馬旭東 牛 露 劉曉丹 劉 龍 茅遠哲 關(guān)恒瑜 劉賈賈 劉志輝

（河北省地震局，石家莊 050022）

引言

中國是世界上地震多發(fā)、災(zāi)害損失嚴(yán)重的國家之一，房屋破壞是造成地震災(zāi)害損失的主要原因之一。尤其是在廣大農(nóng)村地區(qū)，由于歷史、經(jīng)濟等原因，房屋抗震性能普遍較差，使得農(nóng)村地區(qū)由于房屋破壞造成的地震災(zāi)害損失尤為嚴(yán)重。汶川地震、玉樹地震和魯?shù)榈卣鸬日鸷Ρ砻?，房屋結(jié)構(gòu)類型、房屋所處地形條件和房屋建筑質(zhì)量決定了房屋的抗震性能，磚混結(jié)構(gòu)房屋抗震性能明顯優(yōu)于磚木結(jié)構(gòu)房屋和土木結(jié)構(gòu)房屋；山地地形對地震波具有放大作用，房屋破壞明顯嚴(yán)重；經(jīng)濟較好和交通較發(fā)達的地區(qū)，房屋建筑質(zhì)量明顯高于其他地區(qū)。

張家口蔚縣位于恒山、太行山和燕山交匯處，地形地貌豐富，南部為高聳山地，中部為河流沖積谷地，北部為低矮黃土丘陵，3 種地形占比基本相同（見圖1）。蔚縣地處蔚-廣盆地東部，境內(nèi)發(fā)育有蔚-廣盆地南緣斷裂、壺流河斷裂、大灣-暖泉斷裂和右所堡-松枝口斷裂，其中蔚-廣盆地南緣斷裂最活躍、規(guī)模最大，最新活動年代為Q4。該地區(qū)具備強震發(fā)生構(gòu)造 背景（王林等，2011；陳紹緒等，2003），歷史上地震活躍，發(fā)生過1581 年534級地震、1618年612級地震、1911 年5.9 級地震等強震（國家地震局震害防御司，1995）；該地區(qū)至今小震 頻發(fā)，2011 年以來，小震群活動頻次明顯增加，如2013 年8 月22—25 日蔚縣共發(fā)生地震13次，ML為0.4—3.2（譚毅培等，2014）。

圖1 蔚縣地形及調(diào)查點分布 Fig.1 Distribution map and survey points in Yuxian area

賈曉輝等（2016）和呂國軍等（2016）對蔚縣及周邊地區(qū)農(nóng)村房屋抗震性能進行調(diào)查研究，認(rèn)為該地區(qū)房屋結(jié)構(gòu)不合理，房屋抗震性能差，給出了房屋自身抗震薄弱環(huán)節(jié)及抗震措施建議。劉曉丹等（2018）研究地理位置與建筑結(jié)構(gòu)類型的關(guān)系，但未結(jié)合地形、經(jīng)濟等因素對房屋狀況進行綜合分析。筆者對蔚縣農(nóng)村房屋現(xiàn)狀進行抽樣調(diào)查，主要調(diào)查房屋結(jié)構(gòu)類型及建筑特點，涉及人口、戶數(shù)、經(jīng)濟狀況、交通狀況等信息。結(jié)合各調(diào)查點所處地形條件及村民抗震設(shè)防意識等對蔚縣農(nóng)村房屋結(jié)構(gòu)特點及抗震性能進行分析，并給出抗震設(shè)防建議。

1 現(xiàn)場調(diào)查

1.1 調(diào)查概況

主要對張家口蔚縣21 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村房屋展開調(diào)查，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)平均抽取2 個自然村，以調(diào)查問卷的形式逐戶調(diào)查，僅以主房作為調(diào)查對象，配房由于多用于堆放雜物不列入調(diào)查范圍。共調(diào)查43 個自然村（見圖1），累計調(diào)查房屋7732 棟。

