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        四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)改良做法

        2017-12-01 01:42:44
        福建質(zhì)量管理 2017年21期
        關(guān)鍵詞:主體

        雍 軍

        (成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院 四川 成都 610106)

        四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)改良做法

        雍 軍

        (成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院 四川 成都 610106)

        四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)采用榫卯連接方式在地震中是有利于減震、耗能的,但結(jié)構(gòu)中隔墻與主體木架構(gòu)在水平力作用下變形不同步,且隔墻不能為主體木架構(gòu)提供有效的側(cè)向支撐,因此在地震作用下穿斗式木結(jié)構(gòu)體系側(cè)向柔軟導(dǎo)致變形過(guò)大而容易發(fā)生嚴(yán)重破壞。本文用木剪力墻做法代替四川傳統(tǒng)穿斗式木結(jié)構(gòu)隔墻做法,墻體與主體木架構(gòu)能有效連接,同為木制材料,又可保證墻體與主體木架構(gòu)變形協(xié)調(diào)一致,從而可以大大提升穿斗式木結(jié)構(gòu)民居抵抗地震的能力。

        鄉(xiāng)村民居;穿斗式木結(jié)構(gòu);木剪力墻;改良

        引 言

        2008年四川汶川地震過(guò)后,我國(guó)西部地區(qū)地震頻發(fā),相繼發(fā)生較大的地震有青海玉樹(shù)地震、四川蘆山地震、云南魯?shù)榈卣鸬龋o人民生命財(cái)產(chǎn)造成極大損失。經(jīng)統(tǒng)計(jì),在數(shù)次地震中,鄉(xiāng)村建筑受災(zāi)情況遠(yuǎn)比城鎮(zhèn)建筑更嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1],2013 年4 月20 日,四川省雅安市蘆山7.0 級(jí)地震,共造成196 人遇難, 21 人失蹤,死難者中約90%以上為農(nóng)村人口,基本上由建筑物倒塌所引起。城鎮(zhèn)建筑在設(shè)計(jì)及建造中多嚴(yán)格考慮了抗震要求,具備一定抗震能力。而鄉(xiāng)村建筑大多為村民自建房,以民間建造經(jīng)驗(yàn)為主,特別是四川鄉(xiāng)村很有特色的穿斗式木結(jié)構(gòu)民居更是如此。目前四川地區(qū)鄉(xiāng)村建筑主要分為磚混結(jié)構(gòu)、穿斗式木結(jié)構(gòu)、磚木混合結(jié)構(gòu)三類(lèi),近些年磚混結(jié)構(gòu)在農(nóng)村較普遍,但在經(jīng)濟(jì)條件落后及交通不便的偏遠(yuǎn)山區(qū),農(nóng)戶(hù)則更愿意選擇取材方便、成本更低的穿斗式木結(jié)構(gòu)作為居住住房。目前這類(lèi)木結(jié)構(gòu)建筑,新建較少,多數(shù)建成時(shí)間較長(zhǎng),其中不乏年代久遠(yuǎn)、房齡達(dá)數(shù)十年以上的房屋,大多經(jīng)歷過(guò)數(shù)次地震影響結(jié)構(gòu)受損明顯但仍在使用,如再遇強(qiáng)震來(lái)襲,其抗震能力令人十分擔(dān)憂(yōu)。穿斗式木結(jié)構(gòu)曾經(jīng)是我國(guó)南方地區(qū)民居的主要建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型,其柱直接承檁、榫卯連接的方式不但體現(xiàn)了極強(qiáng)的中國(guó)民居特色,同時(shí)還具有良好的抗震能力,這種承載中國(guó)悠久歷史文化的建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型不應(yīng)該消失,而應(yīng)該由我們發(fā)揚(yáng)、改良及傳承下去。因此,對(duì)廣大農(nóng)村地區(qū)的穿斗式木結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的改良是一項(xiàng)惠民利國(guó)工程。

        一、四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及缺陷

        四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)除了我國(guó)南方穿斗式木結(jié)構(gòu)柱承檁、榫卯連接等特點(diǎn)外,還有自身特點(diǎn),主要是房屋橫向柱數(shù)少,橫向落地柱數(shù)通常在3-5根之間,多為奇數(shù);橫向落地柱柱距小,在1m-2.5m之間;落地柱通常就地取材,柱徑不大,在10cm-20cm之間。墻體類(lèi)型主要有磚墻、夯土墻、篾條泥墻,墻體不承擔(dān)豎向荷載,僅起隔墻作用,與主體木架構(gòu)僅以砂漿、泥漿或篾條插入柱子相連接。墻體厚度在5-6cm左右,夯土墻要更厚些。

