王　波， 郭　迅， 宣　越

(防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河　065201)

?

河北農(nóng)村典型房屋抗震能力調(diào)查

王波， 郭迅， 宣越

(防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河065201)

基于河北省某鎮(zhèn)49個行政村，1 852棟典型農(nóng)村房屋結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果，展示了典型房屋的主要結(jié)構(gòu)形式；從房屋建設(shè)年代、外觀及內(nèi)部質(zhì)量、建筑材料等方面，分析了農(nóng)村房屋結(jié)構(gòu)中存在的抗震問題，并基于震害經(jīng)驗(yàn)對其抗震性能進(jìn)行了評價(jià)；最后從農(nóng)村房屋設(shè)計(jì)與施工、農(nóng)民抗震設(shè)防意識2方面，提出了相應(yīng)的措施和建議來提高農(nóng)村房屋的抗震性能。研究結(jié)果為我國農(nóng)村民居建設(shè)和加固改造提供了基礎(chǔ)性研究資料和參考依據(jù)。

農(nóng)村民居；抗震設(shè)計(jì)；抗震性能；抗震措施

0　引言

我國是一個多地震國家，一直以來，農(nóng)村民居的抗震設(shè)防都是我國房屋抗震的薄弱環(huán)節(jié)。近年來，在汶川地震、青海玉樹地震、云南魯?shù)榈卣鹬?，農(nóng)村房屋的震害尤為嚴(yán)重，造成了巨大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[1-3]，農(nóng)村民居的破壞部分是由地震所引發(fā)的山體崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害造成的，但絕大多數(shù)農(nóng)村房屋是地震動直接造成的。目前，我國農(nóng)居大多未經(jīng)正規(guī)的抗震設(shè)計(jì)，因此在小震作用下都有可能發(fā)生嚴(yán)重破壞，甚至是毀壞，出現(xiàn)“小震成災(zāi)”、“中震大災(zāi)”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象引起了政府和學(xué)者的廣泛關(guān)注，因此開展相關(guān)領(lǐng)域研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

調(diào)查區(qū)域位于河北省某市東南部，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，夏墊活動斷裂穿切境內(nèi)，1679年三河—平谷 8級大地震，1976年唐山7.8級地震也曾嚴(yán)重波及該市。本文對所選區(qū)域內(nèi)49個行政村進(jìn)行了抽樣調(diào)查，得到了的1 852棟房屋調(diào)查結(jié)果(圖1～2，表1)。通過抽樣調(diào)查取得了民居地理位置、建設(shè)年代、建筑高度、結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造措施等方面的資料，并根據(jù)房屋外觀及內(nèi)部質(zhì)量、建筑材料、場地選址和地基基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)布置形式和整體性這幾個評判標(biāo)準(zhǔn)對房屋的抗震性能做出了初步評價(jià)；通過對現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，獲得現(xiàn)階段調(diào)查區(qū)域內(nèi)農(nóng)村民居的抗震性能現(xiàn)狀。

圖1　農(nóng)村房屋調(diào)查點(diǎn)分布示意圖

圖2　不同建設(shè)年代房屋所占比例

結(jié)構(gòu)形式調(diào)查數(shù)/戶所占比例/%土木結(jié)構(gòu)70638.1磚木結(jié)構(gòu)102655.4磚墻-現(xiàn)澆板673.6磚墻-預(yù)制板191.1磚墻-彩鋼板281.5鋼結(jié)構(gòu)60.3

1　村鎮(zhèn)民居的主要結(jié)構(gòu)形式

1.1土木結(jié)構(gòu)

此類房屋建于20世紀(jì)七八十年代，有極少數(shù)房屋經(jīng)歷了唐山大地震的考驗(yàn)而存留下來，絕大多數(shù)為地震后所建，居住者多為老年人(圖3)。這種結(jié)構(gòu)形式的房屋以生土墻體承重，土墻是以土坯或土塊砌筑而成，砌筑方式簡單，以磚包土坯墻、半磚半土墻或半石半土墻體為特征，將木檁條擱在土墻上，屋蓋為木屋蓋。近些年，隨著人們生活水平的提高，部分居民對房屋的室內(nèi)外進(jìn)行了裝修，房屋面貌煥然一新。

圖3　土木結(jié)構(gòu)房屋(磚包土坯)

1.2磚木結(jié)構(gòu)

