劉曉丹 劉志輝 劉龍 馬旭東 劉賈賈 關恒瑜 左麗娟

摘要：基于河北省張家口市13個縣（區(qū)）630個調查點的實地調查結果，總結了磚混、磚木、土木和土窯洞4類房屋的建筑特征和震害特征。采用專家經驗法，結合歷史地震資料和各類房屋比例，建立了該地區(qū)農村房屋抗震性能指數，并以縣為單位，繪制了該地區(qū)農村抗震能力評價圖。結果表明：張家口地區(qū)農村房屋以磚木結構和土木結構為主，占95%;磚混結構和土窯洞均不足3%;且不同地域的房屋結構類型差別很大。該地區(qū)農村房屋抗震能力整體較差，主要是由土木結構房屋的抗震性能較差所導致。

關鍵詞：農村房屋;震害特征;抗震能力;張家口

中圖分類號：P315.925 ??文獻標識碼：A ??文章編號：1000-0666（2019）02-0158-08

0 引言

張家口位于河北省西北部，地質構造復雜，NNE—NE向山西地震構造帶、NWW—NW向的張家口—蓬萊地震構造帶和NE向華北平原地震構造帶在此交匯。在該地區(qū)歷史上有記載的5級以上破壞性地震共18次，其中最大震級地震為1720年河北沙城6級地震，最近的一次為1998年河北張北6.2級地震，次年該地又發(fā)生了5.6級強余震。近年來該地區(qū)地震活躍，先后發(fā)生2002年懷來4.4級地震，2014年涿鹿4.3級地震（冉勇康等，1992;蔡華昌等，1997;李海孝等，2003）。該地區(qū)地形復雜，經濟欠發(fā)達，仍有相當一部分人居住在農村，農村房屋多為自建，基本不設防，結構設計不合理，選址不恰當，致使該地區(qū)的民居抗震能力明顯不足，每次地震均造成房屋不同程度破壞。以1998年張北地震為例，地震共造成49人死亡，4萬多人失去住所，房屋毀壞約8.7萬間、嚴重破壞9萬多間，直接經濟損失超過8億元。和同等強度地震相比，此次地震造成的人員傷亡多，房屋破壞嚴重，財產損失巨大，其中毀壞和破壞的房屋均為農村房屋，死亡人員均分布在農村（蔡華昌等，1998;張啟富等，1999）。

房屋的破壞是造成人員傷亡與經濟損失的主要原因。我國農村地區(qū)由于歷史、經濟等原因，房屋抗震能力普遍較差，是破壞性地震人員傷亡和房屋破壞的重災區(qū)。前人（賈曉輝等，2016;呂國軍等，2016;張合等，2017）對張家口地區(qū)農村房屋抗震性能進行了調查研究，但由于調查樣本不足等原因，只對該地區(qū)房屋的抗震性能進行了簡單定性評價，無法進行量化。本文收集了張家口地區(qū)歷史地震資料及震害情況并進行實地調查，總結了該地區(qū)農村各類房屋的建筑特征，分析震害特征，給出抗震性能指數，建立了該地區(qū)農村房屋抗震性能指數。

1 農村房屋調查及建筑特征

1.1 調查點設置及調查內容

本文依據張家口的行政區(qū)劃均勻設置了調查點。張家口共有16個縣（區(qū)），其中橋東區(qū)、橋西區(qū)、下花園區(qū)和宣化區(qū)的一部分是張家口市區(qū)所在地，農村民居房屋較少，未列入調查范圍。余下13個縣（區(qū)）共有210個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)選3個自然村進行調查，共設置630個調查點。該地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地已初具小城鎮(zhèn)規(guī)模，故本調查不包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地。調查點的選取原則為緊靠鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府所在地1個，最偏遠地區(qū)1個，介于兩者之間1個，且在整個鄉(xiāng)鎮(zhèn)均勻分布，見圖1。

本次調查包括初查和普查2種形式。初查主要通過現場詢問、填寫信息表格、房屋拍照等方式開展，確定該地區(qū)農村房屋主要結構類型及影響抗震能力的因素。該地區(qū)農村房屋以磚混結構、磚木結構、土木結構和土窯洞為主，其他類型房屋很少;根據以往震害經驗，對該地區(qū)農村房屋抗震能力有影響的主要因素為房屋結構類型、房屋建筑年代、房屋地基基礎、抗震措施及房屋所處場地條件等（孫柏濤，胡少卿，2005;王強，2009;劉莉，2010;卜永紅，2013;GB50011—2010）。普查是對各調查點初查得到的影響抗震能力的因素進行詳細調查，每個調查點填寫一張表格，主要包括調查點的地形地貌、場地條件和各類結構的占比等。同時對每個調查點隨機抽取各類結構類型房屋各1棟，共抽取了1 790棟，更加詳細地調查抽樣房屋的各項信息，記錄房屋結構類型、建造年代、用途等，形成房屋抗震能力調查表（劉珍等，2018）。

