e o s c i e n c e s (W u h a n ),W u h a n 430074,C h i n a ;3.S t a t e K e yL a b o r a t o r y f o r D i s a s t e r R e d u c t i o n i n C i v i l E n g i n e e r i n g ,T o n g j i U n i v e r s i t y ,S h a n gh a i 200092,C h i n a )A b s t r a c t :[O b je c t i v e ]R e c e n t l y ,t h e s e i s m i c d a m a g e of a n a c t u a l b r i dg e s t r u c t u r e i n a f r o z e n s o i l a r e ah a s s h o w n t h a t t h e p r e s e n c e o f f r o z e n s oi l w i l l i n c r e a s e t h e l a t e r a l s t i f f n e s s o f t h e b r i d ge f o u n d a t i o n ,w h i c h m a y c a u s e m o r e s e r i o u s s e i s m i c d a m a g e t o t h e b r i d ge s t r u c t u r e ,b u t t h e r e i s a l a c k of r e s e a r c h o n t h e f r o -z e n s o i l -p i l e i n t e r a c t i o n e f f e c t o f f r o z e n s o i l b r i dg e s t r u c t u r e s u n d e r s e i s m i c l o a d i n g s a n d th e c o r r e s p o n di n gs e i s m i c r e s p o n s e s .[M e t h o d s ]T h e p r e s e n t p a p e r p r o po s e d e f f i c i e n t n o n l i n e a r n u m e r i c a l m o d e l s t o c o n s i d e r t h e e f f e c t o f t h e f r o z e n s o i l -p i l e i n t e r a c t i o n o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f s t r u c t u r e s .F i r s t ,t h e r e l a t i o n s h i pCopyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s://d z k j q b.c u g.e d u.c n地质科技通报2023年b e t w e e n t h e d e p t h o f f r o z e n s o i l a n d s u r f a c e t e m p e r a t u r e w a s c o n s t r u c t e d.T h e n,t h e p-y s p r i n g m o d e l l i n g a p p r o a c h w a s p r e s e n t e d t o s i m u l a t e t h e s e i s m i c b e h a v i o r o f f r o z e n s o i l.S e v e r a l a s-r e c o r d e d g r o u n d m o t i o n s w e r e s e l e c t e d a s t h e s e i s m i c i n p u t.T h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f p i e r s a n d b e a r i n g s o f r e g u l a r b r i d g e s w i t h d i f-f e r e n t d e p t h s o f f r o z e n s o i l u n d e r s e i s m i c l o a d i n g s w e r e i n v e s t i g a t e d.[R e s u l t s]T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e p r o p o s e d e f f i c i e n t n o n l i n e a r n u m e r i c a l m o d e l c a n b e a d o p t e d t o m o d e l t h e s e i s m i c b e h a v i o r o f b r i d g e s c o n-s i d e r i n g f r o z e n s o i l.A n d t h e p r o p o s e d p-y c u r v e s f o r f r o z e n s o i l c a n a c c u r a t e l y p r e d i c t t h e p-y r e l a t i o n s h i p f r o m t h e e x i s t i n g t e s t s.W h e n t h e P G A i s r e l a t i v e l y s m a l l,t h e p i e r c u r v a t u r e i n c r e a s e s s l i g h t l y;b y c o n-t r a s t,i n t h e c a s e o f l a r g e P G A,f r o z e n s o i l c a n s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e t h e c u r v a t u r e d e m a n d s,w h i c h c a n m a k e t h e p i e r e n t e r i n t o t h e i n e l a s t i c b e h a v i o r.W h e n t h e d e p t h o f f r o z e n s o i l i s s m a l l(t h e t e m p e r a t u r e i s -5ħ),t h e b e a r i n g d i s p l a c e m e n t i n c r e a s e s s i g n i f i c a n t l y,w h i c h i n c r e a s e s t h e p r o b a b i l i t y o f u n s e a t i n g u n-d e r s e i s m i c l o a d i n g s.M o r e o v e r,f r o z e n s o i l c a n t r a n s f e r t o t h e a d v e r s e l o c a t i o n s o f s t r u c t u r a l s y s t e m s u n-d e r s e i s m i c l o a d i n g s.[C o n c l u s i o n]T h e r e f o r e,t h e c o n c l u s i o n s o f t h i s p a p e r c a n p r o v i d e t h e n e c e s s a r y t h e o-r e t i c a l b a s i s a n d d a t a s u p p o r t f o r s t u d y i n g t h e s e i s m i c p e r f o r m a n c e a n d c o r r e s p o n d i n g s e i s m i c d e s i g n m e t h-o d s o f f r o z e n s o i l b r i d g e s t r u c t u r e s i n C h i n a,w h i c h i s o f g r e a t s i g n i f i c a n c e f o r p r o m o t i n g t h e d e v e l o p m e n t a n d e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n o f d i s a s t e r p r e v e n t i o n a n d m i t i g a t i o n o f b r i d g e e n g i n e e r i n g i n f r o z e n s o i l a r e a s i n C h i n a.K e y w o r d s:s e a s o n a l f r o z e n s o i l;b r i d g e s t r u c t u r e;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n;s e i s m i c r e s p o n s e s;t e m p e r a t u r e e f f e c tR e c e i v e d:2022-09-06;R e v i s e d:2023-02-06;A c c e p t e d:2023-02-13冻土一般分为季节性冻土与常年冻土两类,在我国多数地区广泛存在㊂由于我国地域广阔,北部与西部很多地区四季变化的温度都在20~-40ħ之间,因而在我国季节性冻土分布尤为广泛㊂此外,北部与西部多数冻土地区还位于地震高烈度区域[1]㊂近年来,世界范围内多次强震发生于冬季,比如1964年发生在A l a s k a的P r i n c e W i l l i a m S o u n d 地震(震级为9.2级),1995年的K o b e地震(震级为6.9级)以及2001年的N i s q u a l l y地震(震级为6.8级)㊂这些地震说明桥梁结构极有可能在低温环境下遭受过强震作用㊂在强震作用下,桥梁结构由于低温环境与冻土作用,更易出现地震损伤[2-3]㊂目前关于地震的研究应用[4-6]虽多,但对于冻土区桥梁结构抗震性能的研究较少,在高烈度地区,地震作用控制着桥梁结构的设计,因而有必要研究在地震作用下季节性冻土对桥梁结构抗震性能的影响㊂尽管目前在规范中桥梁抗震设计方法并没有明确低温环境下季节性冻土的影响,但近年来的很多研究[7-11]已经表明冻土可以改变土体的动力本构关系,因而对于桥梁下部结构有着不可忽略的影响㊂S h e l m a n等[9]通过试验研究了冻土的p-y本构曲线,并基于拟静力推导方法对桥梁深基础的性能进行了研究㊂Y a n g等[7]研究了美国A l a s k a季节性冻土的力学特性,并给出了模拟季节性冻土p-y本构的具体参数取值㊂G u等[11]给出了研究嵌固于冻土中的钢管混凝土桩的非线性地震响应的三维有限元模拟方法,并基于直接积分法进行了敏感性分析㊂总的来说,这些研究基本都采用三维实体有限元或者非线性W i n k l e r地基模型来模拟冻土-桥梁结构相互作用㊂尽管三维精细化模型比基于p-y本构的方法更为准确,但多条波的非线性时程动力分析所需的时间巨大,不利于其应用于实际桥梁的抗震设计中㊂三维精细化有限元模型在模拟钢筋混凝土墩柱的动力弹塑性行为时收敛性不好,且计算效率较低㊂另外,目前关于地震作用下冻土对桥梁结构动力响应影响规律的研究还较少,冻土下桥梁结构地震响应的变化规律可以指导我国寒区桥梁结构的抗震设计,对于桥梁结构的抗震安全性有着重要的影响㊂本研究基于p-y方法建立高效数值模型来考虑桥梁结构的土-桩相互作用㊂该模型采用O p e n S e e s软件给出了冻土层的p-y模拟方法,并建立基于一维p-y弹簧㊁二维土体及三维墩柱的非线性数值有限元模型,能够较有效地模拟冻土-桩相互作用㊂基于该数值模型,本研究选择多条地震实测记录,以研究地震作用下不同冻土深度对规则桥梁墩柱以及支座响应的影响规律,旨在为冻土地区桥梁结构的抗震设计提供理论基础与数据储备㊂1桥梁非线性数值分析模型1.1桥墩与支座模拟为了研究冻土对于桥梁结构地震响应的影响规律,本研究选取了典型桥梁桩柱式基础进行研究㊂82Copyright©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响该桩柱式桥墩高6.5m ,墩身为圆形截面,直径1.5m ,桩身截面与墩身截面一致,桩身长14m ㊂上部结构为3车道箱梁,宽11m ㊂箱梁与墩柱之间为板式橡胶支座㊂桩基位于6m 深的松砂以及14m 深的密砂中㊂图1给出了桥梁结构的示意图以及相应尺寸,可以看出,规则桥梁每跨结构的材料属性与尺寸均相同,因而本研究截取了其中的一个墩进行分析,从而提高其分析效率㊂图1 桥梁结构的示意图以及相应尺寸(D .桥墩圆形截面直径;φB .桩基砂粒体积分数)F i g .1 S c h e m a t i c o f t h e c o n s i d e r e d b r i d g e s t r u c t u r e a n d t h e c o r r e s p o n d i n g di m e n s i o n s 本研究基于O p e n S e e s 软件建立上述规则桥梁结构的有限元模型,该模型基于一维p -y 弹簧连接二维土体以及三维墩柱,能够很好地模拟土-桩相互作用[12-14],如图2所示㊂在该非线性有限元模型中,桥梁上部结构在模拟中不考虑刚度的影响,而直接采用集中质量进行模拟[15]㊂下部墩柱以及桩基采用基于位移的非线性纤维梁柱单元进行模拟㊂考虑到单位划分对于曲率反映的影响,本研究采用0.5m 一个单元,并在每个纤维单元中采用5个积分点,从而保证模拟数值结果的准确性㊂在纤维梁单元中,结构截面被划分成300个纤维,每个纤维使用了不同的单轴本构模型来模拟钢筋混凝土结构㊂混凝土模型采用C o n c r e t e 02模型,考虑了混凝土拉力与应力软化效应,核心混凝土抗压强度为34M P a ,而钢筋则采用S t e e l 02模型,屈服强度为400M P a ,弹性模量为200G P a ㊂图3给出了不同材料本构模型以及相应取值㊂板式橡胶支座采用双线性模型进行模拟,橡胶的初始刚度由支座面积㊁剪切模量以及支座高度计算确定[16],具体如下:K l =10G At h(1)式中:K l 为初始刚度;t h 为支座高度;G 为支座剪切模量;A 为支座水平面积㊂由于低温环境下橡胶会变硬,从而导致其剪切模量上升㊂根据现行规范,板式橡胶支座在不同地表温度(T s )下剪切模量的具体取值如下:①当T s>-100ħ时,G =2.0ˑ103k N /m ;②当T s >-25ħ时,G =1.5ˑ103k N /m ;③当T s >-10ħ时,G =1.2ˑ103k N /m ;④当T s >0ħ时,G =1.0ˑ103k N /m㊂图2 基于p -y 弹簧的桥梁桩柱式基础高效有限元模型F i g.2 E f f i c i e n t f i n i t e e l e m e n t m o d e l o f t h e p i l e s h a f t f o u n d a t i o n b a s e d o n t h e p -y s p r i n gs 1.2地震波与动力分析为了进行非线性动力时程分析,本研究从P E E R 强震数据库中选取了7条地震动时程记录,具体信息如表1㊂从表1中可以看出,所选取的地震记录震级从6.5~7.3级不等,且地震动强度(峰值加速度(P G A )以及峰值速度(P G V ))均在合理的范围内㊂从图4中可以看到,当P G A 小于0.8g 时,最大的放缩系数小于4.0,因而不会出现地震记录的失真问题,以便后续分析进行地震波调幅㊂当各条波调幅至0.4g 时,各条波的加速度与位移谱由图4给出,可以看出,对于本文所考虑的结构一阶周期位移加速度反应谱下降段,随着自振周期的增加,92Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年图3 纤维单元中钢筋和混凝土力学本构模型F i g .3 S t r e s s -s t r a i n r e l a t i o n s h i p of s t e e l a n d c o n c r e t e i n f i b e r e l e m e n t s 表1 选取的7条地震动时程信息T a b l e 1 I n f o r m a t i o n o n t h e s e v e n s e l e c t e d g r o u n d m o t i o n r e c o r d s序号地震名称年份震级测站P G A /gP G V /(c m ㊃s -1)E 1E 2E 3E 4E 5E 6E 7I m p e r i a l v a l l e y-0619796.5S u pe r s i t i o n h i l l 19876.6L o m a P r i e t a 19897.0L a n d e r s19927.3B r a w l e y A i r po r t 0.2272.98E C C o u n t y C e