這類房屋多建于20世紀(jì)八九十年代，至今仍被沿用。這種結(jié)構(gòu)形式的房屋大多數(shù)為單層，基礎(chǔ)大多以條形石砌筑而成[4]，通過砌筑磚墻或磚柱承重，磚塊是用石灰砂漿或水泥砂漿粘結(jié)，屋蓋及梁仍采用傳統(tǒng)木質(zhì)結(jié)構(gòu)(圖4)。此類結(jié)構(gòu)房屋造價(jià)低、施工方便，廣泛應(yīng)用于農(nóng)村房屋建筑當(dāng)中。

圖4　木屋蓋

1.3磚墻-現(xiàn)澆板、磚墻-預(yù)制板、磚墻-彩鋼板結(jié)構(gòu)

這幾類結(jié)構(gòu)形式的房屋起源于20世紀(jì)90年代，是目前農(nóng)村新建房屋的主要結(jié)構(gòu)形式之一。其主要特征是采用現(xiàn)澆混凝土板、預(yù)制板或者彩鋼板作為屋蓋，磚墻或磚柱(少數(shù)采用混凝土柱)作為豎向承重構(gòu)件。

1.4鋼結(jié)構(gòu)

近年來，由于鋼材的市場價(jià)格持續(xù)走低，鋼結(jié)構(gòu)形式的房屋越來越多地走進(jìn)人們的視野當(dāng)中。該類房屋的主體結(jié)構(gòu)由型鋼和鋼板制成的鋼梁、鋼柱等構(gòu)件組成(圖5)，各構(gòu)件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接；磚墻只起到填充的作用，并不作為承重構(gòu)件。與上述幾類結(jié)構(gòu)形式的房屋相比，此類房屋的造價(jià)仍然較高，并不能作為主要的農(nóng)村房屋結(jié)構(gòu)形式，而是常用于城鎮(zhèn)臨街商鋪的建設(shè)中。

圖5　鋼結(jié)構(gòu)房屋內(nèi)部(在建)

2　村鎮(zhèn)民居存在的抗震設(shè)防問題

現(xiàn)行建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范從抗震概念設(shè)計(jì)的角度來保證建筑結(jié)構(gòu)足夠的抗震可靠性，主要考慮了以下因素：場地條件、建筑物的平立面布置及其外形尺寸、抗震結(jié)構(gòu)體系的選取、抗側(cè)力構(gòu)件的布置以及結(jié)構(gòu)質(zhì)量的分布、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系、材料與施工質(zhì)量等[5]。調(diào)查區(qū)域房屋大多數(shù)為單層房屋，其抗震性能主要取決于承重材料的性能、主體結(jié)構(gòu)的整體性、房屋結(jié)構(gòu)的布置形式和施工質(zhì)量以及房屋選址與地基基礎(chǔ)的處理。下面從幾個方面分析調(diào)查區(qū)域內(nèi)農(nóng)村房屋的抗震性能現(xiàn)狀。

2.1選址、地基與基礎(chǔ)

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，由于農(nóng)民建房時對場地選擇、地基處理不夠重視，缺乏科學(xué)的專業(yè)指導(dǎo)；同時，受到經(jīng)濟(jì)條件、地理環(huán)境等方面的限制，不少農(nóng)村民居處于抗震不利地段，甚至危險(xiǎn)地段。

另外，我們還發(fā)現(xiàn)農(nóng)民對地基的處理方式不當(dāng)，常采用半挖半填的方式來平整場地，軟弱地基及不均勻土層在房屋的地基條件中常常出現(xiàn)，地基不均勻沉降發(fā)生率較高；房屋基礎(chǔ)多采用毛石基礎(chǔ)或磚基礎(chǔ)，且埋深較淺，少數(shù)磚基礎(chǔ)中設(shè)置了基礎(chǔ)圈梁，但采用毛石基礎(chǔ)時絕大多數(shù)不設(shè)置基礎(chǔ)圈梁[6]。由于地基基礎(chǔ)未經(jīng)科學(xué)處理，導(dǎo)致墻體不同程度開裂(圖6)或整體傾斜(圖7)，地震時極易造成地基基礎(chǔ)失效導(dǎo)致整棟房屋倒塌。