1.2 調查結果

調查統(tǒng)計得到張家口地區(qū)農村房屋各結構類型占比（表1）。該地區(qū)農村房屋以磚木結構和土木結構房屋為主，兩者之和近95%;磚混結構房屋和土窯洞均不足3%;普查發(fā)現尚有少量的框架結構和毛石結構房屋，框架結構忽略不計，毛石結構類型并入土木結構。不同地域的房屋結構類型差別很大，在北部的張北縣磚木結構房屋超過55%，土木結構房屋超過40%;在東部的懷來縣磚木結構房屋為74%，土木結構房屋只有15%，磚混結構房屋達11%，并有少量的框架結構房屋;在南部的蔚縣土木結構房屋超過50%，磚木結構房屋不足40%，并存在一定數量的毛石結構房屋;在西部的陽原縣磚木結構房屋不足30%，土木結構房屋超過50%，土窯洞達到17.8%;在張家口市區(qū)附近的宣化區(qū)磚木結構房屋達80%以上，磚混結構房屋也接近10%。以上數據表明具有地域性代表的建筑類型主要是由當地的經濟水平以及 自建房就地取材的建筑材料所決定的。

1.3 房屋建筑特征分析

根據調查結果，總結了該地區(qū)農村各結構類型房屋的建筑特征，典型照片見圖2。

1.3.1 磚混結構房屋

此類結構房屋廣泛分布，但總體數量不多，占比不足3%。主要分為2類：一為辦公、學校、衛(wèi)生所等公用建筑;二為少部分用于居住的自建房，大多為2000年后建造。此類房屋采用縱橫墻混合承重，墻體采用普通黏土磚和水泥砂漿砌筑，外墻厚為24 cm，內墻厚為24 cm或者12 cm;多為砌體基礎，基礎普遍埋深為60～100 cm;前墻開門窗，門窗上設有混凝土過梁，未見圈梁;屋蓋為現澆混凝土屋蓋，部分地區(qū)存在的抗震改造房為輕屋蓋體系，人字坡形，以鋼屋架上覆敷彩鋼瓦方式建造。此類房屋多有混凝土地梁以及圈梁，存在一些預制板屋頂。此類結構房屋雖大多未經抗震設計，但地基基礎好、砌筑質量較高、墻體剛度大，抗震能力相對較好，但由于構造措施缺失、節(jié)點相對較弱、前墻開洞過大等原因，致使整體穩(wěn)定性和抗剪能力仍不高。

1.3.2 磚木結構房屋

此類結構房屋廣泛分布，是主要的房屋類型，占比約50%，大多建造于20世紀90年代，主要用于生活居住，均為自建平房。橫墻作為承重墻，縱墻側向支撐橫墻以保證房屋的整體性和側向穩(wěn)定性，墻體采用普通黏土磚和水泥砂漿或砂土泥漿砌筑，部分內墻為土坯墻;地基多為石頭或磚砌基礎，普遍基礎埋深為20～50 cm;前墻開門窗，門窗上一般設有混凝土或木制過梁，后墻多開通風小窗;屋蓋為木屋蓋體系，多為人字坡形，單坡屋面占一定比例，屬于硬山擱檁。此類結構房屋未經抗震設計，均未采取有效的抗震構造措施，墻體粘結度較差、砌筑不規(guī)范、磚墻承重等因素致使房屋整體穩(wěn)定性和抗剪能力不足，抗震能力一般。

1.3.3 土木結構房屋

此類結構房屋分布面較廣，是第二主要的房屋類型，總體數量龐大，占比約45%，均為20世紀90年代前建造，尚有大量用于生活居住。橫墻承重，墻體由夯土或土坯砌筑，常見在土墻外加包一層磚的情況（俗稱“兩重皮”），主要為了美觀以及防止后墻外閃，對結構整體抗震無任何有利作用。外墻厚為37 cm或50 cm;部分土坯墻內埋置豎向木柱以支撐前墻開洞;地基一般為夯土或者石頭基礎，普遍基礎埋深為20～50 cm;屋蓋多為人字坡形式，以檁上擱椽、椽上鋪草、草上蓋瓦方式建造。此類結構房屋墻體剛度不足，砌筑質量差，連接處未作處理，地基埋深淺，致使整體穩(wěn)定性和抗剪能力差，抗震能力較差。

