基于改进响应面法的在役生土窑居可靠度研究

生土窑居是有着几千年历史的"低成本、低能耗、低污染、长寿命"的生态型居住建筑。其特定的文化内涵、巧妙的构筑技术，具有较高的保存和传承价值。本申请项目拟通过研究结构可靠度揭示生土窑居在役百年甚至数百年而不坍塌的深层结构原理。.首先，采用形式上简单但适用性较强的响应面局部逼近生土窑居结构的极限状态曲面；通过试验和仿真分析进行样本点的设计；融入智能算法获取验算点，形成生土窑居可靠度计算的改进响应面方法。其次，建立窑居用生土的本构关系；采用统计学和模糊聚类分析方法筛选可靠度计算变量；结合有限元计算获得的样本点集合。最后，应用改进响应面方法计算生土窑居的可靠度，并对生土窑居的可靠性进行分析与评估。.本项目的研究，从结构可靠性的角度探讨了传统窑居存在的合理性和科学性；所建立的结构可靠度计算方法，将为在役生土窑居的保存、修缮、改造和提升提供理论依据和技术支持。

生土窑居是指在原始土中经人工挖凿而形成的穴居居住形式，迄今已有几千年的历史。生土窑居取之自然融于自然，充分利用地下热能和覆土的储热能力，“冬暖夏凉”，具有保温、隔热、储能、调节洞室小气候的功能，最符合生态原则，是天然的节能建筑。生土窑居的结构体系完全由挖凿成型的纯原状土拱作为窑居的自支撑体系，没有任何支护；生土窑居的构筑和建造没有经过设计缺乏科学计算，没有理论支持，也很少见于文字；窑居的大多以当地窑匠经验以口传心授方式流传和演进，但却能够居住百年甚至数百年而不坍塌。.为了探讨生土窑居在役百年或数百年而不坍塌的奥秘所在，本研究从结构可靠性的角度挖掘传统窑居存在合理性的科学依据，对传承和保护生土窑居建筑遗产有着特别的意义；所建立的生土窑居结构可靠度计算方法，为在役生土窑居的保存、修缮、改造和提升提供了理论依据和技术支持。.本研究尝试用改进BP神经网络响应面法分析生土窑居的可靠度，以有限的样本点，运用模糊算法中的隶属度概念分配样本点的训练次数，使训练后BP神经网络其更加精确地逼近于结构的极限状态曲面，采用改进的遗传算法对极限状态曲面上的点进行分步搜索。所取得的研究成果是初步得到了神经网络训练的，拟合了极限状态曲面,能够获得满意的可靠度分析结果。.根据生土窑居结构的特点，采用窑室跨度和覆土厚度作为可靠度计算的基本随机变量。以窑居区500孔窑洞现场调研实测数据为样本空间，并根据方差的“3 ” 准则，假设窑室跨度、覆土厚度均服从正态分布且相互独立，得到基本随机变量的其分布规律。选取不含交叉项的的二次多项式，建立与试验点对应的功能函数值。在不同的隶属函数情况下计算生土窑居的可靠指标。.根据结构分析和可靠度计算结构，本研究深入探讨了传统生土窑居存在的合理性和构筑的科学性，也研究了生土窑居裂缝、坍塌等灾难性破坏发生的机理。梳理了现存生土窑居的质量通病，并开展了生土窑居营造技术和加固维修技术的研究，为既有生土窑居或保存、或修缮、或改造提供了建设性的技术方案。