n t e r F F 0.2053.17E l C e n t r o I m p.C o .C e n t 0.3332.85P a r a c h u t e T e s t S i t e0.2744.58G i l r o y -G a v i l a n C o l l .0.4637.97G i l r o y A r r a y #10.3746.37G i l r o y A r r a y #30.3258.33图4 所选取地震波的反应谱:加速度谱(a )和位移谱(b)F i g .4 R e s p o n s e s p e c t r a o f s e l e c t e d g r o u n d m o t i o n s :a c c e l e r a t i o n s p e c t r a (a )a n d d i s p l a c e m e n t s pe c t r a (b )加速度反应会逐渐减小,而位移反应则会逐渐增大,且选取的7条地震动记录的均值反应谱形状与规范目标谱形状类似,可用于非线性动力时程分析㊂在非线性时程分析中,采用瑞利阻尼,阻尼比为5%,地震波为横桥向输入,基于牛顿迭代算法,并采用基于位移的收敛准则㊂2 冻土参数以及数值模拟2.1冻土深度与冻土参数取值为了研究冻土深度对于桥梁抗震性能的影响,首先需要研究不同温度下冻土深度的大致范围㊂表2给出了不同文献所调查的不同地区的季节性冻土深度H f 与地表温度T s 的关系,可以看出,地表温度与冻土深度比值T s /H f 的均值为-10.66㊂为了方便后续的分析研究,本研究采用近似的T s /H f 比值-10来体现地表温度与冻土深度的关系㊂从现有文献看,我国北部与西部的季节性冻土深度一般为0.5~2.0m ㊂因而本研究考虑了4个冻土工况,分别为:①当T s =-20ħ时,H f =2.0m ;②当T s =-15ħ时,H f =1.5m ;③当T s =-10ħ时,H f=1.0m ;④当T s =-5ħ时,H f =0.5m ㊂另外,需要注意的是,冻土层中温度是不同的,本研究假设温度从地表开始线性增加到冻土层底(该处温度为0ħ)㊂为了体现冻土参数与温度之间的关系,本研究根据文献[10]将冻土的剪切模量G f 与冻土层温度03Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响T 联系在一起,具体如下:v s =-50T +890(2)G f =ρf v 2s (3)式中:v s 为冻土的剪切波速;ρf 为土体密度,本研究取1.9g /c m 3㊂冻土的其他力学参数可由以上两个参数确定㊂表2 不同地区的季节性冻土深度H f 与地表温度T s 的关系T a b l e 2 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n s e a s o n a l f r o z e n s o i l d e pt h H f a n d s u r f a c e t e m pe r a t u r e T s 资料来源地表温度T s/ħ冻土深度H f /mT s /H f文献[10]-8.02.38-3.36文献[11]-15.81.45-10.90文献[1]-7.00.46-15.21文献[1]-10.00.76-13.16均值-10.662.2冻土数值模拟在本研究中,土体采用二维四节点实体剪切梁单元进行模拟,该单元可以模拟在动力往复荷载下材料的流固耦合响应㊂冻土与砂土分别采用O pe n S e e s 软件中的P I MY 与P D MY 本构模型进行模拟㊂二维土体与梁柱之间采用p -y ,t -z 以及q -z 弹簧进行连接㊂为了保证土体与梁柱之间的网格一致性,土体单元高0.5m ,且土弹簧的间距也为0.5m ㊂当环境温度足够低且土体孔隙之间有足量水体时,冻土颗粒之间的空隙会被冰填满,因而冻土的力学行为在某种程度上可以类比坚硬的黏土㊂基于坚硬黏土的p -y 曲线,本研究中冻土采用如下p -y 曲线,如图5所示㊂p -y 曲线的本构方程如下:图5 本研究所采用的冻土的p -y 曲线F i g .5 S k e t c h o f t h e p r o po s e d p -y c u r v e f o r f r o z e n s o i l p =p u 2(y y m )1/3,y ɤ8y mp =p u ,y >8y m(4)式中:y m 为冻土极限强度一半时桩的挠度;p u 为冻土的极限强度㊂y m 可由下式计算:y m =k m b (5)式中:k m 为常数,即为极限强度的50%时的土体应变ε50;b 为冻土土体位移㊂根据文献[17],冻土的抗压强度(q u )可由以下公式进行计算,具体如下:q u =2.15-0.33T +0.01T 2(6)根据上述公式,本研究所建立的冻土p -y 曲线就可计算得到㊂图6给出了本研究建立的冻土p-y 曲线与现有文献[18]数据的对比,可以看出,本研究所建立的p -y 曲线能够很好地拟合试验所得到的冻土p -y 曲线,具有很好的准确性㊂另外,数值模型中非冻土土体的p -y ,t -z 以及q -z 弹簧可参考文献[14]㊂图6 本研究建立的冻土p -y 曲线与现有文献[18]数据的对比F i g .6 C o m pa r i s o nb e t w e e n t h e p -yc u r v e s f o r f r o z e n s o i l i n t h e l i t e r a t u r e [18]a nd t he r e a l i z a t i o n s i n O pe n S -e e s i n t h i s p a pe r 3 结果与讨论3.1不同冻土深度下结构动力特性的影响本研究基于上述非线性有限元模型,首先基于模态分析了不同冻土深度下桥梁结构的动力特性㊂图7给出了不同冻土深度下桥墩的周期,可以看出,不同冻土深度对不同结构周期的影响并不相同,其中冻土对于一阶侧弯振型影响最大,而对于二阶侧弯与一阶竖向振型影响均相对较小,这是由于冻土层增加了桩柱的侧向约束,使得桥墩整体的侧向刚度增大;此外,结构基本周期随着冻土深度的增加而减少,且增加量逐渐趋于平稳,比如冻土深度为0.5m 时,冻土对一阶周期的影响为7.8%,而当冻土深度为1.5m 以及2.0m 时,冻土对一阶周期的影响分别为16.5%与18.0%,影响幅度逐渐趋向稳定㊂对于常规桥梁而言,一般地震响应由第一阶振型控制,因而冻土层对桥梁结构的动力响应具有显著的影响㊂13Copyright ©博看网. All Rights Reserved.h t t p s ://d z k j q b .c u g.e d u .c n 地质科技通报2023年图7 不同冻土深度对桥梁自振周期的影响F i g .7 E f f e c t o f f r o z e n s o i l d e pt h o n t h e v i b r a t i o n p e r i o d o f b r i d ges 图8 E 3地震波下冻土深度为0,0.5,2.0m 时的桥墩墩顶位移(a )㊁墩底剪力(b )以及墩底弯矩(c)F i g .8 T o p d i s pl a c e m e n t (a ),b o t t o m s h e a r (b )a n d m o -m e n t r e s po n s e s (c )o f p i e r s u n d e r E 3s e i s m i c w a v e w h e n t h e d e p t h o f t h e f r o z e n s o i l i s s e l e c t e d a s 0,0.5,2.0m3.2不同冻土深度下的非线性动力时程响应基于表1所给出的地震时程记录进行调幅,将P G A 缩放到0.4g 作为地震动输入,对桥梁有限元模型进行非线性时程分析㊂图8给出了E 3地震波下冻土深度分别为0,0.5,2.0m 时的桥墩墩顶位移㊁墩底剪力以及墩底弯矩,可以看出,对于位移反应来说,无冻土时桥墩墩顶位移相比有冻土时要大,这是由于冻土增加了桥墩墩底的约束,增加了桥墩侧向刚度,从而导致结构自振周期下降,如图7所示㊂由图4-b 可知,结构自振周期下降可导致结构位移的下降,因而在冻土存在下墩顶位移反应减少㊂同理,对于墩底剪力以及弯矩而言,由于冻土可以降低结构自振周期,且由图4-a 可知,结构自振周期的下降可以增加结构加速度反应,因而冻土深度的增加可以增加墩底的剪力与弯矩反应㊂3.3不同地震动强度的影响由于不同地区抗震设防烈度与地震危险性不同,因而本研究计算了不同地震动强度下冻土对于桥墩与支座响应的影响㊂图9给出了不同地震动强度与温度作用下冻土对桥墩与支座地震响应的影响,可以看出,对于曲率延性系数而言,当P G A 较小时,冻土对于桥墩曲率的增幅达20%,而当P G A 较大时,冻土增加的桥墩曲率响应达185%㊂特别有趣的是,当P G A 等于0.6g 时,在没有冻土时,桥墩并没有进入屈服,而当冻土深度增加时,桥墩不仅进入了屈服,而且曲率延性系数增加了一倍多,达到2.0以上㊂这一现象说明冻土层对于桥梁结构的抗震性能有很大影响㊂对于桥墩而言,冻土层的存在会导致桥墩损伤更容易出现㊂对于支座位移而言,当P G A 较小时,当冻土深度较小(温度等于-5ħ)时,对支座位移有较大的影响,而当冻土深度较大时(温度小于-5ħ),冻土层对于支座位移的影响不大,在冻土深度达到2.0m ,支座位移相比没有冻土层时还略微有些减小㊂当P G A 较大时,可以从图9中看出相似的规律㊂不同的是,当冻土深度较小时,支座位移有约50%的增幅,而当冻土深度较大时,支座位移仅有10%左右的影响㊂这一现象说明,冻土层较浅时,可导致桥梁上部结构在较大地震动强度下产生较大的位移需求,从而导致上部梁体落梁等情况的发生㊂从图7可以看出,冻土层的存在可以使结构的一阶周期下降,而桥墩结构的地震响应基本由第一阶振型控制㊂因而当冻土存在时,结构的位移反应会减少,而力反应会增加㊂在地震动强度较低时(P G A =0.2g ),结构反应基本在弹性范围内,由于结构的曲率延性系数是一个兼顾力与位移的物理量,这时位移的减少与弯矩的增加可使曲率反应在冻土层较薄时有一个略微的增加,随后随即下降,且呈现出先上升后下降的趋势;而当地震动强度较大时(P G A =0.6g ),结构反应位于塑性范围内,这时结构的曲率反应基本由位移决定,因而曲率反应有很大的增加,且随着冻土深度的增加,曲率反应逐渐增加(图9-a)㊂对于支座位移而言,随着冻土层加23Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响厚,由于结构周期的下降,墩顶位移逐渐减少,而支座位移增加,由于低温环境下支座的剪切模量随着温度的增加而增加,因而会出现在冻土层等于0.5 m(T=-5ħ)时,支座位移最大的现象(图9-b)㊂图9不同地震动强度与温度作用下冻土对桥墩与支座地震响应的影响:曲率延性系数(a)和支座位移(b)F i g.9 E f f e c t o f f r o z e n s o i l o n t h e s e i s m i c r e s p o n s e s o f c o l u m n s a n d b e a r i n g s a t d i f f e r e n t I M l e v e l s a n d t e m p e r-a t u r e s:c u r v a t u r e d u c t i l i t y f a c t o r(a)a n db e a r i n g d i s p l ac e m e n t(b )图10不同上部结构质量下不同冻土深度对墩底曲率延性系数(a)与支座位移响应(b)的影响F i g.10 E f f e c t o f f r o z e n s o i l o n p i e r c u r v a t u r e(a)a n d b e a r i n g d i s p l a c e m e n t(b)u n d e r d i f f e r e n t s u p e r s t r u c t u r e m a s-s e s a n d d i f f e r e n t d e p t h s3.4不同上部结构质量下支座位移的变化规律由于实际桥梁设计中,主梁质量的大小受主梁宽度㊁截面形式以及二期恒载等因素影响而差异较大㊂为考虑不同主梁质量的影响,本研究针对不同的上部梁体质量,对不同地震动下的曲率延性系数和支座位移进行了分析㊂图10给出了上部结构质量分别为100,200,300,400,500t时不同冻土深度对曲率延性系数与支座位移响应最大值的变化情况㊂需要说明的是,表1中给出的是7条地震波的平均值,且每条地震波的强度均为0.4g㊂从图10中可以看出,对于曲率延性系数与支座位移而言,其响应都随着上部结构质量的增加而增加㊂对于曲率延性系数而言,无冻土时上部结构质量所带来的结构响应的增幅较小,这是由于支座所传下来的惯性力并没有很大的改变;而当有冻土层时,曲率延性系数均随着上部结构质量的增加而增加,且上部质量较大时,有冻土层的墩柱更容易进入屈服,这是由于当温度较低时,支座的刚度增大且墩底约束更强,导致上部结构质量更容易参与到结构的动力反应中,从而导致墩底受力更大(图10-a)㊂对于支座位移而言,随着冻土层深度增加,支座位移先增大后减少㊂特别是当冻土层深度为0.5m时,在较大的上部结构质量(400t与500t)下,支座位移分别被放大了约54%与75%,极大地增加了有冻土桥梁结构的落梁风险㊂当温度不是很低时,支座的刚度增加不大,而墩底约束变强,这时墩顶位移变小,导致支座位移极大地增加㊂当温度较低且冻土层较厚时,橡胶支座的刚度也会相应增加,从而降低了地震作用下的支座位移,其甚至小于无冻土层时的支座位移(图10-b)㊂3.5不同冻土深度下墩柱最不利部位由于冻土的存在,桥梁下部结构桩顶部分土体的刚度变大,从而使得下部结构体系的最不利部位发生改变㊂图11给出了E1地震波下墩身与桩身不同部位的曲率响应图,可以看出,当没有冻土时,桩身距桩顶大约2.5倍桩径处结构出现最不利位33Copyright©博看网. All Rights Reserved.h t t p s://d z k j q b.c u g.e d u.c n地质科技通报2023年图11E1地震波下墩身与桩身不同部位的曲率响应图F i g.11 C u r v a t u r e r e s p o n s e s a t d i f f e r e n t l o c a t i o n s o f b o t ht h e p i e r a n d p i l e u n d e r t h e E1s e i s m i c w a v e置,这与以前的研究结论[12-14]一致㊂而当冻土层出现时,结构最不利位置从2.5倍桩径处转移到桩顶处㊂从曲率的最大值来看,虽然最不利部位出现了转移,但墩桩体系的最大值下降了,也就是说,在没有冻土的情况下,桩基是桥梁下部结构体系中最不利构件,而有冻土时,墩底与桩顶均为最不利部位㊂对于单个构件而言,有冻土的情况确实使下部结构部分构件更容易出现地震损伤,例如对于桥墩而言,有冻土时,墩底结构响应更大,因而易于出现损伤㊂对于桥梁下部墩柱而言,需要增加截面的相应纵向配筋率来提高墩柱的抗震能力㊂对于整个下部结构体系而言,总体上地震反应是下降的,体系破坏的概率下降了㊂因而,在某种程度上来说,桥址位有冻土存在时是有利于整个下部结构抗震的㊂4结论(1)本研究所建立的高效数值模型能够模拟冻土下桥梁结构的抗震性能,且所建立的p-y曲线能够很好地拟合试验所得到的冻土p-y曲线,具有很好的准确性㊂(2)不同冻土深度对不同结构周期的影响并不相同,其中冻土对于一阶侧弯振型影响最大,而对于二阶侧弯与一阶竖向振型影响均相对较小,不仅结构基本周期随着冻土深度的增加而减少,而且增加量逐渐趋于平稳㊂(3)对于曲率延性系数而言,当P G A较小时,冻土对于桥墩曲率的增加有限,而当P G A较大时,冻土极大地增加了桥墩的曲率响应,使得桥墩更易进入屈服㊂对于支座位移而言,当冻土深度较小(温度等于-5ħ)时,支座位移有较大的增加,极大地增加了落梁风险㊂因而,在实际工程中,不仅需要增加冻土区桥梁墩柱纵筋配筋率,而且需要增加支座的位移能力㊂(4)冻土的存在可以使地震作用下结构体系的最不利部位发生转移,但对于整个下部结构体系而言,总体上结构所受地震响应是下降的,结构体系发生破坏的概率下降了,这点对于实际工程的桩基础设计是有利的㊂本研究主要针对冻土区桥梁结构的地震响应规律,主要讨论地震动不确定性的影响,下一步将会涉及冻土区桥梁结构的抗震设计方法㊂另外,本研究基本基于数值模拟方法,今后需要采用试验与数值模拟相结合的手段,将冻土的力学参数以及桥梁结构的破坏模式等进一步加以研究与分析㊂(所有作者声明不存在利益冲突)参考文献:[1] S r i t h a r a n S,S u l e i m a n M T,W h i t e D J.E f f e c t s o f s e a s o n a lf r e e z i ng o n b r i d g e c o l u m n-f o u n d a t i o n-s o i l i n t e r a c t i o n a n d th ei ri m p l i c a t i o n s[J].E a r t h q u a k e S p e c t r a,2007,23(1),199-222.[2]马巍,周国庆,牛富俊,等.青藏高原重大冻土工程的基础研究进展与展望[J].中国基础科学,2016,18(6):9-19.M a W,Z h o u G Q,N i u F J,e t a l.P r o g r e s s a n d p r o s p e c t o f t h eb a s ic r e s e a r c h o n t h e m a j o r p e r m a f r o s t p r o j e c t s i n t h e Q i n g h a i-T i b e t P l a t e a u[J].C h i n a B a s i c S c i e n c e,2016,18(6):9-19(i nC h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[3]张昊宇,黄勇,汪云龙,等.