1 安徽新华学院土木与环境工程学院 合肥 230088；
2 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司 安徽马鞍山 243000
摘要：古民居的核心价值在于承载着历史并承传着文化，而地震灾害则是古民居价值延续的重大威胁之一。在调研了国内外围绕古民居抗震性能研究及应用的基础上，总结了古民居在地震破坏评估、抗倒塌性能、抗震加固技术等方面的研究成果，并进一步探讨古民居在以上各方面有待进一步深化研究的问题。
关键词：古民居；抗震性能；状态评估；抗倒塌；抗震加固
1 引言
不同于其它不可移动文物，古建筑除了自然环境的影响外，还存在着人类在使用过程中对它的进一步损伤甚至是破坏，其中古民居因与现代人类的生活关系密切，统一规划与保护的难度相对较大，在使用过程中业主可能会按照主观想法进行随意性的改造或采用现代技术方法对其进行不合理修缮或加固，往往会破坏其原有的良好结构性能及传力机制，大大削弱了其抗震性能。
近几年来，我国破坏性强震时有发生，古民居在历次地震中损毁现象较为突出。2008年汶川发生Ms8.0级大地震，大震后还发生了数千次余震，并引发山体滑坡和泥石流等严重地质灾害，给广大受灾地区造成了重大的人员和财产损失[1]。据四川省的统计资料表明，此次地震使得桃坪羌寨、夕佳山民居、崇州麒麟街民居、马尔康西索民居、冠英街民居、宜宾朱家民居等大量古民居集中区遭受了不同程度的破坏。2010年4月青海玉树发生两次地震，最高震级Ms7.1级，此次地震破坏涉及16处文化遗产建筑，包括部分古民居建筑，主要破坏特征包括地面损害、墙体损害、大木构架损害、椽望损害、屋顶损害（苫背、瓦件）、装修损害、油饰彩画及壁画损害等形式。
由于古民居在文化遗产占有很大的一部分，所以保护古民居的安全对整个文化遗产的保护有着重要的作用，但目前对于古民居所面临的地震灾害风险还存在底数不清、对策不明的状况。为此，本文基于文献调研方法，对国内外在古民居的抗震性能研究如地震破坏状态评价、抗倒塌性能、抗震加固技术等方面进行了综合分析，进而为下阶段不同结构形式古民居的抗震方法与技术研究奠定基础，这无论是从历史文化与社会层面，还是从工程方面或者学术方面，这项基础性的调研工作均具有非常迫切且必要的现实意义。
2 国内外研究现状
2.1 地震破坏状态评价
古民居按其结构类型主要分为木结构民居、砖木结构民居及砖石结构民居，准确评价古民居的抗震性状对古民居的性能鉴定、保护及加固乃至震后快速有效的临时加固起到了重要的作用，但现有的地震破坏状态评价与性能评估方法并不多，且存在主观性较大和评价方法不足，而在钢筋混凝土结构及钢结构基于性能的地震状态评价研究与应用则已较为成熟，针对砖混结构也有一定程度的研究。
针对古建筑的地震破坏状态评价研究，则多集中在震害预测方面，如高大峰等[2]根据动测所得到的结构特性，提出单自由度木结构震害预测的计算方法和木结构的模糊震害预测方法，李铁英等[3]提出了古建筑木结构的双参数地震损坏准则，初步划分了震害等级及标定参数。而对于地震后文化遗产建筑的破坏状态的评价，现阶段的评价方法主要是依靠专家打分法去判断。此外，余志祥等[4]对青城山居士楼砖木混合结构通过数值仿真研究了其抗震性能。
2.2 抗倒塌性能
我国自唐山大地震后即提出三水准设防包括“大震不倒”的抗倒塌要求，在现行建筑抗震设计规范中开始引入了基于性能设计方法和抗连续倒塌设计方法。在抗倒塌分析研究方面，随着基于性能抗震设计理论和抗连续倒塌分析的逐渐发展，利用损伤指数研究结构倒塌破坏过程越来越受到关注。在钢筋混凝土结构在抗连续倒塌的设计方法方面的研究也成为目前的一个研究热点。此外，也有人针对非钢筋混凝土结构进行了抗倒塌分析的研究，如刘红彪[5]通过对两栋单层砌体结构模型对比的振动台倒塌试验，研究了砌体结构的地震破坏失效模式及倒塌机理。苗吉军[6]通过仿真模拟及振动台试验对比分析了砌体结构的倒塌反应。
通过对过去历次地震震害的总结，借鉴国外先进经验和理论以及我国研究人员的研究成果，我国在现代建筑结构中已形成一套行之有效的建筑抗震政策和技术。但近几年特大地震震害表明，我国建筑抗震技术在古民居保护的研究与应用方面尚有不完善之处亟待弥补。总结分析古民居震害的原因及其传力机制和破坏机理，开展古民居抵御地震灾害综合应用技术研究就成为建设领域科研技术人员一项迫切而重要的任务，必将对完善我国古民居的保护产生重大影响。
2.3 抗震加固技术
针对古民居无论是地震发生前实施预防性的加固抗震，或是在地震后对其进行修复性加固抗震，对于古民居健康状态的维护以及抗震减灾能力的提升都有非常重要的意义。但是，由于古民居与现代一般建筑相比具有不可再生的历史文化价值以及复杂多样的结构形式，因此选择适当的加固抗震方法需要格外谨慎，不合适的方法会对古民居建筑尤其是其文化遗产价值造成无可挽回的损害。
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关于古建筑加固技术的研究与应用，谢启芳等[7]和于业栓等[8]分别采用碳纤维布及扁钢对榫卯节点补强进行了抗震性能实验，表明碳纤维布和扁钢加固后均能提高构架的强度和刚度，同时降低了构架的耗能能力，此外还得出了碳纤维布与扁钢的有效适用情况，Y.B.Motlagh等[9]采用GFRP对木结构构件加固补强后根据实验研究其抗弯工作性能，表明能有效提高木结构的抗震性能，姚道平等[10]和分别对提高砖石结构古塔的抗震性能进行分析，并提出有效适用的加固方法，施养杭等[11]对砖石结构中的墙体采用新型灌浆材料，研究表明该加固方法能显著提高砖石结构的抗震性能，LuisaCarta等[12]对意大利古建筑中的石质材料力学行为进行了研究，Richard Levy等[13]已北美北极的某古建筑为例进行了抗震加固的数值计算模拟。