1.2 調(diào)查結(jié)果

本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)存在窯洞、土木、磚木和磚混4 種結(jié)構(gòu)類型房屋。另外，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)相當(dāng)數(shù)量的房屋為“兩重皮”，即墻分2 層，內(nèi)部為土坯、外部為磚，土坯承重，磚僅起裝飾保溫作用，將其歸入土木結(jié)構(gòu)。調(diào)查點各類結(jié)構(gòu)房屋數(shù)量如表1 所示。

表1 各類結(jié)構(gòu)房屋數(shù)量調(diào)查結(jié)果 Table1 Results of the survey of various structural types of rural buildings

續(xù)表

由表1 可知，蔚縣農(nóng)村房屋主要為土木、磚木結(jié)構(gòu)，土木結(jié)構(gòu)房屋占比約為65%，磚木結(jié)構(gòu)房屋占比約為33%，窯洞占比約為2%，磚混結(jié)構(gòu)房屋占比不足0.04%。土木結(jié)構(gòu)中“兩重皮”房屋超過一半，多于磚木結(jié)構(gòu)房屋。經(jīng)濟因素是造成此結(jié)果的主要原因，但村民抗震意識薄弱也是重要原因之一，該地區(qū)冬季時間長、氣溫低，大部分村民修建房屋時將保暖放在第一位，并未考慮抗震設(shè)防要求，近期新建的磚木結(jié)構(gòu)房屋也未采取任何抗震措施。

2 房屋結(jié)構(gòu)特點及抗震薄弱環(huán)節(jié)

2.1 窯洞

窯洞為土坯結(jié)構(gòu)，多建于20 世紀(jì)80 年代前，且均為單層多空窯洞，有靠山式和獨立式2 種。墻體及屋頂均為土坯，土坯一般就地取材，如圖2（a）所示。此類房屋抗震性能極差（賈曉輝等，2016；呂國軍等，2016；劉曉丹等，2018）。

窯洞抗震薄弱環(huán)節(jié)為：①經(jīng)長期風(fēng)吹雨打后土坯粘度減弱，抗震性能削減嚴(yán)重；②獨立建造的窯洞由于土坯粘度有限，在地震中后墻外閃，發(fā)生破壞。

2.2 土木結(jié)構(gòu)

土木結(jié)構(gòu)房屋是蔚縣農(nóng)村主要的房屋類型，占比達60%以上，均為20 世紀(jì)90 年代前建造。此類房屋以生土墻作為承重墻，木屋頂結(jié)構(gòu)，部分房屋在屋頂檁條下方設(shè)有木柱支撐，建造時先搭木屋架再砌筑生土墻，如圖2（b）所示。此類房屋抗震性能差（賈曉輝等，2016；呂國軍等，2016；劉曉丹等，2018）。

圖2 各結(jié)構(gòu)類型房屋 Fig.2 Photos of various structural types of rural buildings

土木結(jié)構(gòu)房屋抗震薄弱環(huán)節(jié)為：①抗震性能主要取決于房屋各部位連接的牢固程度，大量房屋縱橫墻墻角連接處嚴(yán)重開裂，如圖3（a）所示，由于連接不牢固，墻體在地震中易外閃倒塌；②當(dāng)?shù)卮迕駷闈M足采光需求，前墻門窗開洞過大，如圖3（b）所示，削弱墻體的整體強度；③為追求美觀及良好的保溫性能，存在大量“兩重皮”房屋，如圖3（c）所示，此類房屋外部雖有一層磚，但通常與內(nèi)部土坯墻體無有效連接，且由于未改變房屋結(jié)構(gòu)，仍以土坯承重，外層的磚僅起美觀和保溫作用，對抗震沒有任何作用，抗震性能較老式土坯民居差，如1998 年張北地震時，大多數(shù)此類房屋外磚倒塌，造成破壞。

2.3 磚木結(jié)構(gòu)