基于倾斜摄影的野马滩大桥震害位移评价[J].地震工程与工程振动,2022,42(2):89-103.Z h a n g H Y,H u a n g Y,W a n g Y L,e t a l.O b l i q u e p h o t o g r a p h y m o d e l i n g d i s p l a c e m e n t e s t i m a t i o n o f Y e m a t a n B r i d g e s[J].E a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g a n d E n g i n e e r i n g V i b r a t i o n,2022,42(2):89-103(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t).[4]李永乐,陈宇,彭成山,等.地震作用下的灰坝液化特征及其动力稳定性分析:以安阳电厂为例[J].地质科技情报,2002,21(1):83-86.L i Y L,C h e n Y,P e n g C S,e t a l.L i q u e f i e d c h a r a c t e r s a n d d y-n a m i c s t a b i l i t y o f a s h d a m o f t h e A n y a n g P o w e r P l a n t u n d e r t h e a c t i o n o f e a r t h q u a k e[J].G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g yI n f o r m a t i o n,2002,21(1):83-86(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b-s t r a c t)[5]付鑫,杜晓峰,官大勇,等.地震沉积学在河流-浅水三角洲沉积相研究中的应用:以渤海海域蓬莱A构造区馆陶组为例[J].地质科技通报,2021,40(3):96-108.F u X,D u X F,G u a n D Y,e t a l.A p p l i c a t i o n o f s e i s m i c s e d i m e n-t o l o g y i n r e s e r v o i r p r e d i c t i o n i n f l u v i a l t o s h a l l o w w a t e r d e l t af a c i e s:A c a s e s t u d y i n G u a n t a o F o r m a t i o n f r o m t h e P e ng l a i As t r u c t u r e a r e a i n B o h a i B a y[J].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,2021,40(3):96-108(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s ha b s t r a c t).[6]高运,徐若时,孙文静.考虑土-结构相互作用下基岩深度对核反应堆厂房基础地震响应的影响[J].地质科技通报,2022,41(2):154-164.G a o Y,X u R S,S u n W J.I n f l u e n c e o f b e d r o c k d e p t h o n t h es e i s m i c r e s p o n s e o f a n u c l e a r r e a c t o r b u i l d i n g f o u n d a t i o n c o n-s i d e r i n g s o i l s t r u c t u r e i n t e r a c t i o n[J].B u l l e t i n o f G e o l o g i c a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2022,41(2):154-164(i n C h i n e s e w i t h43Copyright©博看网. All Rights Reserved.第5期殷鹏程等:考虑温度效应下冻土层对桥梁结构地震响应的影响E n g l i s h a b s t r a c t).[7] Y a n g Z J,L i Q,H o r a z d o v s k y J,e t a l.P e r f o r m a n c e a n d d e s i g no f l a t e r a l l y l o a d e d p i l e s i n f r o z e n g r o u n d[J].J o u r n a l o fG e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g,2016,143(5):31-36[8] W o t h e r s p o o n L,S r i t h a r a n S,P e n d e r M,e t a l.I n v e s t i g a t i o n o nt h e i m p a c t o f s e a s o n a l l y f r o z e n s o i l o n s e i s m i c r e s p o n s e o fb r i d g ec o l u m n s[J].J o u r n a l o f B r id ge E n g i n e e r i n g,2010,24(5):473-481.[9] S h e l m a n A,T a n t a l l a J,S r i t h a r a n S,e t a l.C h a r a c t e r i z a t i o n o fs e a s o n a l l y f r o z e n s o i l s f o r s e i s m i c d e s i g n o f f o u n d a t i o n s[J].J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g, 2014,27(8):04014031.[10]Y a n g Z J,S t i l l B,G e X.M e c h a n i c a l p r o p e r t i e s o f s e a s o n a l l y f r o-z e n a n d p e r m a f r o s t s o i l s a t h i g h s t r a i n r a t e[J].C o l d R e g i o n s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2015,113:12-19.[11]G u Q,Y a n g Z,P e n g Y.P a r a m e t e r s a f f e c t i n g l a t e r a l l y l o a d e dp i l e s i n f r o z e n s o i l s b y a n e f f i c i e n t s e n s i t i v i t y a n a l y s i s m e t h o d [J].C o l d R e g i o n s S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,2016,121:42-51.[12]W a n g X,S h a f i e e z a d e h A,Y e A.O p t i m a l i n t e n s i t y m e a s u r e s f o rp r o b a b i l i s t i c s e i s m i c d e m a n d m o d e l i n g o f e x t e n d e d p i l e-s h a f t-s u p p o r t e d b r i d g e s i n l i q u e f i e d a n d l a t e r a l l y s p r e a d i n g g r o u n d [J].B u l l e t i n o f E a r t h q u a k e E n g i n e e r i n g,2018,16(1):229-257.[13]W a n g X,P a n g Y,Y e A.P r o b a b i l i s t i c s e i s m i c r e s p o n s e a n a l y s i so f c o a s t a l h i g h w a y b r i d g e s u n d e r s c o u r a n d l i q u e f a c t i o n c o n d i-t i o n s:D o e s t h e h y d r o d y n a m i c e f f e c t m a t t e r?[J].A d v a n c e s i nB r i d g e E n g i n e e r i n g,2020,1(1):1-15.[14]W a n g X,L u o F,S u Z,e t a l.E f f i c i e n t f i n i t e-e l e m e n t m o d e l f o rs e i s m i c r e s p o n s e e s t i m a t i o n o f p i l e s a n d s o i l s i n l i q u e f i e d a n d l a t e r a l l y s p r e a d i n g g r o u n d c o n s i d e r i n g s h e a r l o c a l i z a t i o n[J].I n-t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f G e o m e c h a n i c s,2017,2:1-16. [15]庞于涛,袁万城,党新志,等.考虑材料劣变过程的桥梁地震易损性分析[J].同济大学学报:自然科学版,2013,41(3):348-354.P a n g Y T,Y u a n W C,D a n g X Z,e t a l.S t o c h a s t i c f r a g i l i t y a n a l-y s i s o f b r i d g e s w i t h a c o n s i d e r a t i o n o f m a t e r i a l d e t e r i o r a t i o n [J].J o u r n a l o f T o n g j i U n i v e r i s t y:N a t u r a l S c i e n c e,2013,41(3):348-354(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s h a b s t r a c t). [16]P a n g Y,H e W,Z h o n g J.R i s k-b a s e d d e s i g n a n d o p t i m i z a t i o n o fs h a p e m e m o r y a l l o y r e s t r a i n e d s l i d i n g b e a r i n g s f o r h i g h w a yb r i d g e s u n d e r n e a r-f a u l t g r o u n d m o t i o n s[J].E n g i n e e r i n gS t r u c t u r e s,2021,241:112421.[17]H a y n e s F D,K a r a l i u s J A.E f f e c t o f t e m p e r a t u r e o n t h es t r e n g t h o f f r o z e n s i l t[R].H a n o v e r,N H:C R R E L R e p.N o.77-3,C o l d R e g i o n s R e s e a r c h a n d E n g i n e e r i n g L a b o r a t o r y,1977.[18]L i Q,Y a n g Z(J o e y).P-y a p p r o a c h f o r l a t e r a l l y l o a d e d p i l e s i nf r o z e n s i l t[J].J o u r n a l o f G e o t e c h n i c a l a n d G e o e n v i r o n m e n t a lE n g i n e e r i n g,2017,143:4017001.53Copyright©博看网. All Rights Reserved.。
文章编号:１００１￣８９５６(２０２１)０１￣００７５￣１２中图分类号:Ｐ３１５.９㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀新疆农牧区民居房屋结构类型与震害特征分析①常想徳ꎬ孙静ꎬ谭明(新疆维吾尔自治区地震局ꎬ新疆乌鲁木齐８３００１１)摘要:自２０００年１月至２０１９年１２月新疆共发生５级以上破坏性地震９３次ꎬ地震灾害损失十分严重ꎮ地震中房屋震害特征及其抗震性能差异与房屋的结构形式相关ꎮ通过搜集整理新疆境内历年典型破坏性地震民居房屋震害资料及房屋调研相关资料ꎬ结合房屋震害特征ꎬ依据房屋的建造年代㊁结构形式㊁有无构造措施㊁砌筑粘结剂强度㊁施工质量及材料强度等抗震性能影响因素将新疆民居房屋结构类型分为土木－木架－石木简易结构㊁砖木结构及砖混结构３大类ꎬ并细化为１０小类ꎮ结合新疆历史破坏性地震房屋震害资料ꎬ对细化分类房屋的震害特征进行总结ꎬ分析影响各结构类型房屋抗震性能的原因ꎮ除房屋本身抗震性能因素外ꎬ场地工程地质条件㊁地震作用及其他自然灾害的累积叠加作用也是造成房屋破坏加重的主要因素ꎮ关键词:新疆农牧区民居ꎻ房屋结构类型ꎻ震害特征ｄｏｉ:１０.１６２５６/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８９５６.２０２１.０１.００９㊀㊀中国是世界上大陆地震最多的国家ꎬ地震灾害损失十分严重ꎬ大量震害调查结果显示ꎬ地震造成的人员伤亡主要是由房屋倒塌造成ꎬ而经济损失的９０％以上是由建筑物毁坏所致ꎬ在农牧区ꎬ由于经济发展相对落后和居民抗震防灾知识缺乏等原因ꎬ房屋抗震能力普遍薄弱ꎬ地震时因房屋破坏而造成人员伤亡的现象更为严重[１￣３]ꎮ新疆是中国内陆地震活跃地区ꎬ也是中国地震灾害最为严重的地区之一ꎬ其特殊的区域地震构造背景ꎬ形成了新疆及其邻区地震活动频度高和强度大的特征ꎮ２０００年１月至２０１９年１２月ꎬ新疆共计发生５级以上破坏性地震９３次ꎬ其中６.０~６.９级地震１２次ꎬ７.０级以上地震３次ꎮ这些破坏性地震总计造成２９１人死亡ꎬ５３２６人受伤ꎮ由于新疆各地区经济发展水平不平衡ꎬ少数民族聚集区发展相对落后ꎬ民居建筑抗震设防水平差异问题非常突出ꎬ同时ꎬ新疆民居房屋的结构特征和设防水平也有着显著的时代特征[４]ꎮ本世纪以来ꎬ新疆农村民居由基本不设防到安居工程的稳步推进与顺利实施ꎬ在多数地区具备良好抗震性能的安居工程房屋已逐步替代了不具备抗震能力的老旧房屋ꎮ但目前ꎬ部分地区仍存在一定数量的简易结构类型的房屋ꎮ本文中通过梳理新疆历年来破坏性地震中各结构类型房屋的震害特征ꎬ分析其产生震害的原因ꎬ较全面的分析新疆农牧区民居房屋的结构类型特征及抗震性能差异ꎬ为提高农村地区的防震减灾能力ꎬ使震前清楚不同结构类型房屋的抗震薄弱环节ꎬ做到有的放矢的预防ꎬ为减轻农牧区地震灾害风险提供基础资料ꎮ第３５卷㊀第１期２０２１年㊀㊀３月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内陆地震ＩＮＬＡＮＤ㊀ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.３５㊀Ｎｏ.１Ｍａｒ.㊀２０２１①收稿日期:２０２０￣０３￣０７ꎻ修回日期:２０２０￣０６￣１２.课题项目:新疆地震科学基金(２０１８０７)ꎻ中国地震局地质研究所所长基金(ＪＢ￣１９￣０６).作者简介:常想徳(１９８２~)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ硕士ꎬ２００９年毕业于新疆大学地质与勘查工程学院ꎬ主要从事工程地震研究.Ｅ￣ｍａｉｌ:ｃｈａｎｇｘｉａｎｇｄｅ＠１６３.