        由于以上特點(diǎn),墻體與主體木架構(gòu)不容易有效連接,墻體不能為主體結(jié)構(gòu)提供必要的側(cè)向剛度及水平變形,因此四川鄉(xiāng)村地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu)主體側(cè)向剛度十分有限,加之穿斗式木結(jié)構(gòu)年代久遠(yuǎn)維護(hù)不夠,榫卯緊固不足,在地震中容易導(dǎo)致榫頭脫出、柱腳移位等現(xiàn)象,由此引發(fā)該類(lèi)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞甚至倒塌。據(jù)統(tǒng)計(jì)[2],四川省雅安市蘆山7.0 級(jí)地震中,穿斗式木結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的主要形式有:榫卯連接處榫頭脫出、柱腳位移嚴(yán)重導(dǎo)致房屋過(guò)度傾斜甚至倒塌;墻體(特別磚墻、夯土墻)倒塌嚴(yán)重。相比較歐美民居使用較多的輕型木結(jié)構(gòu),穿斗式木結(jié)構(gòu)榫卯連接的做法更利于減震、耗能,但因?yàn)樽陨聿牧先毕荨⒏魤Σ荒芘c主體木架構(gòu)保持同步的水平位移,穿斗式木結(jié)構(gòu)在地震中容易產(chǎn)生過(guò)大變形最終導(dǎo)致破壞,這是穿斗式木結(jié)構(gòu)最大的缺陷所在。本文參考輕型木結(jié)構(gòu)做法,用木制剪力墻做法代替穿斗式木結(jié)構(gòu)隔墻做法,即可保證墻體與主體木架構(gòu)有效連接以顯著增強(qiáng)房屋整體性,同為木制材料,又可保證墻體與主體木架構(gòu)協(xié)調(diào)變形一致,能大大提升穿斗式木結(jié)構(gòu)抵御強(qiáng)震的能力。

        二、四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)的改良

        (一)四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)慣用尺寸

        四川地區(qū)鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)通常采用三間四扇五柱或三間四扇三柱的平面布局形式。其中,間是指開(kāi)間數(shù),通常為房屋縱向。扇,在房屋橫向,是由柱(落地柱、瓜柱)、穿枋等組成的橫向排架。柱指同一扇上落地柱數(shù)之和。圖1為四川地區(qū)鄉(xiāng)村民居三間四扇五柱穿斗式木結(jié)構(gòu)橫向排架慣用尺寸,三間四扇三柱柱距慣用尺寸與三間四扇五柱基本相同,只是無(wú)前后二根檐柱。

        圖1 三間四扇五柱穿斗式木結(jié)構(gòu)

        (二)墻體改良做法

        經(jīng)分析可知,在地震中穿斗式木結(jié)構(gòu)榫卯連接處榫頭脫出、柱腳位移嚴(yán)重,除了節(jié)點(diǎn)連接處緊固度不夠外,主要是由于結(jié)構(gòu)體系自身比較柔軟,隔墻不能為主體木架構(gòu)提供有效的側(cè)向支撐及協(xié)調(diào)變形,導(dǎo)致在水平地震作用下主體木架構(gòu)會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的水平位移。磚墻、夯土墻這類(lèi)隔墻屬脆性材料,變形能力有限,不能與主體木架構(gòu)保持協(xié)調(diào)變形,加之與主體木架構(gòu)連接不牢固,因此在地震中極易倒塌。

        將穿斗式木結(jié)構(gòu)普遍采用的隔墻(磚墻、夯土墻、篾條泥墻)替換為木制剪力墻,并保證木制剪力墻與主體木架構(gòu)柱子、穿枋等構(gòu)件之間的有效連接,連接方式采用釘連接。木制剪力墻由龍骨和覆面板構(gòu)成,根據(jù)四川地區(qū)鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)構(gòu)件慣用尺寸(磚墻60mm厚、篾條泥墻50-60mm厚、柱徑100-200mm、穿枋截面寬50-70mm高100-200mm),木制剪力墻宜與原房屋墻體厚度保持一致,以保證四川地區(qū)民居穿斗式風(fēng)格特征。因此,龍骨采用SPF規(guī)格材38×89對(duì)分成兩片38×44,木剪力墻體厚度為龍骨截面高44加其兩側(cè)覆面板厚度(20以?xún)?nèi)),在60-70mm之間,與原來(lái)墻體厚度基本保持一致。具體構(gòu)造做法如圖2,施工工藝為先連接水平龍骨到穿枋(或地腳梁),再連接豎向龍骨到柱子(或水平龍骨),最后連接墻體兩側(cè)覆面板到墻體龍骨。改造后木剪力墻墻面效果見(jiàn)圖1,根據(jù)需要可在墻面粉刷涂料飾面。

