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地震中土耳其传统木制建筑及其损伤

Adem Dog˘anguuml;n a,*, Ouml;._ Iskender Tuluk b, Ramazan Livaog˘lu c, Ramazan Acar a

Karadeniz Technical University, Department of Civil Engineering, Trabzon 61080, Turkey b Karadeniz Technical University, Department of Architecture, Turkey c Karadeniz Technical University, Gumushane Engineering Faculty, 土耳其

2005年3月1日收到; 2005年4月4日接受

2005年12月15日在线提供

摘要

木材是世界上许多地方结构中使用最古老的结构材料之一。木框架建筑通常在土耳其建造，直到大约1960年。钢筋混凝土结构和砖混结构被优先使用，木制建筑几乎被遗忘。但是，1999年，Kocaeli和Duzce地震又令人们想起了传统木建筑。由于钢筋混凝土建筑物受到严重破坏，传统建筑在这些地震中表现得非常好。在这项研究中，主要介绍了土耳其使用的传统木结构建筑的类型，并讨论了它们在地震中的破坏。损坏和未损坏的木制建筑照片在文中展示。地震破坏突出了一些结构性弱点包括石膏的开裂和掉落，砂浆失效，连接松动或失效，大的横向位移，砖石填充物的移位，连接的松动或失效以及与基础的连接失效。

关键词：地震损害; 土耳其传统木制建筑

1. 简介

有三种类型的结构系统，钢筋混凝土，非增强砌体和木框架 通常在土耳其建造。城市中的现代建筑通常建造为钢筋混凝土。 传统的木制建筑通常建在城市的古老地区。从17世纪到19世纪，这些建筑物的抗震性在伊斯坦布尔变得几乎普遍。但是尽管木结构在地震中可能是安全的，但在火灾中是致命的。19世纪初，几个巨大的火灾席卷了整个城市，说服当局进一步削减木材建筑，除非采用砖块隔离火灾[1]。 到19世纪末，多单元砖公寓楼正在取代传统的木结构建筑。但是，木框架结构是加拿大，美国和新西兰最常见的住宅类型，适用于单户和低层多户住宅[2]。每年在北美和日本，超过200万套住房被建造 [3] 。在美国的所有地区，木结构与总结构的比例的一般范围似乎在80％到90％之间[4]。

1999年，Kocaeli和Duzce地震提醒在土耳其社区的传统建筑物。虽然地震区中心有许多传统建筑群，但许多古老的传统木结构房屋仍然完好无损，只有几套房屋遭到严重破坏。然而，钢筋混凝土建筑物受到高度破坏[5]。土耳其研究人员如Gulhan和Guney [6] 证实了这一发现，他们在受损地区的几个地区进行了详细的统计研究。他们发现了与传统建筑相比，现代钢筋混凝土建筑倒塌的百分比差异很大。在Gouml;lcuuml;k上方山区的一个地区，814个钢筋混凝土结构中有60个遭到严重破坏或倒塌，789个二至三层传统建筑中只有4个倒塌或严重受损。钢筋混凝土建筑有287人死亡，在传统结构中只有3个。在Adapazari损坏区的中心，研究表明，930个钢筋混凝土结构中有257个受到严重破坏或坍塌，558个受到中度破坏。相比之下，400个传统建筑中没有一个倒塌或严重受损，只有95个受到中度破坏。

1999年, Kocaeli和Duzce地震中钢筋混凝土建筑物的普遍破坏不仅迫使土耳其的学者，工程师和建筑师重新评估钢筋混凝土结构，而且还促使他们中的一些人重新考虑废弃的技术，传统的木结构系统。图1和图2显示了传统木屋的两个视图，它们在1999年的地震中幸存下来，没有损坏，紧挨着他们的是接近倒塌和严重损坏的钢筋混凝土结构。关于土耳其传统木结构建筑的地震破坏的研究和信息相对较少。但是，由于两个原因，使得传统建筑的抗震性能的研究很重要。第一个是，如果可能的话，减少人类生命和经济损失，应该在地震区域使用传统的结构系统建设。第二个是大多数建造在地震带周围的4000个不同地点的木结构建筑是土耳其文化的重要组成部分（土耳其有近45, 000个登记的古迹和住宅）。这些历史和纪念性的结构被认为是下一代的文化遗产，这些建筑物在未来的地震中需要存活或轻微损坏是非常重要的。

这项研究的主要目的是介绍土耳其传统木结构建筑的类型，并评估其地震损害。由于在土耳其1999年地震之前这些传统建筑的地震反应很少有人去讨论过，因此关于这一主题的论文很少。希望本文能够开展关于传统土耳其木制建筑和地震破坏的学术对话，并进一步展开辩论，并鼓励未来对这些建筑进行研究。