ｃｏｍ６７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内㊀陆㊀地㊀震㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３５卷１ 新疆农牧区房屋结构类型研究现状新疆传统的农牧区房屋ꎬ大都是由当地的建筑工匠按照当地的传统习惯建造的ꎬ具有结构简单ꎬ建造样式基本一致ꎬ造价低廉ꎬ易于就地取材的特点ꎮ自实施抗震安居工程以来ꎬ受各地州㊁区市经济㊁人文及自然地理等条件的影响ꎬ新疆农牧区民居出现了许多新型的结构形式[５￣６]ꎮ新疆从２００４年开始实施的城乡抗震安居工程ꎬ是要变被动的震后救灾为震前主动积极的防御ꎬ要求新建的抗震安居房ꎬ不管是何种结构ꎬ都必须达到抗震的要求ꎬ并针对不同结构类型的农村民居制定出了详细的基本技术要求ꎬ２００６年张勇将新疆农村抗震民居房屋结构类型划分为３大类:一类为单层砖混㊁砖木结构ꎬ二类为土木结构㊁木夹板㊁木构架土坯㊁木构架柳芭夹芯房屋ꎬ三类为石木结构[７]ꎮ晋强等将新疆民居主要结构类型分为混合结构㊁墙体自承重结构及框架结构ꎬ并将砌筑材料类型分为改性的生土㊁新型石膏土坯及棉花秸秆草砖[８]ꎮ夏多田等根据承重材料的不同ꎬ将新疆村镇建筑房屋分为ꎬ土木结构房屋(分土坯墙承重ꎬ硬山搁檩房屋㊁木构架承重房屋㊁木构架承重夹土坯芯墙房屋及木板夹心结构房屋)㊁砖木结构㊁石木结构房屋㊁砖混结构房屋及其他新型结构房屋５大类[６]ꎮ张守洁等人２０１３年根据各地民居传统风俗习惯和建筑材料实际ꎬ将新建和改造民居结构类型分为砖混结构㊁砖木结构㊁木结构(包括 笆子墙 ㊁木板夹心墙)㊁石木结构㊁土木结构㊁石膏土块房等[２]ꎮ２０１３年谭明等人将新疆传统民居划分为４大类:土木结构㊁砖木结构㊁砖砌体结构及其他类ꎮ其中将土木结构细分为土坯结构㊁夯土墙结构及木构架￣土坯墙结构ꎮ其他类分为石结构㊁木结构及砖土混合结构等①ꎮ２０１３年９月至２０１５年５月间ꎬ温和平等人在全疆完成了新疆民居房屋的大范围抽样调查工作ꎮ根据调查结果ꎬ新疆除乡镇附近和城郊农村区域建设有各类建筑样式的２~３层砖砌体民居外ꎬ绝大多数区域的民居为单层结构ꎮ将民居建筑类型主要划分为土木结构㊁砖木结构㊁砖混结构及具抗震结构的砌体结构４种结构类型ꎮ并将新疆民居划分为６个典型区域:伊犁盆地区域ꎬ北天山经济带区域ꎬ克拉玛依市区域ꎬ阿勒泰区域ꎬ吐哈盆地区域ꎬ南疆及东天山区域[９]ꎮ谭明等人将新疆安居工程建设分为２个阶段[１０]ꎬ第１个阶段为２００４~２０１０年ꎬ称为 抗震安居工程 ꎬ目的是为广大群众的生命和财产安全提供基本保障ꎬ主要结构类型包括ꎬ砖混结构㊁砖木结构㊁木板夹芯结构㊁木架构￣土坯墙结构㊁石木结构㊁现浇石膏￣土坯墙结构㊁木架构￣芭子墙结构以及其他结构(木结构㊁编制木板房等)等主要８种结构形式ꎬ结构形式较多ꎬ分布不均匀ꎬ单体建筑面积相对较小ꎻ第２个阶段为２０１１年以后ꎬ在新疆自治区人民政府主导下ꎬ把民居抗震与改善农牧民生产生活条件㊁新农村建设相结合ꎬ将 抗震安居工程 更名为 安居富民工程 ꎬ根据农户宅基地大小㊁家庭人口㊁经济条件和生活习惯等实际ꎬ建造达到抗震设防要求ꎬ同时提高建房标准ꎬ确保农牧民住房面积合适(原则上每户不低于８０平方米)㊁功能设①谭明.新疆抗震安居房震害矩阵初步研究ꎬ２０１３.施齐全㊁建筑质量可靠ꎬ符合地域特色的具有实用性和耐用性的有抗震能力农牧民房屋ꎮ这不仅提升了农牧民住房的抗震性能ꎬ还满足了人民群众对更高生活品质的需求[４ꎬ１１]ꎮ在此阶段作为中国第二大牧区ꎬ新疆高位推动并实施了 定居兴牧工程 ꎬ彻底改变了牧民居无定所ꎬ实行农牧结合的方式发展畜牧业ꎬ极大改善了牧民的生活条件ꎬ促进了社会稳定和民族团结ꎬ改善了定居点局部生态环境[１２￣１３]ꎮ截止目前ꎬ新疆农牧区房屋结构类型ꎬ逐步统一为以砖木结构㊁砖混结构为主的单层房屋和以砖混结构为主的多层房屋ꎮ自２０１６年起中国地震动参数区划图全面实施后ꎬ新疆 安居富民工程 改称为 农村安居工程 ꎬ此类房屋严格按照ꎬ施工质量高㊁抗震构造措施齐全ꎬ在地震中均未造成破坏ꎮ本文中主要依据新疆近些年来破坏性地震中房屋震害程度ꎬ结合造成房屋抗震性能差异的主要因素ꎬ如砌筑方式㊁建造材料㊁墙体材料㊁建造年代㊁墙体砌筑粘结材料及有无抗震构造措施等ꎬ将新疆农牧区民居房屋结构类型划分为土木－木架－石木简易结构类㊁砖木结构类及砖混结构类ꎬ并将土木－木架－石木简易结构类房屋细分为:夯土墙类(俗称干打垒)㊁土坯墙类㊁砖土混合墙类㊁木构架类及石木结构类ꎻ将砖木结构房屋细分为:无抗震措施的泥浆砌筑的砖木结构房屋㊁无抗震措施的砂浆砌筑砖木结构房屋及有抗震措施的砖木结构房屋ꎻ将砖混结构房屋细分为:无抗震措施的砖混结构房屋和有抗震措施的砖混结构房屋ꎮ将新疆民居房屋结构类型划分为３大类１０小类ꎬ针对各小类的震害特征进行总结分析ꎮ２㊀农牧区房屋各结构类型震害特征分析根据近些年新疆部分破坏性地震中房屋的震害现象ꎬ对细化分类后的各结构类型房屋进行震害特征梳理ꎬ并分析其产生破坏的原因ꎮ２.１㊀土木－木架－石木简易结构该结构类型房屋在２００３年前广泛分布于新疆南北疆农牧区ꎬ从２００４年开展的抗震安居㊁安居富民及定居兴牧工程开展以来ꎬ具备抗震性能的房屋正逐步淘汰此类简易结构房屋ꎬ但是目前在农村及牧区仍有一定数量的该类房屋ꎮ该类房屋承重墙体多为夯土墙㊁土坯墙及块石ꎬ屋顶由木梁及苇席㊁稻草等简陋防水材料组成ꎮ房屋一般层高较低ꎬ开间及进深均较小ꎬ房屋结构是典型的脆性结构ꎮ该类房屋墙体结构的材料强度低ꎬ无任何抗震构造措施(仅少量房屋墙体间及转角处含木柱)ꎮ屋面和墙体之间缺乏有效连接ꎬ房屋结构的整体性差ꎬ房屋各构件之间的连接薄弱ꎬ在水平地震力作用下ꎬ整个屋面产生推力破坏承重外墙[８ꎬ１４￣１５]ꎮ此类土木结构房屋大多数建设年代较早ꎬ年久失修ꎬ在新疆历次破坏性地震中受灾程度最重ꎬ破坏范围也最广ꎮ将该类房屋细分为:夯土墙㊁土坯墙㊁砖土混合墙㊁木构架及石木结构５小类ꎮ２.１.１㊀夯土墙类此类夯土墙(俗称干打垒)形式房屋是将半干半湿的黏性土逐层分段夯实ꎬ纵墙搁梁ꎬ山墙搁檩ꎮ此生土类建筑的物理特征是它的导热系数小和热惰性好ꎬ因此这类房屋具有良好的隔热㊁保温和防寒性能ꎬ能实现冬暖夏凉ꎬ节约能源的效果ꎮ但其最大的缺点是怕水ꎬ因新疆地区气候干燥ꎬ降水量少ꎬ此类房屋分部较广[１６￣１７]ꎮ震害特征及分析:该类型房屋震害表现为屋顶坍塌㊁承重墙体整体或局部倒塌(图１ａ㊁ｂ㊁ｃ㊁ｄ)及墙体结合部开裂等ꎮ此类型房屋多为建造时就地取材ꎬ有些房屋墙体材料为含粉砂类７７１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀常想徳等:新疆农牧区民居房屋结构类型与震害特征分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀８７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内㊀陆㊀地㊀震㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３５卷土ꎬ其墙体承载能力差ꎬ若未及时修缮或加固ꎬ其很容易遭受风雨侵蚀ꎬ抗震能力极差ꎮ在２０１１年尼勒克 巩留６.０级地震㊁２０１２年新源 和静６.６级地震㊁２０１４年于田７.３级地震[１８￣１９]及２０１６年阿克陶６.７级地震中此类房屋多数出现破坏ꎮ２.１.２㊀土坯墙类土坯墙类房屋ꎬ是由土坯块做墙体砌筑材料ꎬ黏土泥浆粘结砌筑而成作为承重墙体ꎬ屋架和木梁搁置在土坯墙上ꎬ屋顶上部由草泥覆盖ꎮ少数房屋屋顶有整体性较好木屋架(如阿图什市)ꎬ其房屋层高约５ｍꎬ进深约３ｍꎬ最大开间约５~６ｍꎮ该类型房屋缺少如木圈梁㊁木柱及拉结构造等抗震措施ꎬ加之部分地区房屋因雨水冲刷㊁地基变形等因素地震前已出现不同程度损坏ꎬ房屋抗震性能显著降低ꎮ此类土坯墙房屋中ꎬ存在少量的土坯墙与墙内木构架共同受力形式的房屋ꎮ房屋墙体结合部设置了木柱ꎬ且墙体中均匀设置了木拉梁与木柱相连ꎻ屋顶由木料卯接成整体后安装ꎬ屋盖整体性能较好ꎬ屋顶铺设草泥ꎬ整体结构设置了多项合理抗震措施ꎬ有效地提高了结构的整体性和抗倒塌性ꎮ震害特征及分析:土坯墙房屋震害现象主要表现为屋顶整体或局部坍塌(图１ｅ㊁ｆ)㊁承重墙体整体或局部倒塌(图１ｇ㊁ｈ)㊁承重墙体纵横墙交接处开裂㊁墙体外闪㊁墙体斜向及竖向裂缝㊁门窗洞角裂缝及洞口间墙体剪切裂缝㊁女儿墙及屋檐等非承重构件损坏等[２０￣２１]ꎮ该类房屋大多数建设年代较早ꎬ年久失修ꎮ房屋承重墙体建筑材料强度低ꎬ是典型的脆性结构ꎬ无任何抗震构造措施ꎬ屋面和墙体之间缺乏有效连接ꎬ房屋整体性很差ꎬ在水平地震力作用下ꎬ整个屋面产生推力破坏承重外墙[１４￣１５]ꎬ如在２０１５年皮山６.５级地震Ⅷ度区内的固玛镇老街多数此类结构房屋倒塌破坏(图１ｆ)ꎻ在２０１７年塔什库尔干５.５级地震中ꎬ一居民房屋(图１ｅ)屋面及墙体倒塌造成３名工人遇难ꎮ该类房屋门窗洞口上未设置过梁ꎬ或者仅放置窄细木条ꎬ搭接长度不够ꎬ不能起到过梁的作用ꎮ土坯墙体本身强度低ꎬ地震来袭ꎬ造成局部应力集中ꎬ门窗洞口上部角部墙体出现裂缝ꎻ房屋纵横墙在砌筑时未在墙体交接处咬槎搭砌ꎬ纵横墙间无可靠拉结ꎬ地震造成纵横墙体间出现贯穿裂缝或墙体局部坍塌ꎬ如在２０１６年阿克陶６.７级地震中木吉乡布拉克村村委会附近的此类房屋成片出现这种震害现象(图１ｇ㊁ｈ)ꎻ屋面檩条或大梁简单搁置于土墙墙顶(硬山搁檩)ꎬ梁下无梁垫ꎬ梁下墙体无暗柱或壁柱[２０]ꎬ在地震动作用下ꎬ梁下墙体产生应力集中现象ꎬ出现竖向裂缝ꎮ２.１.３㊀砖土混合墙类此类房屋ꎬ多为砖砌基础ꎬ前墙为砖砌ꎬ其余墙体为土坯砌筑ꎬ或内墙为土坯砌筑外墙为粘土砖砌筑(土坯墙和砖墙之间无有效可靠的连接ꎬ属于典型的砖包皮墙体)ꎬ木屋顶ꎬ硬山搁檩ꎬ或部分有整体性较好的木屋架ꎮ仅少数砖包皮房屋建造质量较好或经过抗震加固外ꎬ此类房屋因其墙体材料的差异性和结构整体性较差等因素ꎬ在地震中易发生破坏ꎮ震害特征及分析:这类房屋土坯墙和砖墙之间没有可靠的连接ꎬ在地震中外侧墙体倒塌㊁墙体上部屋檐及女儿墙塌落的现象较为普遍(图１ｉ㊁ｊ)ꎬ地震时群众撤离到屋外过程中被震落屋檐碎块砸伤也是造成人员受伤的原因之一[２２]ꎮ部分地区针对此类房屋开展了抗震加固措施ꎬ如精河县大河沿子镇的此类房屋ꎬ在２０１７年精河６.６级地震之前ꎬ在当地政府各部门的大力支持与指导下ꎬ针对此结构类型的房屋采取了墙体间增设钢筋拉结等抗震加固措施ꎬ极大提高了房屋结构的整体性ꎬ在地震中Ⅶ度区内此类房屋抗震性能表现良好ꎬ未出现墙体倒塌等现象ꎬ仅少数房屋承重墙体出现裂缝(图１ｋ㊁ｌ)ꎮ２.１.４㊀木构架类该类木构架结构房屋主要包括夹板墙(木板夹心)与笆子墙类房屋ꎮ夹板墙木架类房屋主要为２００４年之前建设的抗震类房屋ꎮ此类房屋将黏性土放在木夹板之间夯实ꎬ木夹板与梁或檩有连接ꎬ是一种简单的抗震房ꎻ笆子墙木架结构房屋为较早的抗震安居房结构形式之一ꎬ木制地圈梁㊁屋顶圈梁和木制立柱ꎬ木架主体完成后使用树条或红柳条编制成笆子作围护墙ꎬ之后再内外墙附草泥ꎬ当地俗称笆子墙ꎮ该类房屋在广大农村易于推广ꎬ其具有建造时取材便利㊁结构受力明确㊁柱与梁布设灵活㊁自重较小及结构轻质等特点ꎬ抗震性能好ꎬ墙体不易产生整体倒塌等破坏[１９ꎬ２３]ꎮ在新疆多次地震中在保护群众生命安全ꎬ减少地震灾害损失方面发挥了重要作用ꎮ但是其结构构件主要为木质结构ꎬ耐久性较差ꎬ随着时间的推移ꎬ木架结构抗震房屋使用的维护成本将逐渐上升ꎬ抗震能力也会逐渐降低[２４]ꎮ震害特征及分析:该类房屋在低烈度时墙体不易产生整体倒塌现象ꎬ一般不会造成大面积破坏ꎬ但在高烈度区这类房屋震害现象较为明显ꎬ表现为一面或两面墙体倒塌ꎬ屋盖塌落(图１ｍ㊁ｎ㊁ｏ)ꎬ墙体草泥局部或较大面积脱落(图１ｐ)ꎬ部分房屋墙体两侧草泥均脱落ꎮ此类房屋出现破坏的原因主要是木梁㊁柱各节点连接不牢固所致[２５]ꎮ在地震作用下ꎬ节点不仅要承受水平力ꎬ还要承受拉扭作用ꎬ因此节点处很容易产生拉脱㊁折榫现象ꎬ导致木构架的局部破坏或全部塌落[５]ꎮ此外ꎬ由于雨水侵蚀和木制老化等原因造成墙体整体强度下降ꎬ且草泥与笆子墙粘合度较低也是此类房屋出现破坏的主要原因[１０ꎬ１８]ꎮ同样ꎬ木板夹芯墙木构架结构房屋在早期经历过地震的检验ꎬ体现出良好的抗震性能ꎬ但随着使用年限的增加ꎬ其耐久性及舒适性方面的缺点逐渐凸现ꎮ如在２０１１年新疆阿图什 伽师交界５.８级地震中ꎬ灾区此类房屋出现严重破坏现象(图１ｐ)ꎮ２.１.５㊀石木结构类石木结构房屋主要分布在牧区ꎬ牧区居民点分布较为分散ꎬ地形主要为山间盆地ꎬ河流沟谷阶地及山间坡地等ꎬ受交通与经济条件的限制ꎬ此类房屋大多为当地居民就地取材而建ꎬ尤其在交通不便的偏远高原地区此类房屋数量较多(如阿克陶县与塔什库尔干县高原山区)ꎮ该类房屋承重墙体主要为片块石㊁卵石等天然材料由粘土砌筑而成ꎬ屋顶结构为先搭建房梁后在其上搁置短木条作为椽子ꎬ在椽子上铺设草席后覆盖房泥ꎬ此类房屋砌筑材料粘结强度较差ꎬ结构整体强度低ꎬ抗震性能较差ꎮ震害特征及分析:房屋破坏形式主要为屋顶与承重墙体整体或部分坍塌毁坏(图１ｑ㊁ｒ㊁ｓ)㊁房屋墙角塌落损坏㊁承重墙体贯穿裂缝等现象ꎮ部分片块石砌筑的房屋多采用内外墙分别砌筑方式ꎬ内外墙间缺乏有效连接(图１ｒ㊁ｔ)ꎬ房屋墙体结构自身整体性很差ꎬ同时ꎬ这类房屋多数建造年代较早ꎬ大多未及时维修加固ꎬ墙体主要由黏土做为粘结剂砌筑而成ꎬ材料强度差异极大ꎬ块石或卵石之间粘结强度极差ꎬ且部分老旧房屋屋顶房泥较厚ꎬ再加上存在施工质量差和受场地条件的影响ꎬ在地震中破坏较为严重ꎬ造成人员伤亡ꎬ如在２０１６年阿克陶６.７级地震中Ⅷ度区内的布拉克村开科阿特克居民点ꎬ地震造成该地牧民房屋及棚圈成片倒塌毁坏[２６]ꎬ造成布拉克村卡拉其居民点一此类房屋倒塌致１人死亡(图１ｓ)ꎮ２０１７年塔什库尔干５.５级地震造成８人死亡ꎬ其中致５人死亡的房屋均为此结构类型(或其墙体由土坯与石块混合砌９７１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀常想徳等:新疆农牧区民居房屋结构类型与震害特征分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀筑)(图１ｑ)ꎮ２.２㊀砖木结构砖木结构是以粘土砖墙作为竖向承重构件ꎬ屋顶采用木质构件ꎬ硬山搁檩或采用整体木屋架形式ꎬ屋顶铺覆草泥或在之上覆盖瓦片ꎬ该结构主要由墙体承担竖向承重㊁抗剪等要求ꎬ其竖图１㊀简易结构房屋震害照片(ａ)阿尕尔森乡阔斯阿尕什村夯土墙结构房屋㊀(ｂ)阿羌乡喀什塔什村夯土墙结构房屋㊀(ｃ)木吉乡布拉克村夯土墙结构房屋㊀(ｄ)阿热勒托别镇㊀(ｅ)塔什库尔干乡库孜滚村土坯墙结构房屋㊀(ｆ)固玛镇老街土坯墙结构房屋㊀(ｇ)木吉乡布拉克村村委会附近多数土坯墙结构房屋出现破坏㊀(ｈ)为(ｇ)图中一损坏房屋近景㊀(ｉ)大河沿子镇浩斯托干村砖土木混合结构房屋㊀(ｊ)托里镇叶里斯南也肯村砖土木混合结构房屋㊀(ｋ)大河沿子镇尕顺布拉格村砖土木混合结构房屋㊀(ｌ)为(ｋ)图房屋内部㊀(ｍ)皮西那乡央塔克村木构架结构房屋㊀(ｎ)皮西那乡阿亚格阿孜干村木构架结构房屋㊀(ｏ)奥依托格拉克镇玛力混村木构架结构房屋㊀(ｐ)西克尔库勒镇木构架结构房屋㊀(ｑ)塔什库尔干乡库孜滚村土石木结构房屋(震后清理过)㊀(ｒ)塔什库尔干乡库孜滚村土石木结构房屋㊀(ｓ)木吉乡布拉克村土石木结构房屋㊀(ｔ)木吉乡昆提别斯村土石木结构房屋Ｆｉｇ.１㊀Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅｄａｍａｇｅｐｈｏｔｏｓｏｆｓｉｍｐｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈｏｕｓｅｓ０８㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内㊀陆㊀地㊀震㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３５卷向荷载相对较小ꎬ木材有较好的弹性㊁顺纹受拉及横纹抗剪能力较强ꎬ部分房屋屋架纵横向支撑连接形成空间体系ꎬ可以有效地起到抗震作用ꎬ所以砖木结构房屋在广大农村地区分布广泛[２７]ꎮ早期在经济水平相对较高的北疆地区数量较多ꎬ但随着抗震安居工程的不断实施ꎬ分布的范围日益扩大ꎬ数量也逐渐增多ꎮ本文中将砖木结构房屋细分为无抗震措施的泥浆砌筑砖木结构房屋㊁无抗震措施的砂浆砌筑砖木结构房屋及有抗震措施的砂浆砌筑砖木结构房屋ꎮ２.２.１㊀无抗震措施的泥浆砌筑砖木结构该类房屋多为居民自建ꎬ承重墙体为泥浆砌筑的砖墙且灰缝饱满度较差ꎬ此类房屋施工质量差ꎬ缺少构造柱㊁拉结筋及圈梁等抗震构造措施ꎬ多数房屋开间大ꎬ窗间墙过窄ꎬ整体抗震性能较差ꎬ在地震中破坏的比例较高ꎮ震害特征及分析:震害现象为屋顶整体或局部坍塌㊁墙体结合部倒塌㊁墙体外闪㊁墙体剪切裂缝及门窗洞口裂缝(图２ａ㊁ｂ㊁ｃ㊁ｄ㊁ｅ)ꎮ造成此类破坏的原因在于房屋墙体为粉土粘结砌筑而成ꎬ墙体整体强度低ꎬ且房屋普遍较高ꎬ开间较大ꎬ窗间墙过窄ꎬ纵横墙体间无拉接㊁砌筑质量较差ꎮ２.２.２㊀无抗震措施的砂浆砌筑砖木结构该结构类型房屋同样多为居民自建房屋ꎬ承重墙体为砂浆砌筑的砖墙且灰缝饱满度较好ꎬ建造及施工质量较高ꎬ抗震性能较好ꎬ但该类型房屋多数缺少圈梁及构造柱等抗震措施ꎮ震害特征及分析:该类型房屋在地震中较少发生倒塌等严重破坏的情况ꎬ其震害现象主要为门窗洞角裂缝㊁墙体竖向与斜向裂缝㊁纵横墙交接处裂缝(图２ｆ㊁ｇ㊁ｈ㊁ｉ㊁ｊ)ꎬ这类房屋ꎬ门窗洞口上多数未设置过梁ꎬ或者过梁延伸较短ꎬ不能起到过梁的作用ꎬ部分房屋屋面梁直接置于洞口上方ꎬ或者洞口以上４５ʎ范围内ꎬ地震时造成局部应力集中ꎬ产生洞口上部角部墙体出现裂缝ꎮ屋面檩条或大梁简单搁置于砖墙墙顶(硬山搁檩)ꎬ梁下无梁垫或者垫梁ꎬ地震动作用使梁下墙体局部受集中荷载作用ꎬ产生竖向裂缝ꎮ部分房屋窗间墙过窄ꎬ在地震力作用下产生横向裂缝ꎮ房屋四角㊁纵横墙连接处未设置构造柱或在砌筑时未在墙体交接处咬槎搭砌ꎬ纵横墙间无有效拉结[２１￣２２]ꎮ如在２０１２年新源 和静６.６级地震现场调查中发现科蒙乡一处砂浆砌筑砖木结构房屋中在２０１１年尼勒克 巩留６.０级地震后在裂缝墙体上粘贴的报纸在本次地震中裂开(图２ｊ)ꎮ２.２.３㊀有抗震措施的砂浆砌筑砖木结构此类房屋建造时基础由混凝土浇筑而成ꎬ建筑材料均满足规范要求ꎬ墙体四角和内外墙交接处均设构造柱ꎬ墙体上下设圈梁ꎬ部分房屋其墙体采用空心黏土砖砌筑ꎬ质量较轻ꎬ经试验检测ꎬ墙体承载力大于普通黏土砖墙体ꎬ且空心砌块可达到保温隔热的目的ꎮ该类房屋耐久性㊁舒适性及抗震性能都更好ꎮ震害特征及分析:此类有抗震构造的砖木结构房屋在新疆绝大多数的破坏性地震中均未出现结构性破坏现象ꎬ仅在２０１５年皮山６.５级地震的极震区(９度区异常点)内少量有抗震构造措施的砖木结构民房出现严重破坏和中等破坏情况ꎬ极个别房屋出现屋顶塌落毁坏现象(图２ｋ)ꎬ其他震害现象为墙体斜向或竖向开裂㊁山墙外闪㊁横纵墙连接处开裂及屋顶水平错位等(图２ｌ)[２８]ꎮ造成破坏的主要原因为此类房屋在地震中遭受的影响烈度超过当地的抗震设防烈度ꎬ地震中很多公用房屋也出现了严重破坏的现象ꎮ在２０１７年塔什库尔干５.５级地震中此类结构房屋外表完好ꎬ房屋内部墙体仅出现轻微可见裂缝ꎬ其紧邻的石木结构房屋倒塌毁坏１８１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀常想徳等:新疆农牧区民居房屋结构类型与震害特征分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀。