磚木結(jié)構(gòu)房屋也是蔚縣農(nóng)村主要的房屋類型，占有一定比例，多建造于20 世紀(jì)90 年代。此類房屋多數(shù)為石砌或磚砌基礎(chǔ)，墻體用磚砌筑，黏土或石灰勾縫，前墻開窗，窗上有混凝土過梁或木過梁，木屋頂結(jié)構(gòu)，如圖2（c）所示。該地區(qū)磚木結(jié)構(gòu)房屋多數(shù)為人字坡和單坡屋頂，無圈梁、地梁、構(gòu)造柱等抗震構(gòu)造措施。此類房屋抗震性能一般，稍優(yōu)于土木結(jié)構(gòu)房屋（賈曉輝等，2016；呂國軍等，2016；劉曉丹等，2018）。

磚木結(jié)構(gòu)房屋抗震薄弱環(huán)節(jié)為：①絕大多數(shù)為重屋頂，屋頂與墻體之間連接不夠緊密，如圖3（d）所示，整體穩(wěn)定性較差，地震時可能由于墻體外閃塌落導(dǎo)致房屋整體坍塌；②屋頂存在單坡結(jié)構(gòu)，后墻一般較前墻高1—2m，形狀不規(guī)則，如圖3（e）所示，地震時后墻易外閃坍塌；③屋頂檁條未采取任何連接措施，直接置于磚墻上，且檁條與山墻外側(cè)基本齊平，凸出部分也未與山墻進行有效連接，如圖3（f）所示，地震時檁條會抽出，導(dǎo)致屋頂坍塌。

圖3 各類房屋抗震薄弱環(huán)節(jié) Fig.3 The weak links of seismic design

3 經(jīng)濟、意識與房屋結(jié)構(gòu)類型及抗震性能的關(guān)系

調(diào)查表明，蔚縣農(nóng)村主要經(jīng)濟來源包括種地、打工、特色農(nóng)業(yè)等，只有種地一種經(jīng)濟來源的村莊收入最低，擁有特色農(nóng)業(yè)（如種杏、養(yǎng)殖等）的村莊收入最高。將只有種地作為經(jīng)濟來源的村莊歸為收入一般，將包含其他經(jīng)濟來源的村莊歸為收入較好。本次調(diào)查中，收入一般村莊23 個，共有房屋2904 棟；收入較好村莊20 個，共有房屋4825 棟（見圖4）。

由圖4 可知，收入一般的村莊土木結(jié)構(gòu)房屋約占77.86%，磚木結(jié)構(gòu)房屋不足20%，尚存在一定數(shù)量的窯洞；收入較好的村莊土木結(jié)構(gòu)房屋約占56.62%，磚木結(jié)構(gòu)房屋約占43.07%，很少見窯洞。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)收入較好的村莊中“兩重皮”房屋在所有土木結(jié)構(gòu)房屋中的占比超過60%，而收入一般的村莊“兩重皮”房屋占比超過30%。在與當(dāng)?shù)卮迕窠涣鬟^程中發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)冬季平均氣溫較低，因此村民在修建房屋時，優(yōu)先考慮房屋保暖性能，其次考慮房屋美觀程度，最后考慮房屋抗震性能。因此大量村民修建房屋時都選擇在原有土木結(jié)構(gòu)房屋外層加蓋一層磚墻，以提高保暖性能和美觀程度，但此類房屋抗震性能較差。

圖4 經(jīng)濟、意識與房屋結(jié)構(gòu)類型的關(guān)系 Fig.4 The relationship between economic, consciousness and building structure

通過以上分析可知，收入越好的村莊，房屋整體抗震性能越好。但該地區(qū)村民抗震設(shè)防意識普遍薄弱，如增強其抗震設(shè)防意識，該地區(qū)房屋抗震性能可大幅提升。

4 地形與房屋結(jié)構(gòu)類型及抗震性能的關(guān)系

蔚縣境內(nèi)地形豐富，南部山地面積1141km2，占全縣面積的35%，平均海拔1500—2000m，最高2882m；中部谷地面積988km2，占全縣面積的31%，海拔900m 左右，中部有壺流河穿過；北部丘陵區(qū)面積1118km2，占全縣面積的34%，平均海拔1000—1500m，相對高度小于500m。