图1. 1999年杜兹采地震后的传统和钢筋混凝土建筑的视图

图2. 1999年Duzce地震后邻近传统和钢筋混凝土建筑的视图 [7]

1. 土耳其传统木建筑的类型

土耳其的木结构建筑是该地区居民数千年文化遗产的产物。因此，土耳其有许多非常独特的传统乡村住宅建筑风格，这是由文化特点、可用的材料和气候因素造成的。土耳其的传统木结构建筑主要根据墙体的结构元素进行分类如下:

• 原木房
• Hatil建筑

木材—砖石结构

• hamis建筑

木—框架（木框架）建筑

• dizeme建筑
• bagdadi建筑

2.1原木房

在某种程度上，历史上最古老的建筑方法被称为“canti”(原木房)，其中略微处理的原木重叠并锚定在两端（图3）。由原木构成的墙具有承重和分隔的功能。在传统的土耳其原木房中，垂直荷载通过水平放置的只在两端受到约束的圆木从上到下传递。即使这样的承重系统足以承受垂直荷载，在破坏性地震中由于受剪力作用端部松动，也无法抵抗侧向荷载。如果对原木进行机械或化学处理并相互锚定，就有可能使其具有抗震性能。近年来，土耳其开始使用新技术建造现代原木房。

图3.土耳其的传统原木房[8]

2.2 Hatil 建筑

Hatıl建设、水平木材嵌入到承重墙砌体 (图4) 。许多建筑与Hatıl建设系统工程的主要材料是石头和泥砂浆，在最近的土耳其小地震中(2004年7月2 Dog ˘ubeyazıt, 3月25日2004埃尔祖鲁姆地震)木头也遭到轻微破坏。在这次地震中，Hatıl木构件的作用在调整或者减少损害，并不是非常乐观，但是原来以为它是比较重要的。相以前我们所提到的很多受影响的结构已经有明显的腐朽了，因此，墙体顶部/屋顶发生坍塌和颗粒解体。Hatıl的系统并没有帮助来组织这种类型的破坏。很显然，那个Hatıl当它在门面端墙连接，它帮助减少墙的边角破坏的作用。在门窗的周边它改变了裂纹扩展的方向[9]。

2.3 dizeme建筑

Hımıs建设可以简单描述为一种用砌块填充的木框架 (图5), 如砖、土坯或石头。这种类型的建筑是一种在世界上的许多地方在历史上存在的共同的传统建筑的变体，从古罗马几乎到现在。在英国，它成为伊丽莎白时代的标志之一，被称为“半木结构”。在德国被称为“桁架”，在法国被称为“colombage”，在克什米尔，印度“dhajji-dewari”，在中美洲和南美洲的部分地区，一个变种被称为“bahareque”[10]。

可以根据结构系统和填充砌体分类传统hımıs建设。在此，将结构体系分为两大类:系统包含支撑构件，不包含支撑构件(图6)。在该系统中，螺柱本身仅由其他水平横梁连接。在这个建筑中，垂直的木材构件不沿顺纹方向受拉，而木材在该顺纹方向具有较高的强度。结构木材具有各种天然缺陷，在一定程度上受到横纹方向的剪切或拉力时，表现出不容置疑的脆性。因此，由于框架体系侧移刚度较低，在地震作用下，它不可能抵抗侧向力而不受破坏，如图6所示。

Hımıs建设, 木材构件为填充砌体提供支撑，因此为结构的重要构件。只有垂直的框架构件(柱、柱)才足以承受垂直荷载，但在强地震动时，这些柱、柱就不够了。考虑提高传统木结构抗震设防结构在地震作用下对水平力的抗震性能，在地震区的传统的木框架建筑中使用支撑构件。为了成功地使斜撑构件成为一种抗震构造体系，必须正确设计支撑构件，斜撑越多越好。斜撑的放置和设计也是一门艺术。三角形的底相对于它的高越宽，它就越强。对角线应与垂直构件连接，尽可能靠近与面板水平构件的连接处。由于建筑的角部在横向运动时最容易受到损害，建设者已在那里放置了斜撑。X型支撑通常比单独的斜撑更强。