圖6　門洞處墻體開裂

圖7　房屋整體傾斜

2.2房屋建筑材料和施工質(zhì)量

建筑材料和施工質(zhì)量是房屋抗震性能的基礎(chǔ)性因素，其主要取決于投資水平和質(zhì)量控制手段[7]。目前，村鎮(zhèn)民居的建造還未嚴(yán)格受到規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的限制，大多數(shù)是由本村村民在有施工經(jīng)驗(yàn)的工匠師傅的帶領(lǐng)下完成，選用建筑材料的性能較差，施工質(zhì)量無法得到保證。

首先，砌體中塊材本身的強(qiáng)度和塊材之間的粘結(jié)強(qiáng)度直接影響砌體的抗震能力[6]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，建造年代較早的房屋多采用泥結(jié)紅磚，甚至干砌(圖8)；新建房屋雖采用砂漿砌筑，但其配合比并不能得到科學(xué)的控制，有的甚至使用失效砂漿，造成磚砌塊間灰縫的切向粘結(jié)強(qiáng)度降低，墻體抗剪、抗彎承載力不足，嚴(yán)重影響到房屋的抗震性能。

圖8　泥結(jié)紅磚

另外，承重墻體的砌筑方式也存在諸多問題。為了追求美觀，工匠們往往不按常規(guī)工序進(jìn)行砌筑；墻體采用生土這種低級脆弱材料，老舊歪斜嚴(yán)重，同一片承重墻體甚至使用了不同的建筑材料，出現(xiàn)多層次建筑材料墻體，如磚包土坯墻體、下部磚、石砌，上部為土坯墻體以及下部石砌，上部磚砌墻體(圖9～10)。這種形式的房屋在地震時往往會因局部失穩(wěn)而造成房屋倒塌。

圖9　磚包土坯

圖10　多層次建筑材料墻體

2.3房屋結(jié)構(gòu)的布置形式和整體性

目前，農(nóng)村民居中只有極少數(shù)房屋是按照抗震設(shè)防要求來建造，絕大多數(shù)由戶主按照當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)習(xí)慣以及個人愛好來修建，在房屋布置形式和整體性方面存在以下幾個問題。

2.3.1房屋抗側(cè)剛度分布不均

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)房屋(尤其是新建房屋)的墻體抗側(cè)剛度呈“南弱北強(qiáng)”的態(tài)勢[7]。一方面為了追求更好的采光效果，人們往往在南面墻體設(shè)置尺寸較大的門洞和窗洞，削弱了墻體的抗側(cè)剛度；而北面墻體開洞尺寸較小，對墻體剛度的削弱較輕(圖11)；為使用方便，村民在房屋北側(cè)分隔出廚房、儲藏室等小房間(圖12)，進(jìn)一步增加了北側(cè)墻體的抗側(cè)剛度[8]。

圖11　房屋南側(cè)墻體剛度弱,抗側(cè)力構(gòu)件單一

圖12　儲物間位置示意圖

另一方面，部分房屋的南側(cè)僅僅設(shè)置混凝土柱或木柱來承受房屋的豎向荷載，并未設(shè)置磚墻承重，也會造成房屋南側(cè)抗側(cè)力構(gòu)件單一，影響房屋的抗震性能。

2.3.2新舊房屋高度差過大，立面不規(guī)則

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，新建單層房屋的高度過大，絕大多數(shù)在5 m左右，很大程度上降低了房屋的抗震性能；同時，此類房屋與舊房的高度差較大(圖13)，且由于農(nóng)村宅基地緊張，房屋緊貼，沒有間隙，倘若新建房屋的山墻在地震反復(fù)作用下外閃塌落，會對相鄰舊房造成嚴(yán)重破壞。

圖13　臨近房屋高度相差較大

此外，臨街商鋪樓房多為鋼結(jié)構(gòu)房屋，底層為滿足商業(yè)功能要求，通常比較開闊，隔墻很少[9]；上層房屋用來居住，隔墻較多。這樣容易造成房屋結(jié)構(gòu)“頭重腳輕”，底層成為薄弱層，在地震作用下率先發(fā)生破壞，從而造成房屋整體倒塌。

2.3.3房屋結(jié)構(gòu)的整體性較差

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)民居在建造時未設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱，少數(shù)房屋雖設(shè)置了圈梁、構(gòu)造柱，但仍存在圈梁不閉合、部分缺失，關(guān)鍵部位未設(shè)置構(gòu)造柱等抗震不利因素。