1.3.4 土窯洞

土窯洞尚有一定數量，占比不足3%，均為20世紀80年代前修建，現主要用于倉房，極少量用于生活居住。土窯洞分獨立式和非獨立式2種。獨立式由生土夯制加土質屋蓋，土墻厚度超過100 cm，屋蓋為生土加茅草，厚度超過60 cm，危房改造中進行了部分加固，在前墻外砌筑一層黏土磚或在屋蓋上加一層輕鋼屋頂。非獨立式是依山而建，內墻厚為60～90 cm，前墻開拱形門窗。獨立式土窯洞墻體厚，具有一定穩(wěn)定性，但由于屋蓋重，沒有做相應的地基處理和必要的抗震措施，且年代久遠，受雨水的浸泡，抗震能力極差;非獨立式土窯洞由于倚靠山體而建，整體穩(wěn)定性好于獨立式土窯洞。

1.3.5 其它結構類型房屋

在個別調查點分布有框架結構房屋，為2010年以后建造，經過正規(guī)抗震設計，抗震性能良好，主要用于賓館酒店等商業(yè)用途，占比很小，在抗震能力分析中忽略不計。此外，在貧困山區(qū)尚存在一定數量的毛石結構房屋，均為20世紀90年代前建造，和土木結構房屋類似，只是承重墻由毛石和砂土泥漿砌筑而成。由于毛石不規(guī)整，砌筑的墻體穩(wěn)定性差，抗震性能還不及土木結構房屋，現普遍用于倉房，基本無人居住，抗震能力分析中也忽略不計。

調查表明，農村中一些年代較早的土窯洞和土木結構房屋因施工質量差、材料強度低等原因，已很少有人居住，逐漸被淘汰;抗震性能一般的磚木結構房屋普遍使用，隨著城市化進程的加快，此類房屋也逐漸失去其用于長期居住的功能;質量相對較好的磚混結構房屋開始出現，個別地方出現了經過正規(guī)抗震設計的框架結構房屋。農村房屋由土窯洞、土木結構和磚木結構逐漸向磚混結構發(fā)展，甚至向框架結構過渡，整體抗震能力逐步提升。但由于農村地區(qū)房屋點多量大，抗震性能差的房屋將在很長一段時期內存在，并為人居住使用，農村地區(qū)的防震減災工作依然任重道遠。

2 農村房屋抗震能力評價

2.1 歷史地震震害特征

根據張家口地區(qū)及附近河北張北、山西大同—陽高等6次地震的烈度分布及災害損失評估報告等資料，結合各類結構房屋建筑特征，并參照歷年中國大陸地震災害損失評估資料（中國地震局震災應急救援司，2010，2015;中國地震局監(jiān)測預報司，2001），總結了該地區(qū)農村各類房屋的震害特征 ?河北省地震局地震災害損失評估組.1998.張北6.2級地震災害損失評估報告.：

（1）Ⅵ度影響區(qū)：土窯洞部分后墻開裂甚至垮塌，其他墻體原有裂縫加寬、加長;土木結構房屋部分墻體開裂，少數后墻外閃，部分掉瓦，少數局部坍塌;磚木結構房屋部分墻體開裂，個別后墻外閃，少數掉瓦;磚混結構房屋個別墻體出現明顯裂縫，部分墻體出現細微裂縫。

（2）Ⅶ度影響區(qū)：土窯洞前墻部分開裂甚至垮塌，獨立式土窯洞后墻大多數外閃，其他墻體原有裂縫明顯加寬、加長;土木結構房屋大多數墻體開裂，大多數后墻外閃，部分房屋整體坍塌;磚木結構房屋個別山墻倒塌，部分后墻外閃，多數掉瓦;磚混結構房屋少部分墻體開裂，多數掉瓦，部分煙囪倒塌。

（3）Ⅷ度影響區(qū)：土窯洞大多數整體坍塌;土木結構房屋絕大多數整體坍塌;磚木結構房屋大部分墻體外閃，屋頂部分塌落;磚混結構房屋大部分墻體開裂，但不會大面積倒塌。

2.2 抗震能力評價方法

房屋的抗震能力與抗震設防情況、建筑年代、建筑結構類型、施工質量及場地條件等有關，而農村房屋抗震能力主要與所處場地條件、結構類型、有無抗震措施、建筑年代長短及施工質量等因素有關。林世鑌等（2011）加入區(qū)域地震危險性，運用Push-over分析方法建立了建筑物抗震性能指標，研究了群體建筑物的抗震能力;明小娜等（2017）通過房屋結構比例及區(qū)域設計基本加速度值，建立了區(qū)域房屋抗震性能指數，用于量化表達區(qū)域房屋抗震能力;甄盟和楊斌（2015）通過量化房屋結構類型、建筑年代和地基基礎等參數，建立了區(qū)域房屋的抗震性能參數，用于量化房屋的抗震能力。筆者通過深入調查研究，發(fā)現農村地區(qū)房屋均為自建，選址隨意性大，沒有統(tǒng)一的標準和規(guī)劃，做工、用材因地制宜，抗震措施根據經濟條件設置，建筑年代跨度大，影響房屋抗震能力的因素很難量化，房屋抗震能力離散性很大。因此，可僅考慮張家口地區(qū)農村房屋結構類型比例，建立區(qū)域房屋抗震性能指數，用于表達特定區(qū)域房屋的抗震能力，該方法計算簡單，參數通過統(tǒng)計調查和專家判斷得到，可表示為：

