摘要：综合轻型木结构墙体构造原理对传统木结构墙体进行改进，设计制作了3组传统民居木隔墙和3组改进后的轻型木隔墙实体模型，进行拟静力模拟试验，分析传统结构与改进后轻型结构木隔墙的抗侧移性能。试验结果表明轻型结构木隔墙较于传统木隔墙能够很好的提高抗震性能，其抗侧移刚度和单位耗能得到提高，但其极限位移、延性系数不及传统木隔墙。
关键词：轻型木结构；传统木结构；木隔墙；拟静力试验；云南民居
中图分类号：A 文献标识码：P315.9；TV352.1 文章编号：1000―0666(2012)01―0128―05
前言
我国是世界上地震灾害频发并且震害极其严重的国家之一。我国经济发展地域不均衡，在少数民族较多且相对落后的地区，由于民族文化的传承需求，木结构民居建筑仍广泛而大量的分布并将延续应用。云南省地震多发，开展木结构的民居抗震研究具有一定的现实意义。
国内对木隔墙的研究起步较晚，对木结构墙体的研究也多数集中在对轻型木结构剪力墙的研究，而对传统民居墙体的抗震性能研究较少。程海江(2007)和吕西林等(2007)分别完成了两栋二层足尺轻型木结构房屋的振动台试验以及木结构剪力墙低周反复加载试验。张盛东(2006)根据钉节点试验结果提出一个钉节点荷载一侧移公式并提出无抗倾覆锚固件剪力墙的侧向变形公式。谢启芳等(2010)根据轻型木结构的优点和结构特点提出一种新型木结构墙体：木骨架中的竖向墙骨与横向墙骨、顶梁、底梁采用榫卯连接，面板与木骨架采用钉连接，该墙体受剪承载力较高、耗能性能好而且施工更为简便。
结合轻型木结构墙体构造原理对传统木隔墙进行改进，类似于剪力墙在钢砼结构中的原理，可以增强传统民居底层刚度，进一步提高民居整体性，减少地震中由于梁柱变形过大导致的人员伤亡及财产损失。
试验设计
1.1试验目的
结合轻型木结构墙体构造原理对传统木结构墙体进行改进，为验证改进后轻型木隔墙的抗侧移性能，分别设计制作了3组传统结构木隔墙(TW－1，TW－2和TW－3)和3组轻型结构木隔墙(LW－1，LW－2和LV－3)实体模型来进行拟静力试验，分析传统结构与改进后轻型结构木隔墙的抗侧移性能，以验证改进后轻型结构木隔墙能否很好地提高传统木隔墙的抗震性能，从而得出为传统民居的整体抗震性能进行改进和加固的方法。
1.2试件制作与设计
拟静力试验中，传统民居木质隔墙的试验模型按照经验数据进行设计(土结构设计手册编辑委员会，2006)：长2.4 m，高1.2 m，墙骨柱间距为0.7 m，1.0 m，0.7 m，隔板长0.64 m，高1.14 m。轻型木隔墙按照《木结构设计规范》(GB50005―2003)的材料、构造方法等要求进行设计，高1.3 m，墙面板长0.6 m，高1.2 m，中间墙骨柱间隔为0.2 m，两侧的墙骨柱各增加一条。轻型木隔墙构件尺寸。
试验采用手摇式机械千斤顶施加荷载，并通过YH-45型压力盒测量模型的荷载位移关系；位移测试采用固定指针，将精度为1mm的直尺固定于模型试件上测量位移变形。试验装置。
试验采用单向加载及低周拟静力往复加载两种模式。由于木结构构件的结构性能与模型制作、构件材料有很大的关联性，一般情况下无法预估构件的极限荷载或极限位移的范围。因此，首先在3组轻型木隔墙及3组传统木隔墙的实体模型中选取LW－1和TW－1模型做单向加载试验，以获得其极限荷载及极限位移，并获得轻型木隔墙和传统木隔墙两种结构在单向荷载作用下的荷载位移关系。然后根据测试得到的极限荷载制定反复加载制度。
两类结构木隔墙破坏现象及成因分析
2.1模拟试验中传统木隔墙破坏现象和成因分析