另外，房屋縱、橫墻體之間采用沒有必要的構(gòu)造措施進(jìn)行連接，屋蓋結(jié)構(gòu)整體性能差[2]；木梁、檁條直接擱在山墻或混凝土柱上(圖14)，未進(jìn)行可靠連接；有些新建房屋仍采用預(yù)制樓板。這些問題都會使房屋整體性變差，在經(jīng)受地震時易松散、垮塌。

圖14　木梁、屋架與豎向構(gòu)件無可靠連接

2.4存在的其它抗震不利因素

除上述問題外，經(jīng)調(diào)查還發(fā)現(xiàn)部分民居的門窗洞口過大，造成承重窗間墻寬度過小；有的門洞未使用預(yù)制或現(xiàn)澆過梁，而是用木門框代替過梁，造成過梁承載力不足(圖15)；還有多數(shù)老舊房屋維修不及時，出現(xiàn)屋蓋滲漏，支承大梁、屋架的墻體開裂，屋蓋構(gòu)件有明顯變形、腐朽、蟻蝕和嚴(yán)重開裂的現(xiàn)象。另外，有些民居隨便加層，造成磚墻超載、地基超量沉陷[10]，這些也都嚴(yán)重影響到房屋的建筑質(zhì)量和抗震性能。

圖15　門洞過梁承載力不足

3　提高農(nóng)村建筑抗震性能的措施和建議

根據(jù)對調(diào)查區(qū)域內(nèi)村鎮(zhèn)房屋抗震性能現(xiàn)狀的調(diào)查與分析，現(xiàn)從以下幾個方面給出提高農(nóng)村民居抗震性能的措施和建議。

3.1嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范要求進(jìn)行農(nóng)居建造

制定農(nóng)村民居建設(shè)的系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完善村鎮(zhèn)建設(shè)抗震防災(zāi)的技術(shù)法規(guī)體系，是改善我國村鎮(zhèn)民居建筑抗震能力的有效措施[6]。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)因地制宜，針對調(diào)查區(qū)域農(nóng)居存在的主要抗震設(shè)防問題，給出以下幾點(diǎn)建議：

3.1.1慎重選擇建筑場地

避開地裂縫、活動的地質(zhì)斷層及軟弱松散地基；如確需在軟弱地基上建房，應(yīng)采取相應(yīng)的措施對基礎(chǔ)進(jìn)行處理[2]。

3.1.2房屋結(jié)構(gòu)平、立面布置要規(guī)則、整齊

墻體高度不宜過高、橫墻間距不宜過大，不應(yīng)在縱墻上開過多門窗洞口，保證墻體的抗側(cè)剛度和變形能力。

3.1.3合理設(shè)置必要的構(gòu)造措施，提高房屋結(jié)構(gòu)的整體性

在房屋四角、縱橫墻交接處、門窗洞口周圍設(shè)置構(gòu)造柱和拉結(jié)筋，同時在基礎(chǔ)頂部和屋蓋處設(shè)置圈梁等[7](圖16)。

圖16　設(shè)置圈梁、構(gòu)造柱齊全的房屋

3.2廣泛開展地震安全教育，推動抗震設(shè)計(jì)在村鎮(zhèn)的普及

3.2.1要持續(xù)、有效發(fā)揮電視、網(wǎng)絡(luò)媒體對抗震減災(zāi)工作，尤其對房屋抗震設(shè)計(jì)問題的積極引導(dǎo)作用

近年來，在國內(nèi)外發(fā)生重大地震時，新聞、網(wǎng)絡(luò)媒體往往在第一時間對抗震救災(zāi)情況做跟蹤報(bào)道，對地震逃生等問題進(jìn)行極為詳盡的討論。然而，也有極少數(shù)媒體機(jī)構(gòu)會針對房屋抗震問題進(jìn)行深入調(diào)查與剖析，民眾對房屋震害只有感性認(rèn)識，很難上升到理性認(rèn)識、分析階段。另一方面，地震過后的很長一段時間，由于媒體對抗震減災(zāi)方面的報(bào)道越來越少，房屋抗震設(shè)防的意識在民眾心中也會變得越來越淡。因此，運(yùn)用電視、網(wǎng)絡(luò)媒介，持續(xù)、有效地進(jìn)行

房屋抗震設(shè)防教育宣傳，對提高城鎮(zhèn)房屋抗震性能有著非常重要的作用。

3.2.2要強(qiáng)化村民的房屋安全意識

加強(qiáng)對農(nóng)村建筑工匠們和廣大村民的房屋建筑培訓(xùn)。對農(nóng)民新建房屋進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)的同時，注意檢查和維護(hù)老舊房屋，及時對存在問題的構(gòu)件進(jìn)行維修或更換，保證房屋的建筑質(zhì)量和抗震性能。

