窑洞建筑的结构分析

摘要：窑洞建筑作为黄土地带的典型建筑，不但具
有一定的文化价值，同时还具有一定的政治价值，因
此有必要对窑洞的维护与加固进行重视。
关键词：窑洞建筑；结构分析；内力计算
中图分类号：ＴＵ３７５
文献标识码：Ａ
文章编号：１００９－８９８４（２００９）０１－００４６－０３
０ 引言
中国的黄土资源是其他国家无与伦比的，仅在 黄河中游，地跨甘肃、陕西、山西、河南等省的黄土地 带面积高达６３万ｋｍ２，这也为中国传统窑洞建筑提 供了得天独厚的土资源。
原军委三局旧址修复工程窑洞位于延安市宝塔
黄才华，等：窑洞建筑的结构分析
４７
区枣园乡裴庄村，南邻延定公路，西面为道路，东面 和北面为居民区，交通便利。
该窑洞於１９３７年建设，分为３部分，面南一排 为五孑乙窑洞，面东面西每排各３孔窑洞，层高均为
结构计算简图
表１拱的内力系数
控制截面及内力
项目
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万方数据
（１）穹形结构与下端柱体结构之间为铰接，而 柱体结构柱脚与地基的连接视基础类型而定。
（２）穹形结构上部土体（或石体）自重按均匀分 布考虑，经计算取得均值。
（３）窑洞整体的土体（或石体）沿深度方向均匀 分布，计算时可取单位深度进行计算。 １．２计算简图
由以上基本假设可以将窑洞结构分块，上部为 二铰拱，两侧为轴心受压柱，如过柱体中心与穹形拱 中心偏离，则视为偏心受压柱。计算简图如图ｌ。
但随着世界各国社会、经济、文化“全球化”现 象的日益加强，许多国家都进行了大规模的新城市 建设，中国也不例外，所以城市中一些历史遗留的建 筑、旧城区被进行了改造更新。在赞美新城市快捷、 高效、舒适的同时，却失去了很多永远也无法复得的
东西——历史文脉。这种对城市建设性的破坏，
已经威胁到了城市形态的延续性和城市文化的继承 性。所以对于一些即将破坏甚至倒塌的古窑洞建筑 的维护与加固的问题必须尽快解决。
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｃａｖｅ ｄｗｅｌｌｉｎｇ
ＨＵＡＮＧ Ｃａｉ—ｈｕａ．ｅｔ ａ１．
（Ｄｅｐｔ．ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，凰’ａｒｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’口，ｌ ７１００５５，ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃａｖｅ ｄｗｅｌｌｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ Ｉｏ—
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１ 窑洞建筑的结构分析
由于窑洞建筑构造特别所以并没有规范的文献 对其结构进行完整的分析，所以大家都是在用到的 时候，临时考虑如何简化，如何计算。 １．１基本假设
考虑到窑洞建筑结构的构造，进行以下基本 假设：
收稿日期：２００８—１２—２９ 作者简介：黄才华（１９８３一）。男（汉），陕西西安，硕士
主要研究钢筋混凝土结构。
万方数据
结构计算筒图
长春工程学院学报（自然科学版）
表２内力计算结果
控制截面及内力
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内力类别 Ｍａ（ｋＮ．ｍ）
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４．４４ｍ，拱净高１．７５ｍ，拱净宽３．５ｍ，建筑占地约 ９１０ｍ２。窑洞外观概况见图２。
拱，拱高１ ７５０ｍｍ，柱体部分宽分别为：边柱ｌ ２６０ｒａｍ宽和中柱９８０ｍｍ宽。穹形顶部由土石混合 覆盖，高８２０ｍｍ，单个柱体两侧为石砌体，内部填充 土石，砌体块的尺寸为３００ｒａｍ×１２０ｍｍ，砂岩：２３． ６ｋＮ／ｍ３，土石渣：２３ ｋＮ／ｍ３，１０ｃｍ砼自重：２．５ｋＮ／ ｍ３，活荷载查规范得３．５ｋＮ／ｍ３。
图１计算简图
２ 内力计算 将窑洞建筑结构分为２部分：穹形部分和柱体
部分。穹形部分的应力计算主要包括：穹形结构自 重、顶部土体（或砌体）自重、顶部活荷载、两侧土体 （或砌体）自重、施工活荷载等。柱体部分的应力计 算主要包括：柱体结构自重、上部结构向柱体顶部传 递的集中荷载（穹形结构轴心与柱体轴心位置相同 时为轴心，不同时则为偏心）、柱脚传到地基的应 力。穹形结构按拱来计算。由于拱的类型多样，受 力情况特殊，所以无法得到统一的公式，应力计算结 果可通过查阅静力手册，表１为静力手册关于拱的 内力计算系数，可供参照。 ３算例
按尺寸计算好各自重，结合静力手册计算，内力 计算结果如表２。
４结语
图２中央军委窑洞群外观 此窑洞结构穹形部分厚度为３００ｒａｍ，为半圆
本文结合实例重点讲述窑洞建筑结构这种特殊 结构，由于现存关于窑洞建筑结构设计的资料较少， 故简单介绍了窑洞结构从基本假定到计算验算的过 程，并通过实际工程的应用来证明了此方法的可行 性，现加固过的建筑仍在使用中。
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长春工程学院学报（自然科学版）２００９年第ｌＯ卷第１期 Ｊ．Ｃｈａｎｇｅｈｕｎ Ｉｎｓｔ．Ｔｅｅｈ．（Ｎｍ．Ｓｅｉ．Ｅｄｉ．），２００９，Ｖｄ．１０，Ｎｏ．１
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ＣＮ ２２—１３２３／Ｎ
窑洞建筑的结构分析
黄才华，王泽军 （西安建筑科技大学土木工程学院，西安７１００５５）
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参考文献 ［１］建筑结构静力计算手册编写组．建筑结构静力计算手册
［Ｍ】．北京：中国建筑工业出版社，１９９８． 【２］ＧＢ５０００３—２００１，砌体结构设计规范【ｓ］． ［３］ＧＢ５０００９—２００１，建筑结构荷载规范［Ｓ］．