习俗、经济等全方位的内容[1]。
建筑遗产周边环境作为建筑遗产生长的土壤，同样具有承载历史信息的特性。
同时，中国的历史建筑设计大多遵循“天人合一”的传统营建理念，通过环境表达建筑本体的建筑氛围，使历史建筑遗产与周边环境相互作用、相互融合。
在城镇化建设快速发展的背景下，尤其是经济建设欠发达地区，建筑遗产周边环境不断被城镇化发展建设用地所吞没，呈现出城市建设无序扩张的复杂态势。
因此，如何建立适宜性、协调性的建筑遗产周边环境，对其建筑遗产的历史信息进行有效的保护与利用，延续地域文脉，以适应城市发展尤为重要。
1玉虚宫建筑群本体环境概况玉虚宫建筑群位于山西省吕梁市柳林县青龙村宝宁山山腰，地处吕梁山西麓，黄河中游东岸，属西北黄土高原地带黄土丘陵沟壑区，呈梁峁沟壑地形，整个地势东高西低，三川河横贯全境。
玉虚宫作为道教宫观建筑沿用至今，整体院落空间格局保存相对完整，由玉虚宫上院和玉虚宫下院两部分组成（见图1）。
玉虚宫上院为坐南向北的二进院布局，上院建筑全部位于中轴线上，从北向南依次为上院院门、子孙乳母殿、圣母殿。
玉虚宫下院为第七批全国重点文物保护单位，位于玉虚宫上院北侧，坐南向北，由主院与西偏院组成。
主院中轴线从北向南依次为石台阶、山门、玄天殿；西偏院中轴线从北向南依次为偏院院门、药王殿（上部观音堂），西侧为弥陀殿。
其入口空间通过结合山地地形的前导空间来加强建筑群体空间的序列感，运用空间围合开放、建筑虚实对比的手法，将不同体量的建筑、院落空间连接起来，形成了层次丰富又具有整体性的山地建筑群空间。
其次，在以人为主体的动态过程中，步移景异，建筑群空间结合周边山地自然景观呈现出一种连续变化的四维空间。
整座玉虚宫掩映在青山翠柏之中，建筑群整体环境摘要 建筑遗产与其周边环境之间存在着共生发展的历史联系，建筑遗产周边环境的适宜性保护对建筑遗产的安全性、完整性及延续性具有重要意义。
本研究尝试以柳林县玉虚宫周边环境的适宜性保护为研究对象，从玉虚宫建筑群本体环境与周边环境出发，通过田野调查与资料收集，建立玉虚宫与周边环境适宜性评价体系，并对周边环境现状及问题进行分析，提出了玉虚宫周边环境适宜性保护原则与策略，以期对建筑遗产与周边环境适宜性保护起到积极的推动作用。
刊物名称核心排序类别中国安全科学学报1/.5安全科学安全与环境学报2/.5安全科学消防科学与技术3/.5安全科学工业安全与环保4/.5安全科学中国安全生产科学技术5/.5安全科学税务研究1/.13财政中国财政10/.13财政财经科学11/.13财政中国税务12/.13财政财政监督13/.13财政财政研究2/.13财政涉外税务3/.13财政税务与经济4/.13财政中央财经大学学报5/.13财政财经论丛6/.13财政当代财经7/.13财政财经研究8/.13财政财经问题研究9/.13财政测绘学报1/.8测绘学武汉大学学报(信息科学版)2/.8测绘学测绘通报3/.8测绘学测绘科学4/.8测绘学地球信息科学5/.8测绘学大地测量与地球动力学6/.8测绘学遥感学报7/.8测绘学测绘科学技术学报8/.8测绘学编辑学报1/.11出版事业中国图书评论10/.11出版事业读书11/.11出版事业中国科技期刊研究2/.11出版事业编辑之友3/.11出版事业出版发行研究4/.11出版事业中国出版5/.11出版事业科技与出版6/.11出版事业编辑学刊7/.11出版事业出版广角8/.11出版事业中国编辑9/.11出版事业课程.教材.教法1/.9初等教育/中等教育(除各学科)人民教育2/.9初等教育/中等教育(除各学科)教学与管理3/.9初等教育/中等教育(除各学科)上海教育科研4/.9初等教育/中等教育(除各学科)教育科学研究5/.9初等教育/中等教育(除各学科)教育研究与实验6/.9初等教育/中等教育(除各学科)教学月刊(中学版)7/.9初等教育/中等教育(除各学科)外国中小学教育8/.9初等教育/中等教育(除各学科)中小学管理9/.9初等教育/中等教育(除各学科)中学化学教学参考1/.2初等教育/中等教育(化学)化学教育2/.2初等教育/中等教育(化学)历史教学1/.2初等教育/中等教育(历史地理)中学地理教学参考2/.2初等教育/中等教育(历史地理)生物学教学1/.1初等教育/中等教育(生物)数学教育学报1/.2初等教育/中等教育(数学)数学通报2/.2初等教育/中等教育(数学)中小学英语教学与研究1/.2初等教育/中等教育(外语)中小学外语教学2/.2初等教育/中等教育(外语)物理教学1/.2初等教育/中等教育(物理)中学物理2/.2初等教育/中等教育(物理)中学语文教学1/.2初等教育/中等教育(语文)中学语文教学参考2/.2初等教育/中等教育(语文)中学政治教学参考1/.2初等教育/中等教育(政治)思想政治课教学2/.2初等教育/中等教育(政治)大气科学1/.10大气科学（气象学）气象科技10/.10大气科学（气象学）气象学报2/.10大气科学（气象学）高原气象3/.10大气科学（气象学）应用气象学报4/.10大气科学（气象学）气象5/.10大气科学（气象学）气候与环境研究6/.10大气科学（气象学）热带气象学报7/.10大气科学（气象学）南京气象学院学报8/.10大气科学（气象学）气象科学9/.10大气科学（气象学）档案学通讯1/.10档案学兰台世界10/.10档案学档案学研究2/.10档案学中国档案3/.10档案学档案与建设4/.10档案学浙江档案5/.10档案学山西档案6/.10档案学北京档案7/.10档案学档案管理8/.10档案学档案9/.10档案学地理学报1/.19地理学地球科学进展10/.19地理学中国历史地理论丛11/.19地理学地理与地理信息科学12/.19地理学冰川冻土13/.19地理学极地研究14/.19地理学山地学报15/.19地理学热带地理16/.19地理学湖泊科学17/.19地理学干旱区资源与环境18/.19地理学世界地理研究19/.19地理学地理研究2/.19地理学地理科学3/.19地理学人文地理4/.19地理学干旱区地理5/.19地理学中国沙漠6/.19地理学经济地理7/.19地理学地理科学进展8/.19地理学干旱区研究9/.19地理学地球物理学报1/.11地球物理学西北地震学报10/.11地球物理学水文11/.11地球物理学地震学报2/.11地球物理学中国地震3/.11地球物理学地震地质4/.11地球物理学地震5/.11地球物理学空间科学学报6/.11地球物理学地震工程与工程振动7/.11地球物理学地震研究8/.11地球物理学地球物理学进展9/.11地球物理学岩石学报1/.30地质学地质科学10/.30地质学中国地质11/.30地质学地球学报12/.30地质学现代地质13/.30地质学高校地质学报14/.30地质学吉林大学学报(地球科学版)15/.30地质学第四纪研究16/.30地质学地质通报17/.30地质学岩石矿物学杂志18/.30地质学地质与勘探19/.30地质学中国科学D辑:地球科学2/.30地质学矿物学报20/.30地质学地层学杂志21/.30地质学地质科技情报22/.30地质学大地构造与成矿学23/.30地质学水文地质工程地质24/.30地质学矿物岩石地球化学通报25/.30地质学矿物岩石26/.30地质学物探与化探27/.30地质学古地理学报28/.30地质学新疆地质29/.30地质学地质论评3/.30地质学地球与环境30/.30地质学地学前缘4/.30地质学地质学报5/.30地质学地球化学6/.30地质学地球科学7/.30地质学矿床地质8/.30地质学沉积学报9/.30地质学中国电机工程学报1/.32电工技术继电器（改名为：电力系统保护与控制）10/.32电工技术电力自动化设备11/.32电工技术电力系统及其自动化学报12/.32电工技术电力电子技术13/.32电工技术高压电器14/.32电工技术微特电机15/.32电工技术电化学16/.32电工技术电机与控制学报17/.32电工技术华北电力大学学报18/.32电工技术变压器19/.32电工技术电力系统自动化2/.32电工技术微电机20/.32电工技术电气传动21/.32电工技术磁性材料及器件22/.32电工技术电机与控制应用23/.32电工技术华东电力24/.32电工技术绝缘材料25/.32电工技术低压电器26/.32电工技术电瓷避雷器27/.32电工技术蓄电池28/.32电工技术电气应用29/.32电工技术电工技术学报3/.32电工技术大电机技术30/.32电工技术电测与仪表31/.32电工技术照明工程学报32/.32电工技术电网技术4/.32电工技术电池5/.32电工技术电源技术6/.32电工技术高电压技术7/.32电工技术电工电能新技术8/.32电工技术中国电力9/.32电工技术电影艺术1/.9电影、电视艺术当代电影2/.9电影、电视艺术世界电影3/.9电影、电视艺术北京电影学院学报4/.9电影、电视艺术电影新作5/.9电影、电视艺术中国电视6/.9电影、电视艺术中国电影市场7/.9电影、电视艺术电影文学8/.9电影、电视艺术当代电视9/.9电影、电视艺术动物学报1/.10动物学/人类学四川动物10/.10动物学/人类学昆虫学报2/.10动物学/人类学动物学研究3/.10动物学/人类学动物分类学报4/.10动物学/人类学兽类学报5/.10动物学/人类学动物学杂志6/.10动物学/人类学昆虫知识7/.10动物学/人类学昆虫分类学报8/.10动物学/人类学人类学学报9/.10动物学/人类学中华儿科杂志1/.6儿科学中国实用儿科杂志2/.6儿科学临床儿科杂志3/.6儿科学实用儿科临床杂志4/.6儿科学中华小儿外科杂志5/.6儿科学中国当代儿科杂志6/.6儿科学中华耳鼻咽喉头颈外科杂志1/.4耳鼻咽喉科学临床耳鼻咽喉头颈外科杂志2/.4耳鼻咽喉科学听力学及言语疾病杂志3/.4耳鼻咽喉科学中国耳鼻咽喉头颈外科4/.4耳鼻咽喉科学法学研究1/.27法律法制与社会发展10/.27法律法学家11/.27法律比较法研究12/.27法律环球法律评论13/.27法律当代法学14/.27法律法学论坛15/.27法律政治与法律16/.27法律河北法学17/.27法律法学杂志18/.27法律法律适用19/.27法律中国法学2/.27法律行政法学研究20/.27法律中国刑事法杂志21/.27法律人民司法22/.27法律华东政法大学学报23/.27法律人民检察24/.27法律知识产权25/.27法律中国法医学杂志26/.27法律中国司法鉴定27/.27法律法学3/.27法律法商研究4/.27法律政法论坛5/.27法律现代法学6/.27法律中外法学7/.27法律法学评论8/.27法律法律科学9/.27法律纺织学报1/.10纺织工业、染整工业产业用纺织品10/.10纺织工业、染整工业印染2/.10纺织工业、染整工业棉纺织技术3/.10纺织工业、染整工业丝绸4/.10纺织工业、染整工业印染助剂5/.10纺织工业、染整工业毛纺科技6/.10纺织工业、染整工业天津工业大学学报7/.10纺织工业、染整工业上海纺织科技8/.10纺织工业、染整工业纺织导报9/.10纺织工业、染整工业中华妇产科杂志1/.4妇产科学中国实用妇科与产科杂志2/.4妇产科学实用妇产科杂志3/.4妇产科学现代妇产科进展4/.4妇产科学高等教育研究1/.14高等教育黑龙江高教研究10/.14高等教育复旦教育论坛11/.14高等教育中国大学教学12/.14高等教育辽宁教育研究13/.14高等教育现代教育科学.高教研究14/.14高等教育教育发展研究2/.14高等教育中国高等教育3/.14高等教育学位与研究生教育4/.14高等教育江苏高教5/.14高等教育中国高教研究6/.14高等教育现代大学教育7/.14高等教育高等工程教育研究8/.14高等教育高教探索9/.14高等教育中国特殊教育1/.9各类教育民族教育研究2/.9各类教育职业技术教育3/.9各类教育中国成人教育4/.9各类教育教育与职业5/.9各类教育职教论坛6/.9各类教育成人教育7/.9各类教育中国职业技术教育8/.9各类教育继续教育研究9/.9各类教育复合材料学报1/.7工程材料学无机材料学报2/.7工程材料学功能材料3/.7工程材料学材料导报4/.7工程材料学材料研究学报5/.7工程材料学材料科学与工程学报6/.7工程材料学材料工程7/.7工程材料学振动工程学报1/.3工程基础科学工程图学学报2/.3工程基础科学工程力学3/.3工程基础科学中国工业经济1/.13工业经济工业工程10/.13工业经济企业管理11/.13工业经济管理现代化12/.13工业经济经济与管理研究13/.13工业经济南开管理评论2/.13工业经济经济管理3/.13工业经济管理科学4/.13工业经济工业工程与管理5/.13工业经济管理评论6/.13工业经济企业经济7/.13工业经济预测8/.13工业经济软科学9/.13工业经济中国粉体技术1/.2工业通用技术与设备包装工程2/.2工业通用技术与设备中国公路学报1/.10公路运输筑路机械与施工机械化10/.10公路运输汽车工程2/.10公路运输公路交通科技3/.10公路运输公路4/.10公路运输桥梁建设5/.10公路运输汽车技术6/.10公路运输中外公路7/.10公路运输现代隧道技术8/.10公路运输世界桥梁9/.10公路运输管理科学学报1/.4管理学中国管理科学2/.4管理学管理工程学报3/.4管理学领导科学4/.4管理学中国广播电视学刊1/.2广播、电视事业电视研究2/.2广播、电视事业世界经济与政治1/.20国际政治俄罗斯中亚东欧研究10/.20国际政治国外理论动态11/.20国际政治国际政治研究12/.20国际政治当代世界社会主义问题13/.20国际政治世界知识14/.20国际政治外交评论15/.20国际政治当代世界16/.20国际政治日本学刊17/.20国际政治西亚非洲18/.20国际政治太平洋学报19/.20国际政治现代国际关系2/.20国际政治俄罗斯研究20/.20国际政治欧洲研究3/.20国际政治国际问题研究4/.20国际政治当代世界与社会主义5/.20国际政治美国研究6/.20国际政治国际论坛7/.20国际政治当代亚太8/.20国际政治国际观察9/.20国际政治海洋学报1/.13海洋学台湾海峡10/.13海洋学海洋技术11/.13海洋学海洋地质动态12/.13海洋学海洋湖沼通报13/.13海洋学海洋与湖沼2/.13海洋学海洋地质与第四纪地质3/.13海洋学热带海洋学报4/.13海洋学海洋科学进展5/.13海洋学海洋通报6/.13海洋学海洋科学7/.13海洋学海洋工程8/.13海洋学海洋环境科学9/.13海洋学推进技术1/.18航空、航天飞行力学10/.18航空、航天宇航材料工艺11/.18航空、航天中国惯性技术学报12/.18航空、航天航天控制13/.18航空、航天实验流体力学14/.18航空、航天导弹与航天运载技术15/.18航空、航天电光与控制16/.18航空、航天航空材料学报17/.18航空、航天中国航天18/.18航空、航天航空学报2/.18航空、航天宇航学报3/.18航空、航天航空动力学报4/.18航空、航天空气动力学学报5/.18航空、航天南京航空航天大学学报6/.18航空、航天固体火箭技术7/.18航空、航天中国空间科学技术8/.18航空、航天北京航空航天大学学报9/.18航空、航天高等学校化学学报1/.26化学分析测试学报10/.26化学化学通报11/.26化学分子科学学报12/.26化学分析科学学报13/.26化学中国科学B辑:化学14/.26化学化学进展15/.26化学理化检验.化学分册16/.26化学分子催化17/.26化学化学研究与应用18/.26化学化学试剂19/.26化学分析化学2/.26化学功能高分子学报20/.26化学光谱实验室21/.26化学合成化学22/.26化学人工晶体学报23/.26化学影像科学与光化学24/.26化学计算机与应用化学25/.26化学核化学与放射化学26/.26化学化学学报3/.26化学催化学报4/.26化学无机化学学报5/.26化学物理化学学报6/.26化学有机化学7/.26化学分析试验室8/.26化学色谱9/.26化学环境科学1/.19环境科学环境保护10/.19环境科学环境污染与防治11/.19环境科学工业水处理12/.19环境科学环境科学与技术13/.19环境科学自然资源学报14/.19环境科学生态与农村环境学报15/.19环境科学水处理技术16/.19环境科学化工环保17/.19环境科学中国人口.资源与环境18/.19环境科学中国环境监测19/.19环境科学中国环境科学2/.19环境科学环境科学学报3/.19环境科学环境工程学报4/.19环境科学环境科学研究5/.19环境科学农业环境科学学报6/.19环境科学环境化学7/.19环境科学自然灾害学报8/.19环境科学环境工程9/.19环境科学会计研究1/.13会计上海立信会计学院学报10/.13会计财会研究11/.13会计中国注册会计师12/.13会计事业财会13/.13会计审计研究2/.13会计审计与经济研究3/.13会计财务与会计4/.13会计财会通讯(综合版)5/.13会计会计之友6/.13会计财会月刊.