        圖2 穿斗式木結(jié)構(gòu)木制剪力墻構(gòu)造做法

        (三)墻體改良優(yōu)勢(shì)

        在日本民居木結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)構(gòu)架法中,木剪力墻可以用交叉斜撐而不用墻體覆面板來(lái)抵抗水平剪力[3],但對(duì)于四川鄉(xiāng)村地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu),使用墻體覆面板比交叉斜撐更具優(yōu)勢(shì)。因?yàn)椋核拇ㄠl(xiāng)村穿斗式木結(jié)構(gòu)較普遍的地區(qū)多為偏遠(yuǎn)山區(qū),施工技術(shù)力量薄弱,使用墻體覆面板比使用交叉斜撐對(duì)施工技術(shù)要求更低,木剪力墻施工質(zhì)量更有保障;使用墻體覆面板連接可形成墻體規(guī)整中空,方便填塞保溫隔熱材料如玻璃棉等,可以顯著改善墻體保溫隔熱性能,能大大提升鄉(xiāng)村民居的舒適性。造價(jià)方面,木剪力墻所用材料主要為龍骨 SPF規(guī)格材38×89、覆面板OSB板(結(jié)構(gòu)膠合板或硬質(zhì)纖維板)及麻花釘,材料市面價(jià)格均不高,施工技術(shù)簡(jiǎn)單,當(dāng)?shù)仄胀ㄞr(nóng)戶(hù)勞動(dòng)力培訓(xùn)幾天即可按照要求自行施工。

        三、四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)改良的意義及前景展望

        據(jù)統(tǒng)計(jì),目前四川鄉(xiāng)村地區(qū)有約10%的民居采用穿斗式木結(jié)構(gòu),且建造年代較其它建筑結(jié)構(gòu)類(lèi)型更久遠(yuǎn),這些木結(jié)構(gòu)建筑普遍年久失修、保養(yǎng)不足,加之近幾年來(lái)數(shù)次受強(qiáng)震影響主體結(jié)構(gòu)不同程度受損,其抗震能力比建造初期已經(jīng)大幅下降,成為了廣大農(nóng)戶(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全的極大威脅。目前穿斗式木結(jié)構(gòu)大多在四川偏遠(yuǎn)山區(qū),農(nóng)戶(hù)經(jīng)濟(jì)條件落后,如果所有改良項(xiàng)目由政府專(zhuān)項(xiàng)資金負(fù)責(zé),按照每戶(hù)材料約1萬(wàn)元共約50萬(wàn)戶(hù)統(tǒng)計(jì),材料費(fèi)共計(jì)約50億元(改良施工技術(shù)簡(jiǎn)單易操作,每戶(hù)自出房屋改造勞動(dòng)力),墻體經(jīng)過(guò)改良后可顯著提高四川鄉(xiāng)村地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu)房屋的抗震能力及使用壽命。因此四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)的改良工程具有重大深遠(yuǎn)的惠民意義。在此基礎(chǔ)上,也可向全國(guó)其它穿斗式民居大量存在的省份特別地震頻發(fā)的地區(qū)推廣,具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

        [1]中國(guó)地震局.四川蘆山地震傷亡情況[EB/OL]. http://www.cea.gov.cn/publish/dizhenj2013004024.China Earthquake Administration. Casualties of Lushan earthquake[EB/OL].

        [2]周鐵鋼,錢(qián)相博,張冰冰. 蘆山地震農(nóng)村房屋震害調(diào)查與分析[J].地震工程與工程振動(dòng),2013,33( 3 ) : 53-58.ZHOU Tiegang,QIAN Xiangbo,ZHANG Bingbing. Investigation and analysis of damage to rural houses in Lushan earthquake[J].Journal of earthquake engineering and engineering vibration,2013,33( 3 ) : 53-58.

        [3]菊池重昭.(日)建筑木質(zhì)構(gòu)造[M].中國(guó)電力出版社出版,2010.

        [4]陸偉東,鄧大利,居興鵬等. 中國(guó)木結(jié)構(gòu)建筑分布及其震害[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào),2011,8:464-469

        [5]曹芳,董龍彬,祁香文. 輕型木結(jié)構(gòu)在震后房屋重建工程中的應(yīng)用探究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào),2012,2:109-111

        雍軍(1977-),男,從事建筑結(jié)構(gòu)抗震工作,成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院,講師,碩士,研究方向:木結(jié)構(gòu)建筑。

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