传统木质内隔墙在单向及反复荷载作用下的主要破坏现象有：木榫拔出、隔板断裂、隔板扭曲、垫榫外出、顶梁断裂或上下扭曲及底梁板断裂等，底梁板榫接上拔现象普遍，三块隔板均有不同程度的扭曲，尤其是中间隔板侧向扭曲现象较为突出。榫头拔出一般是由于水平位移过大导致墙体变形过大引起，另外竖向荷载约束也是一个不可忽视的因素。
拟静力试验的几个模型中均出现了顶梁板的波浪式扭曲，其主要原因是未施加竖向荷载的约束。TW－3模型由于侧向扭转过大，导致顶梁板一处断裂，虽然已经进行了双梁抗侧向扭转的设计，但是双梁刚度不足，其抗扭侧向扭转效果只能在一定范围内起作用。
2.2轻质木隔墙破坏现象和成因分析
轻型结构内隔墙在单向及反复荷载试验中的主要破坏现象有：墙骨钉拔出、墙骨开裂、底梁板断裂、面板钉拔出。拟静力试验过程中轻型结构木隔墙均出现底梁板断裂，断裂部位位于底部锚栓处，由于未预施竖向荷载约束，在施加水平荷载时出现了上拔，上拔力超过了底梁板的抗弯强度。
在反复荷载加载试验中也出现了钉子拔出现象，而钉子弯曲现象不太明显，主要是钉子强度相对墙骨柱过大；水平变形直接导致了墙骨柱的开裂，甚至钉子脱离墙骨柱，主要原因是没有在底梁板及墙骨柱连接处使用抗倾覆锚固件且未预施竖向约束。
荷载位移曲线
3.1 单向加载
单向加载位移曲线如图3所示。从传统木隔墙TW－1模型的单向加载的荷载位移曲线可以看出：初始的2 cm位移内，荷载上升较缓，斜率较小，其原因是TW―1模型为木质结构，构件制作中存在空隙；在位移达到2 cm以后，荷载开始快速上升，持续到4 cm后，增速开始放缓，在位移达到3 cm时，试件的中间隔板出现明显的扭曲及榫上拔现象；位移约为8 em时，中间隔板扭出木槽，随着位移的增加，荷载开始下降；在约9.5 cm处，出现了中间隔板严重扭曲并扭出卡槽，底梁板木榫大部分拔出，荷载急速下降。
从轻型木隔墙LW―l模型的单向加载的荷载位移曲线可以看出：初始的1 cm位移内，荷载上升较慢，在位移达到1 cm以后，荷载开始快速上升持续到3 cm之后，增速开始放缓。在约10 cm时，底梁板断裂，随着位移的继续增加，荷载开始下降。
3.2反复加载
根据Tw―1和LW―1模型单向加载试验结果，制定了传统木隔墙和轻质木隔墙的反复荷载加载制度(Hongyong，2004)。进行反复加载试验后，得到传统木隔墙TW―2模型TW―3模型和轻型木隔墙LW―2模型LW―3模型的荷载位移滞回曲线。
笔者分别对传统木隔墙和轻型木隔墙模型进行了3次反复加载试验，分别得到3条荷载位移滞回曲线。可以看出Tw―2模型的第三循环的极限荷载只有第一循环极限荷载的91％；而TW―3模型的第三循环极限荷载是第一循环极限荷载的90％。LW―2与LW―3两个试件荷载位移曲线较传统木隔墙存在明显的强度折减，LW―2模型的第三循环极限荷载只有第一循环极限荷载的81.6％；而LW―3模型的第三循环极限荷载是第 一循环极限荷载的88％。从滞回曲线的饱满程度来看，传统木隔墙明显不如轻型木隔墙的滞回曲线饱满，说明轻型木隔墙具有更好的耗能特性。
TW／2模型的反向推力极限荷载是正向推力极限荷载的99％；TW―3模型的反向极限荷载是正向极限荷载的91％。由此可知，传统结构木隔墙在低周反复荷载试验中表现出来良好的弹性恢复性能。LW―2模型的反向推力极限荷载是正向推力极限荷载的90.4％；LW―3模型的反向极限荷载是正向极限荷载的85％。由此分析出，轻型结构木隔墙在低周反复荷载试验中产生塑性变形，导致反推过程的极限荷载偏低。
4试验结果分析