会计7/.13会计中国审计8/.13会计商业会计9/.13会计新美术1/.10绘画，书法，工艺美术中国书法10/.10绘画，书法，工艺美术装饰2/.10绘画，书法，工艺美术美术研究3/.10绘画，书法，工艺美术美术观察4/.10绘画，书法，工艺美术美术5/.10绘画，书法，工艺美术南京艺术学院学报(美术与设计版)6/.10绘画，书法，工艺美术世界美术7/.10绘画，书法，工艺美术美苑8/.10绘画，书法，工艺美术书法9/.10绘画，书法，工艺美术金融研究1/.19货币/金融、银行/保险金融与经济10/.19货币/金融、银行/保险财经理论与实践11/.19货币/金融、银行/保险财经12/.19货币/金融、银行/保险投资研究13/.19货币/金融、银行/保险新金融14/.19货币/金融、银行/保险广东金融学院学报15/.19货币/金融、银行/保险浙江金融16/.19货币/金融、银行/保险河南金融管理干部学院学报17/.19货币/金融、银行/保险经济导刊18/.19货币/金融、银行/保险南方金融19/.19货币/金融、银行/保险国际金融研究2/.19货币/金融、银行/保险金融论坛3/.19货币/金融、银行/保险金融理论与实践4/.19货币/金融、银行/保险保险研究5/.19货币/金融、银行/保险证券市场导报6/.19货币/金融、银行/保险中国金融7/.19货币/金融、银行/保险武汉金融8/.19货币/金融、银行/保险上海金融9/.19货币/金融、银行/保险中国机械工程1/.27机械、仪表工业机床与液压10/.27机械、仪表工业机械传动11/.27机械、仪表工业液压与气动12/.27机械、仪表工业流体机械13/.27机械、仪表工业自动化与仪表14/.27机械、仪表工业现代制造工程15/.27机械、仪表工业工程设计学报16/.27机械、仪表工业振动、测试与诊断17/.27机械、仪表工业光学技术18/.27机械、仪表工业机械设计与制造19/.27机械、仪表工业机械工程学报2/.27机械、仪表工业制造业自动化20/.27机械、仪表工业水泵技术21/.27机械、仪表工业制造技术与机床22/.27机械、仪表工业轴承23/.27机械、仪表工业组合机床与自动化加工技术24/.27机械、仪表工业自动化仪表25/.27机械、仪表工业压力容器26/.27机械、仪表工业仪表技术与传感器27/.27机械、仪表工业摩擦学学报3/.27机械、仪表工业机械科学与技术4/.27机械、仪表工业机械设计5/.27机械、仪表工业光学精密工程6/.27机械、仪表工业机械设计与研究7/.27机械、仪表工业润滑与密封8/.27机械、仪表工业仪器仪表学报9/.27机械、仪表工业硅酸盐学报1/.10基本无机化学工业/硅酸盐工业陶瓷学报10/.10基本无机化学工业/硅酸盐工业硅酸盐通报2/.10基本无机化学工业/硅酸盐工业电镀与环保3/.10基本无机化学工业/硅酸盐工业水泥4/.10基本无机化学工业/硅酸盐工业电镀与精饰5/.10基本无机化学工业/硅酸盐工业无机盐工业6/.10基本无机化学工业/硅酸盐工业电镀与涂饰7/.10基本无机化学工业/硅酸盐工业耐火材料8/.10基本无机化学工业/硅酸盐工业中国陶瓷9/.10基本无机化学工业/硅酸盐工业中国塑料1/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学合成树脂及塑料10/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学合成纤维工业11/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学聚氨酯工业12/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学弹性体13/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学塑料工业2/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学工程塑料应用3/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学塑料4/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学塑料科技5/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学橡胶工业6/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学热固性树脂7/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学现代塑料加工应用8/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学林产化学与工业9/.13基本有机化学工业/纤维素质的化学中国病理生理杂志1/.25基础医学解剖学杂志10/.25基础医学中国心理卫生杂志11/.25基础医学中国生物医学工程学报12/.25基础医学中国人兽共患病学报13/.25基础医学生理科学进展14/.25基础医学中华病理学杂志15/.25基础医学神经解剖学杂志16/.25基础医学现代免疫学17/.25基础医学病毒学报18/.25基础医学中国寄生虫学与寄生虫病杂志19/.25基础医学中华微生物学和免疫学杂志2/.25基础医学中国应用生理学杂志20/.25基础医学国际免疫学杂志21/.25基础医学中华医学遗传学杂志22/.25基础医学中华实验和临床病毒学杂志23/.25基础医学国际生物医学工程杂志24/.25基础医学基础医学与临床25/.25基础医学生物医学工程学杂志3/.25基础医学解剖学报4/.25基础医学中国免疫学杂志5/.25基础医学免疫学杂志6/.25基础医学细胞与分子免疫学杂志7/.25基础医学中国临床解剖学杂志8/.25基础医学生理学报9/.25基础医学计量学报1/.1计量学岩土工程学报1/.33建筑科学中国给水排水10/.33建筑科学混凝土11/.33建筑科学空间结构12/.33建筑科学建筑学报13/.33建筑科学给水排水14/.33建筑科学建筑材料学报15/.33建筑科学沈阳建筑大学学报(自然科学版)16/.33建筑科学重庆建筑大学学报17/.33建筑科学工程地质学报18/.33建筑科学世界地震工程19/.33建筑科学岩石力学与工程学报2/.33建筑科学暖通空调20/.33建筑科学建筑技术21/.33建筑科学混凝土与水泥制品22/.33建筑科学工程勘察23/.33建筑科学建筑科学24/.33建筑科学中国园林25/.33建筑科学国际城市规划26/.33建筑科学西安建筑科技大学学报(自然科学版)27/.33建筑科学施工技术28/.33建筑科学规划师29/.33建筑科学建筑结构学报3/.33建筑科学工程抗震与加固改造30/.33建筑科学四川建筑科学研究31/.33建筑科学地下空间与工程学报32/.33建筑科学新型建筑材料33/.33建筑科学岩土力学4/.33建筑科学土木工程学报5/.33建筑科学建筑结构6/.33建筑科学工业建筑7/.33建筑科学城市规划8/.33建筑科学城市规划学刊9/.33建筑科学交通运输工程学报1/.3交通运输综合长安大学学报(自然科学版)2/.3交通运输综合重庆交通大学学报(自然科学版)3/.3交通运输综合教育研究1/.24教育综合，教育事业教育与经济10/.24教育综合，教育事业中国教育学刊11/.24教育综合，教育事业教育科学12/.24教育综合，教育事业当代教育科学13/.24教育综合，教育事业中国电化教育14/.24教育综合，教育事业教育学报15/.24教育综合，教育事业电化教育研究16/.24教育综合，教育事业教育探索17/.24教育综合，教育事业中国远程教育18/.24教育综合，教育事业教育评论19/.24教育综合，教育事业比较教育研究2/.24教育综合，教育事业河北师范大学学报(教育科学版)20/.24教育综合，教育事业开放教育研究21/.24教育综合，教育事业教育导刊22/.24教育综合，教育事业国家教育行政学院学报23/.24教育综合，教育事业教育学术月刊24/.24教育综合，教育事业全球教育展望3/.24教育综合，教育事业北京大学教育评论4/.24教育综合，教育事业教育理论与实践5/.24教育综合，教育事业教师教育研究6/.24教育综合，教育事业外国教育研究7/.24教育综合，教育事业清华大学教育研究8/.24教育综合，教育事业华东师范大学学报(教育科学版)9/.24教育综合，教育事业金属学报1/.26金属学与金属工艺腐蚀科学与防护技术10/.26金属学与金属工艺热加工工艺11/.26金属学与金属工艺塑性工程学报12/.26金属学与金属工艺材料热处理学报13/.26金属学与金属工艺中国表面工程14/.26金属学与金属工艺机械工程材料15/.26金属学与金属工艺铸造技术16/.26金属学与金属工艺锻压技术17/.26金属学与金属工艺材料科学与工艺18/.26金属学与金属工艺表面技术19/.26金属学与金属工艺中国有色金属学报2/.26金属学与金属工艺轻合金加工技术20/.26金属学与金属工艺焊接21/.26金属学与金属工艺腐蚀与防护22/.26金属学与金属工艺焊接技术23/.26金属学与金属工艺电焊机24/.26金属学与金属工艺轧钢25/.26金属学与金属工艺金刚石与磨料磨具工程26/.26金属学与金属工艺特种铸造及有色合金3/.26金属学与金属工艺稀有金属材料与工程4/.26金属学与金属工艺金属热处理5/.26金属学与金属工艺铸造6/.26金属学与金属工艺焊接学报7/.26金属学与金属工艺中国腐蚀与防护学报8/.26金属学与金属工艺材料保护9/.26金属学与金属工艺科学学研究1/.10科学、科学研究科技导报10/.10科学、科学研究科研管理2/.10科学、科学研究科学学与科学技术管理3/.10科学、科学研究研究与发展管理4/.10科学、科学研究中国软科学5/.10科学、科学研究中国科技论坛6/.10科学、科学研究科技进步与对策7/.10科学、科学研究科学管理研究8/.10科学、科学研究科技管理研究9/.10科学、科学研究中华口腔医学杂志1/.5口腔科学华西口腔医学杂志2/.5口腔科学实用口腔医学杂志3/.5口腔科学牙体牙髓牙周病学杂志4/.5口腔科学口腔医学研究5/.5口腔科学岩矿测试1/.14矿业工程（除煤矿开采）矿业安全与环保10/.14矿业工程（除煤矿开采）工程爆破11/.14矿业工程（除煤矿开采）矿山机械12/.14矿业工程（除煤矿开采）化工矿物与加工13/.14矿业工程（除煤矿开采）西安科技大学学报14/.14矿业工程（除煤矿开采）中国矿业大学学报2/.14矿业工程（除煤矿开采）爆破3/.14矿业工程（除煤矿开采）金属矿山4/.14矿业工程（除煤矿开采）采矿与安全工程学报5/.14矿业工程（除煤矿开采）中国矿业6/.14矿业工程（除煤矿开采）矿冶工程7/.14矿业工程（除煤矿开采）非金属矿8/.14矿业工程（除煤矿开采）矿业研究与开发9/.14矿业工程（除煤矿开采）力学学报1/.13力学力学季刊10/.13力学水动力学研究与进展A辑11/.13力学机械强度12/.13力学振动与冲击13/.13力学力学进展2/.13力学应用数学和力学3/.13力学固体力学学报4/.13力学爆炸与冲击5/.13力学计算力学学报6/.13力学力学与实践7/.13力学实验力学8/.13力学应用力学学报9/.13力学历史研究1/.25历史（除文物考古）史林10/.25历史（除文物考古）安徽史学11/.25历史（除文物考古）抗日战争研究12/.25历史（除文物考古）史学史研究13/.25历史（除文物考古）民国档案14/.25历史（除文物考古）中华文化论坛15/.25历史（除文物考古）文献16/.25历史（除文物考古）。
FOR COMPARISON OF VILLAGE HOUSING CONSTRUCTION PATTERNS OF EARTHQUAKE AFFECTED REGIONS IN THE LORESTAN PROVINCE ---BEFORE AND AFTER AN EARTHQUAKEH. Fatemi aghda1 and I. Rasoolan2 and H. Zafari31Assoc .Prof, Dept. of Structural Engineering, Institute of Engineering Mechanics, Harbin. China2Ph.D. Student of civil Eng,, Dept. of Structural Engineering, Member of Young Researchers club,3Msc,Natural Disaster management , Member of Young Researchers club, IRANEmail:rasoolan82@,hosseinzafari@ABSTRACT :The first section Experience shows that earthquakes not only cause loss of life and economic damage but also bring about transformations in their wake, with regard to construction patterns in the earthquake affected society. According to studies that have been conducted so far, in traditional methods of construction, social and economic considerations, and on the whole the livelihood system in society have been taken into consideration and are considered as having fundamental importance in rural living and lifestyle..Before the occurrence of earthquake in Lorestan , the general pattern of residential and office buildings had a multi –lateral function , in a way that the residential units and livestock shelters were built alongside other systems of livelihood of the villagers. In addition to this, the buildings had terraces which were customarily used for rest and relaxation and for family gatherings all the year round. The material used for construction was local and traditional, however, presently, sudden and unexpected changes have been observed in the reconstruction patterns in the Lorestan region in which the traditional ways and their positive aspects have not been considered. Obviously, sudden changes in the customary patterns of physical construction could bring about negative impacts in the manner and culture of society, since the fabric is the reflection of the cultural and socio-economic system, governing the people of each region that is shaped according to its socio-cultural values and is conducive to its environmental characteristics.The objective of this article is a comparison of two traditional and new patterns of village housing construction , before and after the Lorestan earthquake and will be followed by an elaboration on construction methods, components, materials, architectural designs and livelihood values .Traditional and New Construction Patterns, Reconstruction , Livelihood System KEYWORDS:1. IntroductionThe Silakhor Plain Earthquake of Lorestan that occurred on the 11th of Farvardin 1385 caused considerable damage to the urban and rural housing in the area. This damage was due to several reasons; some of which were construction methods, cultural features of construction, age of buildings, distance from the main fault, kinds of materials etc.The type of local construction, simplicity of construction, repairs & renovation, protection and coordination with livelihood system and climatic conditions, were the most important characteristics of traditional construction patterns of provincial rural areas.From the middle of the 40’s till