故宫古建筑结构分析与保护

本书以作者多年的故宫古建筑安全评估研究为基础，运用结构力学方法和有限元法对故宫古建筑构件与整体开展分析,，获得了故宫木构古建筑结构特性及有效保护方法的多项成果，可为古建筑保护实践提供技术参考。 

本书以故宫古建筑为研究对象,对明清官式古建筑进行了评估和分析,主要内容包括:故宫太和殿静力稳定评价,故宫神武门抗震性能评价,故宫灵沼轩抗风性能评价,基于经验法的故宫古建筑健康现状评估,故宫古建筑变形构件的分析与保护,故宫古建筑开裂构件的分析与保护,故宫古建筑糟朽木构架的分析与保护,故宫古建筑榫卯节点残损及加固,故宫古建筑城墙的受力性能,故宫古建筑基础的构造及抗震性能,学者与故宫古建筑保护等。适合从事古建筑研究、保护、维修、管理工作的人员使用,亦可供建筑专业师生、历史文化和文物保护工作者参考。

周乾，为故宫博物院故宫学研究所研究馆员，主要从事不可及可移动文物的结构安全评估及抗震保护研究。承担并完成古建筑力学评估30余项，发表专业论文100余篇，获国家专利6项。

前言

章 绪 论 002

1· 引言 004

2· 本书主要内容 009

3· 研究意义 011

第二章 故宫太和殿静力稳定评价 012

1· 柱 014

2· 雀替 014

3· 檩三件 017

4· 斗拱 018

5· 梁架 019

6· 结论 019

参考文献 020

第三章 故宫神武门抗震性能评价 022

第1节 神武门的防震构造 024

1· 引言 024

2· 防震构造 024

3· 结论 035

第2节 神武门的动力特性与地震响应 035

1· 力学模型 035

2· 模态分析 037

3· 地震反应 038

4· 结论 041

参考文献 042

第四章 故宫灵沼轩抗风性能评价 044

第1节 灵沼轩抗风性能简化分析 046

1· 引言 046

2· 有限元模型 049

3·x 向风荷载作用 050

4·y 向风荷载作用 053

5· 小结 055

第2节 灵沼轩风振响应 056

1· 结构现状 056

2· 有限元模型 057

3· 模态分析 059

4· 风振分析 061

5· 小结 070

参考文献 070

第五章 基于经验法的故宫古建筑健康现状评估 072

第1节 木构古建筑安全评估研究现状 074

1· 现有的评估方法 074

2· 评估方法评析 077

第2节 故宫古建筑安全现状评估———以三友轩为例 079

1· 引言 079

2· 评估依据 080

3· 结构评估 081

4· 小结 100

参考文献 100

第六章 故宫古建筑变形构件的分析与保护 106

第1节 太和殿西山挑檐檩大挠度问题 109

第2节 太和殿三次间正身顺梁榫头下沉问题 114

第3节 太和殿明间藻井下沉问题 121

第4节 太和殿山面扶柁木支顶问题 124

第5节 结 论 126

参考文献 126

第七章 故宫古建筑开裂构件的分析与保护 128

第1节 基于XFEM 技术的古建筑木梁裂缝扩展分析 130

1· 引言 130

2· 基本原理 131

3· 分析结果 132

4· 结论 135

第2节 故宫东华门某残损三架梁受弯性能分析 136

1· 荷载计算 137

2· 工况1分析 138

3· 工况2分析 141

4· 小结 144

第3节 故宫中和殿明间中金檩断裂问题分析 145

1· 荷载分析 146

2· 工况1分析 148

3· 工况2分析 150

4· 工况3分析 152

5· 加固方案1分析 154

6· 加固方案2分析 157

7· 结论 159

参考文献 159

第八章 故宫古建筑糟朽木构架的分析与保护 162

第1节 古建筑叠合梁与组合梁的弯曲受力性能 164

1· 单梁开裂形成叠合梁 164

2· 叠合梁与组合梁 167

3· 工字形截面 173

4· 小结 175

第2节 古建筑糟朽角梁受力性能分析 175

1· 计算简图 176