4.1单向加载试验结果
由LW―1和TW―1墙体模型的单向加载试验的试验结果分析得出，LW―1模型的最大荷载值为18 444.44 N，极限位移为7.6 cm；而TW―1模型的最大荷载值为9 216.49 N，极限位移为9.0 em。LW―1模型的最大荷载是TW―1模型最大荷载的两倍，而LW―1模型极限位移只有TW―
(2)延性系数
构件的延性系数反映了构件的柔度(熊海贝，李青纯，2008)。给出了6个试件的延性系数值。传统木结构墙体的延性系数全部大于轻型结构木隔墙，说明传统结构的柔度优于轻型木结构墙体。也很好地解释了在试验中轻型结构试件均出现顶底梁板的断裂，而传统木结构木隔墙试件除了一个在木节附近的顶梁板断裂外，其余都表现出曲而未断的破坏现象。
(3)抗侧刚度
轻型木隔墙的抗侧刚度普遍大于传统木隔墙。其中，最大抗侧刚度LW―1模型是最小抗侧刚度TW―3模型的4.3倍；轻型木隔墙中，抗侧刚度最小的Lw―3模型是传统木隔墙中抗侧刚度最大的TW―1模型的1.7倍。
据程海江等(2006)研究结果可知抗侧刚度1模型的78.3％。可以看出，轻型结构木隔墙的刚度比传统木结构墙强。
4.2反复加载试验结果
通过对LW―2和TW―2模型的第一循环试验结果进行对比分析得出：轻型木隔墙的滞回曲线相对传统木隔墙要饱满，LW―2模型比TW―2模型的耗能性能强。抗侧性能指标结果。
(1)极限位移
LW―2模型的极限荷载为14 777.78 N，极限位移为7.5 cm，TW―2模型的极限荷载为8 804.12 N，极限位移为9.5 cm。LW―2模型的极限荷载是TW―2模型极限荷载的1.68倍；LW2模型的极限位移则是TW―2模型极限位移的78.9％。由此可以看出，轻型结构木隔墙的刚度要比传统木结构墙的要大很多。传统木隔墙的极限位移比轻型木隔墙极限位移最小值高16.8％，比最大值高22.7％；轻型木隔墙的平均极限位移为7.66 cm，而传统木隔墙的平均极限位移为9.6 cm，比轻型木隔墙高约20％。
受到抗剪强度和变形性能的双重影响，而轻型结构木隔墙内部大量的墙骨柱使得试件的抗剪强度明显增加，双层敷面板的结构形式使轻型木结构墙体的抗变形能力大幅提高。
(4)耗能特性
建筑结构构件的抗侧刚度及其延性系数综合表现为构件的耗能特性(张盛东，2006)，结构耗能越大，破坏越严重。给出了6组试验模型的总耗能及其单位耗能，本文定义单位耗能是每单位长度墙体的耗能大小。
试验结果分析出：轻型结构木隔墙的所有模型的耗能均比传统结构木隔墙大，试验中轻型木结构墙体几乎都出现了底梁板的断裂破坏现象。从两类结构木隔墙模型的平均耗能指标来看，轻型木结构墙体的耗能要大于传统木结构墙体的耗能。
5结论
为了进一步提高村镇民居的抗震性能，笔者对传统村镇民居木隔墙进行改造，以求提升其抗震性能，将轻型木结构的墙体构造原理用于改进传统民居木结构隔墙，采用单向加载及低周反复加载的拟静力试验方法，进行了3组传统民居木隔墙试件和3组改进后的轻型木隔墙的模型试验。
试验结果表明，轻型结构木隔墙较于传统木隔墙能够很好的提高抗震性能。
(1)耗能性能：改进后的轻型木质隔墙具有更好的耗能性能；
(2)抗侧移刚度：轻型结构木隔墙内部大量的墙骨柱使得试件的抗剪强度明显增加；
(3)极限位移和延性系数：改进后的轻型木质隔墙极限位移和延性系数不及传统木质隔墙。
对于整个民居体系来说，轻型墙体的抗侧移性能仍需进一步研究。
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