now, with the dissemination of western culture in cities and its influence in the rural areas of the country, this pattern, in its various dimensions has undergone unknown changes that are contrary to the culture, livelihood system and in particular, the climatic conditions in rural areas. The earthquake stricken region of Lorestan was also not an exemption from the above mentioned situation.The reconstruction of the earthquake stricken villages has provided an opportunity for upgrading traditional patterns, as well as offering a review of structural elements, buildings, materials and building designs and to remove the weaknesses and shortcomings of the past.In order to get a better understanding of the above mentioned, a detailed elaboration has been given below:2.Construction Patterns2,1.MaterialsIn the past few decades, construction of rural buildings in our country was completely dependant upon native/local building materials and local workers. With an increase in relations between rural areas and urban centers and with an input of new material into rural areas, it has gradually changed considerably. Dependence on local material leads to reducing construction costs and coordination with climatic and natural environmental conditions. However, lack of familiarity of the rural inhabitants with the correct and appropriate usage of material and its unsuitable implementation and poor quality of construction, in addition to lack of resilience against natural disasters, can be counted as the most damaging factors for traditional buildings in rural areas. The advent of new resilient and durable building material in rural areas was welcomed by the rural inhabitants, although they had to bear high expenses for these changes. However, in spite of all this, due to incorrect usage and unsuitable implementation of material, the expected results have not been achieved.The native texture of Lorestan buildings, with respect to an early cold winter and unexpected rainfall in spring carries special significance. Most of the construction in the native texture of this region is mud and bricks and most of the residential houses are made of wooden beams, with moisture and heat insulation, clay and straw thatched roofing which stand upon clay and brick wallsIt is worth mentioning here that with the advent of iron beams and bricks and other new materials for constructing an arch / barrel vault roof, changes have occurred in most of the villages in the façade of the rural houses, but unfortunately horizontal and vertical chenage that can withstand earthquake's lateral forces have mostly been neglected.Table 1 shows the materials that have been usedbefore and after an earthquake in the region:Task Force assigned for villages under reconstruction Material used before earthquake MaterialusedafterearthquakeRural Esfahan Pressed bricks-foundation material-without observing technicalrequirements, brick-cement-adobe& mud Lime mortar, roof woodenbeam, jack arch/barrel vault Concrete collar, high quality sand,pre-fabricated steel roof framework with technical specifications, ceramic-bricks, ceiling blocks, concrete-steel beams polystyrem for roofingUrban Esfahan adobe-mud, brick-iron –wood Sand- iron -concrete, joist &block, ceramic brickTehranWood & adobe walls 80%-20%, also brick with steel roofing and few units with structural frames Steel welded structural buildings, different kinds of bars in foundation and stirrup, readymixed concrete in the foundation and a small quantity of site mixed concrete, variety of beams for structure, ceiling bars for joist, ceramic brick, sand- cementFars Adobe-mud-wooden beam, iron-brick- cement-jack arch/barrel vault Material with complete technicalspecifications, steel frame-work-ceramic tiles, pitchedroofing or joist& blocks, orchrome magnesit brick, interior of building also ceramic tiles with stone finishHamedan Mud-adobe wooden beam- brick - iron - cement Bars-iron beams-frame-ceramicbricks-cement-sand -skeletonframeKhuzestan Mud-adobe - brick, blocks Bars-iron beams-skeleton-ceramic bricks, cement, sandYazd Mud & adobe- stone–wood-brick Concrete steel skeleton-cement-bars- ceramic blocks – sandLorestan Pressed brick – cement- wooden beams -mud-adobe-iron Concrete steel frameworkcement, bars ceramic blocks –sand 2-2 Structural Elements for Rural HousingBuilding and load bearing elements are of fundamental importance and can be observed in construction of rural housing and therefore, in this part we shall make an assessment and comparison of these specific elements,before and after the reconstruction of an earthquake stricken region2-2-1 FoundationIn villages, in the province of Lorestan, with regard to local material that already exists in the region, the foundations of the houses constructed are illustrated in the figures given below :a-Stone Foundation b-Adobe Foundation c- Stone- Brick Foundation.Figure .1 Stone foundations laid under brick walls with chenage are constructed with new material before and after an earthquakeFigure .2 Stone walls are built of stone, sand and cement. These walls, due to climatic conditions should have hooks (chenage), in addition the walls' vertical joints (mortar joints,) should be filled in completelyThis type of foundation is exposed to climatic conditions; therefore, in spite of its cohesive appearance, the foundation’s vulnerability decreases the building’s resistance against earthquakes.Left side of the wall shows defective construction2,2.2 WallBrick work is of primary importance in the construction of a building, since walls are the basic and most important element in structural static and in the protection of the building's interior against natural disasters.In general, walls can be illustrated in the figures given below:i.Stone wall made of Viking stone(fig.2)ii.Walls made from non- rough rubble stoneiii.Regular stone walliv.Mud wallv.Adobe wallvi.Brick wa2,2.3 RoofMost of the roofs of the rural buildings in the Lorestan region have a flat surface and one rarely finds arched roofs (sis roofs) for animal shelters in the agricultural villages in the north- eastern parts and in the cold mountainous areas of the province. This, however, depends on two main factors; climatic conditions and abundance and easy accessibility to the raw material. In general, roofs of these houses are made of material easily available in the village or in the surroundings. The simplest methods are used in construction, using wooden beams for covering the entrance and leaves and branches of trees with layers of mud for completion and a final touch. With the advent and accessibility of new and latest material in the market, various other methods for coating of roofs have come into practice. In studies conducted, in the Lorestan region three kinds of coverings of roofs have been observed:i.Roofs with wooden beams : Roofs made of forest wood and roofs made of white woodii.Jack - arched roofsiii.Sis roof(fig.3)Figure 3 :Sis Roof: This kind of sis roof in the shape of an arch is made of clay and mud. The reason for selection of this kind is due to the suitable nature of the arch in resisting and shifting of pressure. Since these roofs are usually made on the lower floor, the elevation is increased in order to have a flat surfaced ground floo r Figure 4: Roofs with wooden beam covering: These are made of straight white wood and are placed in an orderly manner at a measured distance from one another. In this kind, the primary (main) beams are vast in number, whilst the secondary ones are placed cross wise upon them2,2.4 ColumnColumns are used in construction in order to bear the weight of the terrace, balconies and the animal sheds. Columns that are commonly observed in Lorestan are as follows:i. Wooden columns ii. Stone iii. Wood & Steel2,2.5 