赵舒然 张瑞瀛 薛子怡 颜喜林
上海工程技术大学 上海市松江区 201620
摘要：针对我们国家地震破坏建筑物，影响人们的生命安全以及生产生活的进行等问题，本课题研究并讨论了解决这一问题的竹制材料建筑结构抗震的效果以及运用到实际生活的可能性并与我们选择的框架-核心筒结构方案为例来探究地震对房屋结构的破坏。本课题将围绕这两个点展开带屋顶水箱的竹制多层房屋建筑结构设计的实验研究。通过在小车的不同强度的晃动下，增加砝码或增加盛满水的水箱来探究竹制模型的抗震能力，在不断地实验，改良下，得到了新式竹制抗震房屋建筑结构模型。
关键词：竹制 抗震 房屋结构 框架-核心筒
Abstract:?in?view?of?our?country?building?earthquake?damage,?influence?people?life?safety?as?well?as?the?production?and?living?problems,?this?topic?research?and?solve?this?problem?is?discussed,?and?the?effect?of?the?bamboo?material?structure?seismic?applied?to?real?life?and?the?possibility?of?and?we?choose?the?frame?-?core?tube?structure?scheme?as?an?example?to?explore?the?earthquake?damage?to?the?building?structure.?This?paper?will?focus?on?these?two?points?to?carry?out?the?experimental?research?on?the?structural?design?of?bamboo?multi-storey?building?with?roof?water?tank.?The?seismic?capacity?of?the?bamboo?model?was?explored?by?adding?weights?or?adding?water?tanks?under?the?shaking?of?the?trolley?with?different?intensity.?Through?continuous?experiments?and?improvements,?the?new?bamboo?seismic?building?structure?model?was?obtained.?
Keywords:?bamboo?seismic?building?structure?frame?-?core?tube
0引言：竹材作为建筑材料具有质量轻，韧性好，在荷载过大时不会立刻断裂崩溃，为后续建筑的修补和替换提供了良好的环境和条件。又因为我国的地理环境适宜竹子的自然生长，能因地取材，竹材价格也相对低廉且竹材低碳绿色环保，相比传统的钢筋混凝土来说更适合作为新型建筑的基本材料。在设计的过程中选用与竹材特性相关的结构方案来达到抗震的效果也是一个重要的部分。在参考和调研了上海中心等高层建筑结构抗震能力后，从目前存在的桁架结构，框架结构，筒体结构，框架剪力墙结构，框架核心筒结构等多种方案中选取了当下高层建筑中最广泛使用的框架-核心筒结构作为我们的实验方案进行房屋建筑结构的改良和设计，并对新结构的荷载能力和抗震能力进行测试和分析，最终得出新结构运用的可行性。
1框架核心筒结构的抗震原理
框架-核心筒结构是目前高层建筑中被广泛使用的一种建筑结构。框架-核心筒结构最早运用于国外建筑电梯的升降井，由于抗震性能好，有利于增加结构的整体性，刚性，承载力，再加上几大其优于传统建筑的特点：占地面积较小；能够较方便的与施工的方案相配合；有效提高工程效率，而被广泛地运用于我国的高层建筑中。而在实际的设计中，框架-核心筒有以下特征：核心筒承载水平荷载，框架承载竖向荷载，薄壁圆筒抗扭性能良好。组合在一起能够有效的提高建筑承载力;框架与核心筒通过合理有效结构衔接节点增加整个建筑物的延性从而降低地震带来的破坏。
2模型试验及结果分析
使用规格为1250mm*430mm*0.20和 1250mm*430mm*0.35本色侧压双层复压竹皮，标准竹棍制作模型。本色侧压双层复压竹皮顺纹情况下的抗拉强度为60MPa，弹性模量为1.0*10^4MPa。而构件，层板和结构之间的连接使用了磨具磨成的竹粉和502胶水混合黏结，底座使用螺栓将底座和加载台面连接。砝码和水箱使用热熔胶固定在顶层进行实验测定。
模拟地震实验的设备使用了传统的小车定距晃动的方法如图一。通过定距晃动来进行加载，并使用双面尺和高速摄像机配合观测柱节点的位移和形变量，以此来分析建筑结构整体的稳定性。
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设置一组实验组，三组对照组。通过砝码和水箱的荷载的增加和支撑构件的添加形成对照进行分析。首先使用两侧加支撑构件的结构如图二进行实验，在空放1.25kg，2.55kg加载时没有出现结构破坏的情况，在试验进行加载的模型在承重达到5.1kg时第二层楼板的3号节点部分发生了脱落。经过分析，脱落原因是两侧未加支撑导致梁的变形过大而产生了断裂。因为晃动，未添加支撑的柱间产生了较大形变，导致节点脱落。在重新连接后进行了同一荷载下的加载试验，
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根据实验组支点处梁的破坏情况在除底层外的楼层重新添加了支撑构件如图三，再次进行了新的加载试验：空放，顶部1.25kg，2.55kg，5.1kg荷载条件下的实验。通过数据分析发现结构的稳定性得到了显著提高，杆件的形变量减小，建筑结构整体摇晃幅度明显减小。将顶部的砝码换成4L的盛满水的水箱进行实验。由于水具有液体的特性，与固体砝码不同，水的晃动吸收了一部分水平荷载产生的振动的能量，合理的设置水箱与结构件的连接方式和体积大小，与建筑结构自身的自振频率相匹配和适应，则能起到一个顶部调液质量阻尼器的效果。
图三侧面加满斜撑的对照组
不同荷载不同支撑情况下柱点的变化情况
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3结论
通过模拟加载台对实体模型的加载试验验证，具有构件辅助的框筒结构比简易的框筒结构在荷载相同，震动频率相同的加载环境下的稳定性更强，也更不容易变形。在重物更换为水箱时也表现出了很强的抗震性能，在筒体发生扭曲形变时仍能提供较强的荷载能力。
该结构采用竹材作为建筑材料，有效的控制了建筑的成本，采用了绿色环保的先进理念。在抗震性能的分析中，该结构在承受远远大于自身重量的荷载的条件下仍表现出了较强的稳定性和承载力，抗震性能好。外观简洁大方，空间利用率高。对今后的建筑抗震设计有一定的参考价值。
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