图5. 带有支撑元素传统的hımıs建筑和布尔萨的砖填充物

图6.带有砖填充且没有支撑元件的传统建筑

2.4 bagdadi建筑

在一些地区，如Bolu，一些建筑中，木材代替砌块被用作填充材料。短粗木构件dizeme作为填充材料，它们是本工程中使用的轻钉钉或水平框架构件 (图7) 。填充木材的目的是避免砌体填充材料常见的早期剪切破坏和框架脱落。因此，被称为dizeme的木填充物在地震摇晃过程中通过“工作”许多周期而不丧失其完整性，为建筑物提供了连续的额外支持。在一些建筑的抹灰施工前，板条以较小的距离钉在主要的框架构件和dizeme上(图8)。板条有助于抵抗横向荷载，并将框架构件和dizeme绑在一起。

dizeme结构作为一种延性和耗能的结构形式，在不同结构构件之间的连接和摩擦中可以通过滞回来实现，它比其他传统的木结构建筑形式具有更大的优势。有许多荷载路径的Dizeme结构在结构上被认为是冗余的，在地震中提供了额外的安全级别。典型的dizeme结构由数百种木材构件和钉连接组成。这意味着一个荷载路径的失效通常可以由相邻的构件和节点来补偿。因此，具有高能量耗散能力的dizeme元件的冗余性使其在地震作用下具有良好的性能。在1944年发生的里氏7.8级地震中，许多采用dizeme结构的木框架建筑表现良好。

图7.带木质填充物的传统木结构建筑（dizeme结构）

（a）所有层利用dizeme技术建造

（b）在dımıs和hatıl地面故事的Dizeme建设。

2.5 bagdadi建筑

其他的建筑形式bagdadi是木骨架构件之间形成的的空隙由更轻的材料或用沙子和石灰砂浆将干壳变成了填充材料。墙的内表面用板条、灰泥或木材覆盖，而外表面则用灰泥或非灰泥或木灰泥覆盖(图9)。

图8. Dizeme结构，板条钉在框架元件上，并用泥浆覆盖。

（a）倾斜的板条钉在框架元件上并用泥浆覆盖。

（b）水平放置的板条钉在框架元件上并用石灰灰泥覆盖。

图9.在土耳其一些传统的bag˘dadi结构类型 [8]

1. 土耳其地震中木制建筑的损坏

土耳其经常遭受破坏性地震，大约每年都发生一次。此外，它是世界上为数不多的导致伤亡地震重现期最短的国家之一。土耳其地震一般为内陆型和浅源地震，其破坏性比近海地震更大，甚至震级可能更小。

众所周知，地震、土壤和结构的性质影响着结构在地震作用下的破坏程度。地震最大加速度、震源持续时间、震源深度和震源距城市的距离是影响结构破坏的主要地震参数。土壤条件对建筑物破坏程度的影响是非常明显的。由于本课题假设超出了本文的研究范围，这里只讨论与传统木结构建筑相关的结构缺陷和错误。

木结构的损伤可分为:轻微损伤;垂直裂缝多位于墙角或墙体中部(0.5 mm)处，中度损伤;墙体上的垂直裂缝和水平裂缝(2mm)，角处裂缝特别大，墙体变形，墙体沿木梁变形，墙体与梁分离，屋面与墙体分离，严重破坏;结构体系的部分坍塌或全部坍塌。

令人失望的是，很少有官方报告或指示研究有关木制建筑物的地震安全。描述土耳其传统木结构建筑在地震中的书面文件很少见，但幸存下来的几份文件提供了诱人的线索。1894年伊斯坦布尔地震后，专家和普通市民都对木制建筑的良好表现印象深刻。雅典天文台的台长打电话来研究这次地震，他的结论是，即使是年事已高、建筑质量很差的木结构建筑的表现也要优于砖石建筑。在最近的几次地震中，木结构建筑的地震行为要么只报道了几句话，要么根本没有报道。表1列出了从书面文件和作者对土耳其受地震影响的传统木质建筑的观察中得出的损坏评估结果。表中为记录的地面加速度峰值，t为地震持续时间，考虑振幅较大的时间间隔，为地震震源深度，HD、MD、LD分别为高、中、低损伤。在其他土耳其地震中，没有发现任何与传统木结构建筑地震行为相关的信息。

大部分木结构建筑表现良好，尤其是从生命安全的角度来看。如果木结构建筑倒塌，就会产生巨大的生存空间。此外，建筑物的集中、破碎重量也较轻。砖块会造成许多伤害，但被压扁的身体要比混凝土砖少。

虽然传统木结构建筑的类型在不同的地震区有所不同，但是它们在地震中所造成的破坏是可以被分类的。土耳其破坏性地震期间木结构建筑物遭受以下破坏。

3.1灰泥开裂和脱落

它在更大、更长的地震中幸存下来，说明木结构建筑能够在许多周期内保持稳定。然而，要做到这一点，结构的变形和填料中的摩擦力必须从振动开始时就开始了。因此，与钢筋和砖石建筑不同，对于木结构建筑而言，在大地震和小地震中灰泥和灰泥的脱落是

资料编号：[3841]