Hooks System, Vertical and HorizontalIn a limited number of houses this system is used for strengthening and reinforcement of the building2,2.6 LintelThis Is usually used to cover small openings, shelves, and crevices. Due to the fact that covering of these spaces is a sensitive and important matter, utmost care needs to be taken to make sure that the weight of the ceiling and that of the upper wall is shifted to the side wall in a suitable manner. In addition to this, it should be able to provide a correct contiguity between the two parts of the wall to one another.Figure .5 : Brick column in the balcony Figure .6: Wooden column Figure .6: Brick lintelFigure .6: Concrete LintelPost and Lintel can be divided into 3 groups on the basis of the type of material used in construction;-Wooden Lintel - Concrete Lintel - Metal Lintel - Arched /vaulted Lintel- Chalk & Bamboo Lintel 3.Ecological construction models before earthquakeCulture, ecology and life style go hand in hand and greatly influence the methods of construction and the sort of life one leads. A review of rural buildings in the earthquake stricken areas of Lorestan show that most of the houses have the following characteristics:a.Since housing construction is closely related to the livelihood system of domestic animals and sincemost of the rural residents of Lorestan raise livestock, therefore, buildings are designed in such a way that there are two floors, a shelter for animals on the ground floor and residential quarters for the family on the first floor,The following reasons could also be a contributory factor in this kind of design for rural housing: •Creating safety and prevention of theft of animals•Avoiding wastage of energy and utilizing warmth of the floor due to the presence of animals, a special feature in the traditional system of use of energy•Lack of land area at the disposal of farmers and more use of land for agricultural purposesb.During Spring and Summer , the villagers in the region use the terrace to get together in their freetime and for family gatheringsc.Taking into consideration the fact that wood is easily available and found in abundance, the frontalportion ( facade ) of the building is made of woodd.Considering that in Lorestan families usually live in groups, the houses have many rooms, the limitsand boundaries of which are duly respected.4.Ecological construction models after earthquakeAs we are already aware, architecture and construction are inseparable conditions of great important in the construction of every house. These two technical and architectural principles must be compatible with the climatic conditions, lifestyle and the livelihood system. In reconstruction/renovation of rural areas, some pre-fabricated screwed and welded structures and flat and pitched roofs have been used. The most important thing to be noted here is the lack of necessary attention paid towards the rural family life style where people try to fulfill their livelihood needs with the use of non-technical ," typical maps" not conforming to the accepted construction framework . By ignoring some of the positive aspects in new construction methods after an earthquake, some of the clearly important existing problems in construction of new houses can be mentioned as the following:i.Not taking into consideration the principles and standards of customary traditional patternsin the regionii.Ignoring relationships and necessary aspects of the livelihood system , for instance removal of the animal shelter from underneath the first floor or from the vicinity iii.Removal of spaces such as the terrace, which was suitable for the needs of the villagers in coping with the climatic & seasonal conditions in the traditional patternsck of flexibility in new patterns, with regard to climatic conditions and spacing of necessary building components e.g. windows and entrance doorsv.Flaws in architecture in the creation of necessary spaces for rural families. In traditional patterns, this factor is of primary importance and plays a very important role in the interiordecoration of the house and in meeting the needs and demands of the families.5. Outcome Summary( Key points)Drastic changes in traditional rural patterns in the region following the usual process, overlooking therural changes in the country commenced from the middle of the present centuryIn traditional patterns due consideration was given to places of residence, work and livelihood whichwere part and parcel of customary standards in the region.Unexpected changes in the culture of construction and lack of appropriate use of new and old material;some of the positive and constructive aspects of pattern trends in new rural construction in the region have been eliminated altogetherIn these changes, local architecture in the region has undergone tremendous transformation. As a result,it has brought about some undesirable effects on the socio-cultural identity and economic benefits for the people of the region and it appears as though these influences will extend over time. Isolation of family, removal of facades, and symbols of cultural & historical places in the rural perspective , changing arable agricultural land to residential areas, increase in expenses for keeping livestock outside the residential area are some of the clearly visible examplesIt is clear that old patterns were formed due to the needs of the people. Therefore, making use of newpatterns , without due consideration for the needs and culture of the people in the region will result in people going in for repairs and renovations, and indulging in measures not in line with" patterns of element type" in construction and architecture. These , naturally , without the supervision of an expert could result in the building becoming more vulnerable against earthquakesIn these transitions and transformations from traditional to the new, specifically, in reconstruction afterearthquake, ' more developed patterns and local material "were used. On the one hand, this leads to the improbability of a return to traditional patterns, and on the other hand they do not have access to the related technology and executive –technical factors are not available. The following figures illustrate the construction in the region before and after an earthquake ;Figure 7: Reconstruction / Renovation design of a single floor in a rural areaFigure 8: Reconstruction/Renovation design with a sloping roof & terrace5. ConclusionAlthough traditional patterns are a product of history, needs and skills, as well as ecology of rural society and its positive aspects cannot be denied. However, due to its vulnerability against earthquake and inadequacy in provision of basic amenities of modern life in rural areas due to the present mechanical age and life style ; new material, technology, latest designs & architecture and positive and constructive values need to be utilized in the use of traditional rural residential patterns .REFERENCES1. Zargar A.A ,Khosrawi A.R (1998) Typology of Rural Architecture ,Lorestan Province , Office ofPlanning & Research Rural Housing , Housing Foundation of the Islamic Revolution 2. D ocumentation of Renovation of Commercial and Residential Areas in the earthquake stricken areas ofLorestan Province, Natural Disaster Research Institute of Iran, 20073. Field Review and Assessment by Experts in Documentation Office , Natural Disaster ResearchInstitute of Iran ,2006Figure 11 : Traditional building pattern using local material – beforean EarthquakFigure 9 : Pattern of new building using new material – renovationafter EarthquakeFigure 10 : Traditional building pattern using new materialbefore an Earthquake。
专家推荐信专家推荐信 1本人作为该生的硕士生导师，通过对其一年的培养，及课内、课外与该生的互动交流，对其印象极为深刻。
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