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斗栱的建筑学探讨与力学分析
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  • 编辑:vicky
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  • 论文字数:44695
  • 论文编号:el2021110908481424606
  • 日期:2021-11-09
  • 来源:上海论文网

建筑学概论论文哪里有?本文首先对斗栱进行建筑学上的探讨,然后利用 BIM 技术建立完整的斗栱模型,再利用有限元分析软件,对斗栱进行进行三维有限元数值模拟分析。具体分为一下几个方面的工作: 1.  分别介绍斗栱在建筑学上和结构上的意义、作用,收集整理关于斗栱的研究进展。 2.  对斗栱的定义、组成、分类、斗栱的起源、演变过程、斗栱的艺术特性及在现代文明中的应用进行阐述,重点研究斗栱在宋代到清代的变化规律。

第1章 绪论

1.4   斗栱的研究进展
近代以来,以梁思成先生、刘敦桢先生为代表的中国营造学社的著名学者,分别以宋代的《营造法式》和清朝的《清工部工程做法》这两部著作为学习资料,拜老匠人为师,走访全国各地的古建筑遗产,通过对这两本书的理解以及在现实中的探讨与应用,终于将晦涩难懂的两本著作融会贯通,用近代表示手法将斗栱各方面研究成果传给后人。
20 世纪 90 年代以来,专家们开始研究以斗栱为主要构件的古建筑的结构、做法和力学特性等,并取得了一定成果。其中在王天所著的《古代大木作静力初探》[8]这本书中,从力学角度出发,对古代木结构进行了研究;马炳坚所写的《中国古建筑木作营造技术》[9]中,以明朝、清朝时期的古代建筑为背景,介绍古代木构件的相关做法及工艺要求,可以有效的指导仿古工程建设。
21 世纪以来,专家们开始对古建筑进行保护、修缮,同时也展开了研究,并且取得许多的阶段成果,通过对木结构进行的三维有限元数值模拟,分析了斗栱各构件的实际工作机制、破坏时的各构件形态和斗栱整体结构的抗震性能,并以此为基础,运用到工程实例当中。

建筑学概论论文
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第3章 斗栱尺寸模数及参数化设计

3.1   斗栱的尺寸模数
中国建筑发展到宋代已经基本完善、定型,其主要标志就是《营造法式》,它是我国古代最早的一部建筑技术和建筑设计理论专著,其规定了一整套关于建筑设计、施工和工料估算等方面所应遵循的思想原则和操作规范,它是对过去数千年中国建筑经验的总结,第一次采用了”材“作为标准的”模数“来规范建筑。
3.1.1宋式材分制
早在 1103 年,李诫所编写的《营造法式》这本书中就提到了模数制的概念,在当时,被称为”材分制“,即以”材“作为建筑物的模数单位。”材“作为栱的断面、材等的划分,它所表达的内容不仅仅停留在工程技术、经济、截面尺寸的层面上,它更重要的是传达着一种等级秩序变化和文化价值的观念含义。
从构件断面最小、应用数量最多、拼合要求严密、加工最为复杂等方面来看,采用斗栱中各构件所共用的断面尺寸作为基本单位,是最合理的选择。各构件依照断面尺寸为基本单位建造以及组装。
现代材料力学证明,影响梁的抗弯承载能力的最要因素是梁的高度而不是宽度。因此,在提高构件抗弯承载能力时,不需要一味的放大断面高度和宽度,其主要还是增加高度即可。所以,出现了”足材“这个概念。根据《营造法式》中的分类,斗栱中的栱一般可为足材栱和单材栱两种形式,单材栱包括了泥道栱、慢栱、瓜子栱、令栱,它们的断面形式都是一材;而足材栱却只有华栱一种形式,(补间铺作华栱仍用单材),此外耍头、衬枋头以及角昂也用足材,都是铺作出跳方向上的构件。
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第4章 竖向均布荷载作用下宋式斗栱的三维有限元数值模拟

4.1   实验概述
西安建筑科技大学魏国安[25]等人针对斗栱进行了一系列试验,并进行了力学性能分析。以下对试验过程和试验结果进行简要概述。
1.  试件的设计与制作
试件选取了柱头八铺作,模型只取用底层两跳制作实验构件,如图 4-1 所示。即可以将模型简化为宋式四铺作。构件的缩尺比例 1:3.52,数量 3 个。

图 4-1   实验模型
图 4-1   实验模型

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4.2   四铺作的三维有限元数值模拟
本节主要针对四铺作进行三维有限元数值模拟。采用 ABAQUS 软件建立四铺作三维有限元模型,同时进行三维有限元数值分析,将分析结果与实验结果对比进行模型验证。
4.2.1四铺作三维有限元模型建立
1.  四铺作模型建立
参考斗栱试验模型及斗栱各试件的尺寸大小,采用 ABAQUS 三维有限元分析软件建立四铺作模型。通过 ABAQUS 与 Revit 软件互导的接口,将四铺作的 BIM 模型导入到 ABAQUS 软件中。
将四铺作的 Revit 三维模型导出为 sat 文件格式,然后在 ABAQUS 中导入部件,将四铺作的 sat 文件导入到 ABAQUS 中。由于四铺作是分别由 27 个部件组合而成,所以导入的模型为单个的部件。还需将每个部件装配起来才会得到所需要的四铺作整体模型。整体模型如图 4-4 所示。

图 4-4   四铺作整体模型图
图 4-4   四铺作整体模型图

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第5章 结论与展望

5.2   展望
综合全文,希望以后对斗栱的研究注重以下几个方面:
1.  对现存的重要典型木结构建筑进行实地的调研、测量,掌握准确实际的资料,再对斗栱进行实事求是的研究分析。
2.  本文对斗栱结构进行力学分析时,仅考虑了斗栱材料为一理想弹塑性材料,而实际斗栱材料为木材,而且并未考虑斗栱各构件之间其连接作用的榫卯结构。在条件允许的情况下,后续还可以从以上两个方面对斗栱进行进一步的研究。
3.  理论与实际要能够相结合,对斗栱的研究分析需要应用到实际工程中,比如对古建筑中斗栱的维护和修复,使之带来具体的效用。
参考文献(略)