調(diào)查表明（見表2），磚木結(jié)構(gòu)房屋在谷地地區(qū)占比最高，為35.7%，在山地地區(qū)占比最低，僅為12.6%；窯洞全部出現(xiàn)在丘陵地區(qū)，但占比不高，僅為5.6%?？芍降氐貐^(qū)房屋整體抗震性能最差，谷地地區(qū)房屋整體抗震性能最好，丘陵地區(qū)由于有窯洞分布，整體抗震性能稍差于谷地地區(qū)。導(dǎo)致此現(xiàn)象的主要原因是，位于山地地區(qū)的村莊主要經(jīng)濟來源只是種地，收入一般，受經(jīng)濟狀況限制，沒有資金翻蓋房屋，因此絕大部分房屋為土木結(jié)構(gòu)，抗震性能差。

表2 不同地形地區(qū)各類房屋結(jié)構(gòu)占比 Table2 The proportion of different building structures in different topography

5 交通與房屋結(jié)構(gòu)類型及抗震性能的關(guān)系

蔚縣境內(nèi)有109 國道、112 國道、342 省道3 條主要道路，房屋結(jié)構(gòu)類型與村莊所在位置交通狀況有很大關(guān)系。由于不同地形道路交通狀況存在差異，本次調(diào)查記錄每個調(diào)查點至主路的行車時間，行車時間越長交通狀況越差。

調(diào)查表明（見圖5），交通狀況越差的村莊土木結(jié)構(gòu)房屋占比越高、磚木結(jié)構(gòu)房屋占比越低，房屋整體抗震性能越差。如條子溝村至109 國道的行車時間約為1h，村里土木結(jié)構(gòu)房屋占比高達90% ，磚木房屋占比僅10%；東北江村至342 省道的行車時間僅為5min，村里土木結(jié)構(gòu)房屋僅占16%，磚木結(jié)構(gòu)房屋占84%。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因有：①由于交通不便，道路崎嶇、狹窄，建房所用材料基本靠就地取材，磚和水泥運輸成本較高；②村里年輕人大多外出，不再回來居住，村莊開始敗落。因此，這些村莊老舊土木結(jié)構(gòu)房屋占比較高，抗震性能差。

圖5 交通與房屋結(jié)構(gòu)類型的關(guān)系 Fig.5 The relationship between traffic and building structure

6 結(jié)論及建議

通過對張家口蔚縣7732 棟房屋的實地調(diào)查，分析該地區(qū)各結(jié)構(gòu)類型房屋特點及抗震薄弱環(huán)節(jié)，綜合分析經(jīng)濟、交通和地形對抗震性能的影響，得出以下結(jié)論及建議：

（1）各結(jié)構(gòu)類型房屋均缺少必要的抗震構(gòu)造措施，且存在門窗開洞過大、重屋頂、檁不出墻等情況。建議在修建房屋時，門窗寬度小于房屋開間的一半；加強屋頂與墻體之間、檁條與山墻之間及縱橫墻之間的拉結(jié)；在墻體轉(zhuǎn)角、縱橫墻交接及墻體過寬的位置增加構(gòu)造柱，增強墻面整體性。

（2）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟越好的村莊磚木結(jié)構(gòu)房屋數(shù)量越多，房屋整體抗震性能越好。但由于居民缺乏抗震設(shè)防意識，在修建房屋時首先考慮保溫和美觀，很少考慮抗震設(shè)防，導(dǎo)致房屋抗震性能低于應(yīng)有水平。建議在提高居民收入的同時加大抗震宣傳力度，增強村民抗震設(shè)防意識。

（3）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，交通越不便利的村莊，老舊的土木結(jié)構(gòu)房屋越多，房屋抗震性能越差，同時這樣的村莊少有無青壯年居住，村里常住人口數(shù)較少，發(fā)生地震后自救能力差。這些村莊規(guī)模相對較小，建議在交通相對較好、地勢平坦的地區(qū)重新選址，將其整體搬遷。