另外，要及時指出傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的抗震設(shè)防問題，逐漸改善人們的筑房習(xí)慣。如提倡人們降低新建單層房屋的建筑高度，避免因追求“高大上”而建造抗震性能薄弱的房屋。

3.2.3政府要鼓勵村民建造有良好抗震能力的住房

當(dāng)民眾按照抗震設(shè)計(jì)要求建造房屋時，政府機(jī)構(gòu)給予經(jīng)濟(jì)上的補(bǔ)貼，從而推動抗震設(shè)計(jì)在村鎮(zhèn)的普及[2]。另外，針對現(xiàn)階段農(nóng)村存在的違法違規(guī)現(xiàn)象，如隨意加層、偷工減料等問題，相關(guān)機(jī)構(gòu)要進(jìn)行嚴(yán)格控制，采取必要強(qiáng)制性措施，保障房屋抗震設(shè)防工作的全面落實(shí)。

[1]周鐵鋼, 張浩. 魯?shù)榈卣鸫彐?zhèn)建筑震害調(diào)查與分析[J]. 地震工程與工程振動, 2014, 34(5): 75-80.

[2]黃思凝, 袁一凡, 孟慶利, 等. 由玉樹地震結(jié)構(gòu)震害看村鎮(zhèn)房屋抗震[J]. 世界地震工程, 2011, 27(2): 77-82.

[3]李鋼, 劉曉宇, 李宏男. 汶川地震村鎮(zhèn)建筑結(jié)構(gòu)震害調(diào)查與分析[J]. 大連理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 49(5): 724-730.

[4]金赟赟, 汪明, 王亞安, 等. 云南典型民居建筑的抗震性能分析及其新問題探討[J]. 華北地震科學(xué), 2014, 32(2): 29-35.

[5]GB 50011-2010, 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]. 北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2010.

[6]王毅紅, 韓崗, 卜永紅, 等. 村鎮(zhèn)既有砌體結(jié)構(gòu)民居建筑抗震性能現(xiàn)狀分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu), 2010, 40(12): 101-104, 121.

[7]張耀軍, 崔千祥, 張新軍. 山東民房抗震設(shè)防問題探討[J]. 工業(yè)建筑, 2008, 38(S1): 422-424, 430.

[8]王海民, 崔麗仁. 石家莊地區(qū)農(nóng)村房屋抗震性能及對策研究[J]. 石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2013, 25(3): 32-35.

[9]郭迅. 汶川大地震震害特點(diǎn)與成因分析[J]. 地震工程與工程振動, 2009, 29(6): 74-87.

[10]屠煥之. 防止農(nóng)村房屋倒塌應(yīng)注意的問題[J]. 小城鎮(zhèn)建設(shè), 1984(1): 18-19.

Earthquake Resistance Capability of Buildings in Rural Area of Hebei Province

WANG Bo, GUO Xun, XUAN Yue

(Institute of Disaster Prevention, Sanhe 065201, China)

Based on 1852 surveys of typical rural housing structures in 49 Administrative Villages in China's Hebei province, this paper introduces the main structure of our typical rural houses, evaluates the actual earthquake resistance capability and the existing problems from the following several aspects: construction time，appearance, internal quality and building materials etc. In the end, countermeasures and suggestions are proposed on how to improve seismic performance on the basis of two perspectives: improving the design and construction of housing in rural areas and enhancing public awareness of earthquake prevention and disaster alleviation. The results of the study may provide basic research information and reference for our country rural residential construction and reinforcement.

village houses；seismic behavior；aseismic measures

2016-04-03

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51478177)；中國地震局地震科技星火計(jì)劃項(xiàng)目(XH15067Y)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)研究生科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(ZY20150323)

王波(1989—)，男，山西壽陽人，碩士研究生，主要從事結(jié)構(gòu)抗震方面研究．E-mail：wangbo1989@aliyun.com

P315.92

A

1003-1375(2016)03-0001-06

10.3969/j.issn.1003-1375.2016.03.001

王波，郭迅，宣越．河北農(nóng)村典型房屋抗震能力調(diào)查[J]．華北地震科學(xué)，2016，34(3):1-6.