式中：I表示以縣為區(qū)域的房屋抗震性能指數;Pzh，Pzm，Ptm，Pyd分別指以縣為單位的磚混結構、磚木結構、土木結構和土窯洞房屋所占比例;Izh，Izm，Itm，Iyd分別指以縣為單位的磚混結構、磚木結構、土木結構和土窯洞房屋的抗震性能指數，采用專家經驗法獲得。

專家經驗法就是震害經驗豐富的專家根據調查得到的數據，結合實踐經驗為每個調查點的每類結構房屋打分，并將打分結果作為該調查點每類房屋的抗震性能指數，綜合考慮各縣的每個調查點的打分情況，確定各縣各結構類型房屋的抗震性能指數。張家口地區(qū)設計基本加速度值為0.05～0.20 g，抗震設防烈度為Ⅵ，Ⅶ，Ⅷ度。專家打分時認定房屋未設防時，打分為低于0.049;房屋在Ⅵ度影響下不至于嚴重破壞或倒塌時，打分為0.05～0.089;房屋在Ⅶ度影響下不至于嚴重破壞或倒塌時，打分為0.90～0.179;在Ⅷ度影響下不至于嚴重破壞或倒塌時，打分為高于0.18?？紤]專家經驗法和專家自身經驗關系很大，特邀請5位專家獨立打分，平均后得到各縣各結構類型房屋的抗震性能指數（表2）。從表2可看出，磚混結構、磚木結構和土木結構房屋抗震性能指數分別為0.16～0.20，0.08～0.14和0.05～0.09，因各縣房屋場地條件、施工質量、是否采取抗震措施、門窗開口大小及房屋長寬比等諸多因素影響，同一類型房屋其抗震性能指數存在一定差異。

將計算得到的區(qū)域房屋抗震性能指數分為0.18以上，0.09～0.18，0.05～0.09和0.05以下4檔，分別代表屋抗震能力較好、一般、較差和差（表3）。

2.3 抗震能力評價結果

按照式（1），根據調查得到的張家口地區(qū)各縣各結構類型房屋占比數據（表1）以及抗震性能指數（表3），計算出該地區(qū)各縣農村房屋的抗震性能指數，并依據表2劃定了各縣農村房屋抗震能力等級（圖3、表3）。

較好;懷來縣和涿鹿縣緊靠北京，萬全區(qū)和宣化區(qū)緊靠張家口市區(qū)，經濟較發(fā)達，房屋建筑質量較好，磚木結構房屋較多，并且有一定比例的磚混結構房屋存在，整體抗震能力一般，稍好于其它縣（區(qū)）。崇禮區(qū)離張家口市區(qū)較近，且將舉辦冬奧會，農村老舊房屋逐步淘汰重建，抗震能力得到了提升;張北、尚義、康保和沽源4個縣位于壩上地區(qū)，相當一部分房屋

為張北地震后重建，房屋的抗震能力有了提升;但這5個縣（區(qū)）仍有大量的磚木結構和土木結構房屋存在，整體抗震能力仍較差。蔚縣、陽原、懷安和赤城地處偏遠山區(qū)，房屋建筑質量差，存有大量土木結構房屋，且有一定比例的土窯洞，整體抗震能力差。

懷來等抗震能力一般的4個縣（區(qū)）當遭受Ⅶ度的地震影響時，張北等抗震能力較差的9個縣（區(qū)）遭遇Ⅵ度的地震影響時，除個別土窯洞和土木結構房屋集中的地區(qū)外，農村房屋不至于大面積損毀，也不會造成巨大的損失。但是懷來和涿鹿設防基本烈度為Ⅷ度，康保和沽源設防基本烈度為Ⅵ度，其他各縣設防基本烈度為Ⅶ度，由此看來，張家口地區(qū)農村房屋抗震能力仍然不足。

3 結論

為了宏觀評價張家口地區(qū)農村房屋的抗震能力，筆者對該地區(qū)農村房屋進行了詳細抽樣調查，總結了磚混、磚木、土木和土窯洞4類房屋的建筑特征，并分析了其震害特征，在此基礎上計算房屋抗震性能指數，評價了農村房屋的抗震能力，繪制了該地區(qū)農村抗震能力評價圖。結果表明，張家口地區(qū)農村房屋抗震能力整體較差，地震災害風險很大。為了提升當地農村房屋的抗震能力，建議加大資金扶持力度，做好新農村整體規(guī)劃，加強防災減災宣傳，切實提升當地的防震減災能力。

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