论文总字数：29480字

摘 要

本文以江南地区最古老的佛教木构建筑——浙江省宁波市保国寺大殿为例，研究我国江南地区传统木构建筑的风振响应。

首先按照实际测绘结果，利用有限元软件SAP2000建立保国寺大殿的有限元模型,之后进行大殿的静力特性和动力特性分析。然后利用MATLAB软件编写风速时程AR模型的源程序来模拟脉动风速时程曲线。将模拟好的风速时程导入SAP2000中并作用于大殿模型上。由结构的加速度反应谱曲线可以得到结构响应的加速度主要由前三阶振型影响。将风速时程的风振系数与规范计算得到的风振系数对比，得到时程风振系数随高度变化呈波动变化规律；时程风振系数是规范风振系数的1.2-1.4倍；规范风振系数的计算只适用于形状、质量沿高度不变的高耸结构，不适用于类似本文所研究的低矮传统木构建筑。

关键词：风振响应分析，风速时程AR模型，SAP2000，加速度反应谱，风振系数

RESEARCH ON WIND VIBRATION OF THE TRADITONAL TIMBER BUILDINGS IN THE SOUTH YANGTZE RIVER REGIONS

Abstract

In this paper,research on wind vibration of the traditional timber buildings in the south Yangtze river regions were carried out,instancing Baoguo Temple,which is the oldest timber building in the south Yangtze river regions.

First,according to the the results of the survey and mapping, using finite element software SAP2000 to establish the finite element model of Baoguo Temple and the analysis static and dynamic mechanical properties of the structure.Then, wind speed time history AR model is written by the software MATLAB to simulate the time history curve of fluctuating wind speed.The wind load acted on the model of structure in SAP2000.According to the acceleration response curve of the structure, the acceleration response is mainly influenced by the first three vibration mode. Comparing wind vibration coefficient of wind speed time history to the wind vibration coefficient of the Code, wind vibration coefficient fluctuated with the height of structures.Time history wind vibration coefficient is 1.2-1.4 times than that of the Code.Calculation of the wind vibration coefficient of the Code applies only to the high-rise structures whose shape and quality are the same along the height,but does not apply to the low traditional timber structures.

目 录

第一章 概 述 4

1.1课题研究背景及意义 4

1.2 研究内容及路线 5

第二章 保国寺大殿结构模型建立及静动力特性分析 7

2.1 保国寺大殿介绍 7

2.2 大殿结构一般情况调查 7

2.3 保国寺大殿有限元模型参数选取 9

2.4大殿结构有限元模型建立 10

2.5静力特性分析： 10

2.6动力特性分析 16

第三章 保国寺大殿风振响应研究 19

3.1风荷载特性及表述 19

3.1.1风对结构的作用 19

3.1.2平均风特性 19

3.1.3脉动风特性 20

3.1.4功率谱密度 21

3.1.5空间相关性 22

3.2结构风振响应分析的基本方法 22

3.2.1频域分析法 22

3.2.2时域分析法 23

3.3随机风荷载的模拟生成 23

3.3.1确定AR模型的回归系数 23

3.3.2求给定方差的随机过程 25

3.3.3求解最终的M维随机过程 25

3.3.4 风速时程AR模型的生成 28

3.4风振响应研究 40

3.4.1观测点加速度反应谱分析 41

3.4.2时程位移风振系数与规范风振系数对比 43

第四章 主要结论 50

致 谢 51

参考文献 52

附 录 53

第一章 概 述

1.1课题研究背景及意义

中国古建筑是以木结构为主体的建筑，是世界三大古建筑体系之一，在世界建筑之林独树一帜，具有鲜明的中华民族特色。中国传统木构建筑营造是工匠按世代相沿袭的手法完成的，是从原材料采集、构件加工制作、安装成型、到后期装修和修缮的一套完整技术过程，是劳动人民长期实践经验的总结，是经过长时间的反复运用、不断改进和创新而形成的较为成熟的工艺技术体系，蕴含着朴素的科学理念。中国传统木构建筑从起源到发展成熟，经历了数千年时间，见证了这个东方文明古国的朝代更替和荣辱兴衰。从帝王将相的宫殿、坛庙、陵墓、府第、官署，到百姓的民居、祠堂、佛寺、道观等，木构建筑无处不在。

传统木结构建筑在风作用下发生损坏的现象屡见不鲜：2006年福建省福鼎市有着1000多年历史的佛教名寺资国寺，受台风“桑美”影响毁损严重，20多间建于唐宋时期的木质结构建筑倒塌，几乎全部毁损；2013年受台风“万宜”的影响，日本古都京都、奈良多处古建筑物受损。即使对于现代仿古木结构建筑，建筑的抗风能力也不容忽视：2006年6月10日上午，杭州突遭短时雷雨大风，西湖景区三台山顶的三台阁坍塌，8名游客被困（图1-1）；2012年9月12日下午，一次强对流天气突袭杭州城区，西湖公园“亭湾骑射”景点集贤亭在狂风暴雨中倒塌，所幸无人员伤亡；2012年7月3日下午，南京突发暴雨狂风，该市一处跨河木质廊桥在风雨中发生坍塌，砸伤数位桥上市民（图1-2）。因此，为了更科学的保护我国传统古建筑，更合理的设计现代仿古木结构建筑，我们应该加强对传统木结构建筑抗风能力的研究。

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