2· 受力分析 177

3· 小结 180

第3节 古建筑糟朽叠合梁受弯性能分析 181

1· 计算简图 182

2· 有限元模型 183

3· 受力分析 184

4· 小结 187

第4节 古建筑糟朽梁头墩接加固分析 187

1· 计算简图 189

2· 有限元模型 189

3· 分析结果 190

4· 小结 192

第5节 传统铁箍墩接加固底部糟朽木柱轴压试验 192

1· 试验概况 193

2· 试验现象 194

3· 试验分析 197

4· 小结 200

参考文献 201

第九章 故宫古建筑榫卯节点残损及加固 204

第1节 故宫古建筑榫卯节点典型残损问题 206

1· 引言 206

2· 典型问题 208

3· 原因分析 210

4· 加固方法 212

5· 结论 216

第2节 CFRP布加固榫卯节点M-θ 滞回曲线定性分析 217

1· 试验概况 217

2· M-θ 滞回曲线分析(加固前) 219

3· M-θ 滞回曲线分析(加固后) 223

4· 讨论 228

5· 结论 232

参考文献 232

第十章 故宫古建筑城墙的受力性能 234

第1节 考虑集中荷载的故宫角楼城墙的受力性能 236

1· 本构模型 237

2· 接触分析 238

3· 小结 240

第2节 含孔土对故宫城墙受力性能的影响 241

1· 力学参数 242

2· 有限元模型 244

3· 力学分析 245

4· 结论与建议 248

参考文献 249

第十一章 故宫古建筑基础的构造及抗震性能 252

第1节 故宫古建筑基础构造特征 254

1· 基础构造 254

2· 讨论 261

3· 结论 266

第2节 基座对古建筑抗震性能影响分析———以太和殿为例 267

1· 引言 267

2· 有限元模型 269

3· 模态分析结果对比 273

4· 谱分析结果对比 276

5· 时程分析结果对比 281

6· 结论 284

参考文献 286

第十二章 学者与故宫古建筑保护 290

第1节 梁思成与故宫古建筑 292

1· 梁思成与故宫古建筑的关系 292

2· 梁思成对故宫古建筑的影响 299

第2节 故宫学者与故宫古建筑结构保护研究 303

1· 主要学者及其成果 303

2· 研究成果总结 309

3· 研究展望 310

参考文献 310

城(今故宫博物院)是我国明清官式木构古建筑的典型代表,现存房屋9000余间,自建成以来已有近600年,这些古建筑历经各种灾害(地震、风等)并能完整保存下来,体现了良好的承载性能。然而,由于长期受荷、木构古建筑的构造特征以及木材材性缺陷等原因,这些古建筑不可避免地出现开裂、变形、拔榫等残损问题,并对结构安全构成了潜在威胁。科学分析这些残损问题对古建筑的影响,评价结构的安全现状,及时采取可靠、有效的维修和加固措施,是确

保古建筑结构安全、使其延年益寿的重要前提。因此,开展故宫古建筑结构安全现状的科学分析是一项极其重要而又紧迫的任务。

本书主要创新之处有三个方面:

(1)研究对象广泛。本书以故宫官式古建筑为研究对象,选取有代表性的木构古建筑开展分析和评估,研究对象不仅包括结构整体,还包括梁柱构件、榫卯节点等单体,并对故宫古建筑基础、古城墙的力学特性与保护方法开展研究,因而研究对象比其他同类书籍更加广泛。

(2)研究内容全面。本书开展的研究既包括故宫古建筑结构整体的抗震、抗风、静力稳定性能研究,还包括构件单体开裂、变形以及节点拔榫等具体工程问题的分析,研究内容更全面。

(3)研究成果丰富。本书以故宫古建筑构件、整体开展分析,基于科学建模手段,采集的可靠数据及工程资料,获得了关于故宫明清官式木构古建筑结构特性及有效保护方法的多项成果,丰富了我国古建筑保护和研究的内容,并可为古建筑保护实践提供技术参考。

本书内容丰富翔实,研究内容大都源于作者承担并完成的故宫古建筑安全评估项目,相关成果亦是作者多年工程实践心血的汇总,可为古建筑保护、修缮和研究提供理论参考和技术指导。