3 研究趋势分析
基于性能的地震安全评估方法虽然已较多地应用在钢筋混凝土结构的多层和高层建筑中，但对于古民居中单层和低层木结构、砖木结构及砖石结构的地震安全性能评估研究成果十分有限。因此有必要通过以某特色古民居的典型结构形式为对象展开研究，提出一种适合该古民居结构的地震破坏状态评价方法，然后进一步研究该方法在其他古民居结构性能评估中的应用。
结构倒塌过程是一个强非线性过程，通过数值仿真技术来可以实现全过程的模拟，但由于古民居的结构形式有别于抗倒塌研究比较充分的现代建筑结构，且经历百年以上的损耗与侵蚀，其材料力学性能、节点工作性能等抗震剩余能力状态难以直接确定，且针对农古民居倒塌仿真模拟研究成果非常有限。因此，古民居抗倒塌性能研究的关键问题是数值模拟方法研究，然后可进一步开展古民居典型结构形式在地震作用下的倒塌过程仿真分析，以研究其灾变机理和失效模式，进而实现对古民居典型结构的震害预测及加固实施效果。
虽然现代建筑结构的加固抗震技术已趋于成熟，并不断有新技术产生，但将其运用到古民居的加固保护中，是否真正符合古民居的保护原则，是否可以兼顾对古民居建筑结构和历史文化价值的保护，需要对此进行评价并制定相应的标准。由于该评价标准的制定研究领域尚处于刚刚起步阶段，因此，需要通过整理国内外古建筑加固抗震实例，总结加固方式的基础上，尝试对不同结构不同加固方法进行评价，并通过对“最小干预、可逆性、可识别及兼容性”等加固原则的契合度进行打分判别。此评价旨在分析古建筑中的加固技术应用于具体古民居的可行性及匹配性。
4 结语
结合国内近几次大震对古民居的破坏现状分析表明，近年来我国古民居分布地区中强地震活跃，并已多次出现大震巨灾、中震损毁，以及小震致灾甚至小震大灾，不少具有文化遗址价值的古民居遭到破坏，因此，在现状分析和文献调研的基础上，开展古民居的抗震研究定会使现存的古民居得到最有效的保护。
参考文献：
[1]“5?12”汶川地震房屋震害研究专家组. “5?12”汶川地震房屋震害分析与对策研究报告[D]. 四川地震，2009，总131期：42-47.
[2]高大峰. 中国木结构建筑的结构及其抗震性能研究[D]. 西安：西安建筑科技大学，2007.
[3]李铁英，魏剑伟，张善元，李世温. 木结构双参数地震损坏准则及应县木塔地震反应评价[J]. 建筑结构学报，2004，25（2）：91-98.
[4]余志祥，赵世春，吴昊.青城山居士楼砖木混合结构抗震性能数值分析[J]. 西南交通大学学报，2010，45（2）：179-181.
[5]刘红彪，郭迅. 极震区典型砌体结构的振动台倒塌对比试验分析[J].土木工程学报，2012，45（12）：18-28.
[6]苗吉军，顾祥林等.地震作用下砌体结构倒塌反应的数值模拟计算分析[J].土木工程学报，2005，38（9）：45-52.
[7]谢启芳，赵鸿铁等，中国古建筑木结构榫卯节点加固的试验研究[J].土木工程学报，2008（1）.
[8]于业栓，薛建阳，赵鸿铁.碳纤维布及扁钢加固文化遗产建筑榫卯节点抗震性能试验研究[J].世界地震工程，2008（3）.
[9].B. Motlagh，Y. Gholipour，et al. Experimental and analytical investigation on flexural strengthening of old wood members in in historical buildings with GFRP[J]，Journal of applied sciences 8（21）：3887～3894，2008.
[10]姚道平，张艺峰，谢志招等. 石结构古塔抗震性能研究[J].世界地震工程.2009（1）.
[11]施养杭，余建星.新型灌浆材料在已建砌体结构抗震加固中的应用[J].地震工程与工程振动.2005（1）.
[12]Uisa Carta，Domenico Calcaterra. The stone materials in the historical architecture of the ancient center of Sassari：distribution and state of conservation[J]. Journal of Cultural Heritage.2005（6）.
[13]Richard Levy，Peter Dawson. Using finite element methods to analyze ancient architecture：an example from the North American Arctic[J]. Journal of Archaeological Science.2009（36）.
第一作者简介：
易苗苗（1983-），助教，硕士，研究方向：绿色建筑结构的经济性能研究。
基金项目：安徽建工集团有限公司科研项目（2014-12），安徽省高等学校自然科学研究重点项目（KJ2014A099），安徽省高等学校优秀青年人才基金重点项目（2013SQRL098ZD），安徽新华学院骨干教师资助项目（2012xgg03），教育部大学生创新创业训练计划项目（201512216041、201512216042）。
论文作者:易苗苗1,王浩2,刘录洋1
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/9
标签：古民居论文; 性能论文; 结构论文; 方法论文; 木结构论文; 评价论文; 建筑论文; 《基层建设》2016年7期论文;