林曉東

（福建省建筑科學(xué)研究院，福建 福州 350025）

平潭是福建省東部沿海一個(gè)島縣，與臺(tái)灣隔海相望，為全省第一大島。季風(fēng)明顯，夏季以偏南風(fēng)為主，其余季節(jié)多為東北風(fēng)，風(fēng)力年平均風(fēng)速6.9m/s，灣海地區(qū)全年大風(fēng)7 級(jí)以上日數(shù)為125 天，是本省強(qiáng)風(fēng)區(qū)之一。島上礦藏資源有花崗巖、石英砂。因交通不便及強(qiáng)季風(fēng)的限制且島上又盛產(chǎn)花崗巖，過去島上很多居民因地制宜、就地取材將花崗巖石材大量用到建筑中。

石材料性質(zhì)屬脆性，抗剪、抗彎、抗拉強(qiáng)度較低，平潭島上的石結(jié)構(gòu)房屋多數(shù)是由島上工匠憑借多年經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，沒有經(jīng)過正規(guī)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，更沒有進(jìn)行相關(guān)抗震設(shè)計(jì)，工匠在選材、砌筑技術(shù)、房屋構(gòu)造、施工管理方面存在許多缺陷。房屋結(jié)構(gòu)通常存在或多或少的安全隱患，抗震性能差，影響了房屋的正常功能和后續(xù)使用年限，嚴(yán)重的隱患會(huì)導(dǎo)致房屋倒塌，島民的生命和財(cái)產(chǎn)也受到威脅。

1 平潭石結(jié)構(gòu)的形成及結(jié)構(gòu)類型

平潭石結(jié)構(gòu)房屋是就地取材、因地制宜的傳統(tǒng)房屋結(jié)構(gòu)類型。它具有悠久的歷史和濃厚的地方建筑特色。千百年來，石頭和平潭人民生活息息相關(guān)，由于平潭島盛產(chǎn)花崗巖石，所以，島民就地取材，利用豐富的花崗巖石建造房子。距今5 500～6 000 年的新石器時(shí)代，已經(jīng)有人類在島上繁衍生息。平原鎮(zhèn)山顯美村南垅自然村殼山文化遺址出土了各種石制工具，表明平潭島的祖先已在石器時(shí)期就使用石料。

平潭島上現(xiàn)有的石屋主要分為四扇厝（圖1）和竹篙厝（圖2）。四扇厝是平潭最重要的傳統(tǒng)房屋形式，屬于福建“一亮兩暗”傳統(tǒng)房屋類型。舊時(shí)的平潭房屋多為石木結(jié)構(gòu)，房屋的屋頂呈人字形，屋頂不留風(fēng)雨檐，用拱形的瓦片正反交錯(cuò)鋪蓋，上面壓上巨石防止大風(fēng)揭瓦。房屋的規(guī)模和大小是以“榀”為單位，民間稱為“扇”。富商和官宦的房屋會(huì)有六扇厝、八扇厝，普通百姓多為四扇厝。四扇厝一般為兩層，大門、天井和中堂都在中軸線上，左右兩側(cè)用橫墻隔為房間，中間用木板相隔分為前后房，中間為廳，又分為前廳、后廳，前廳是整座房屋最明亮的廳堂，后廳一般用作廚房、倉庫、雜物間或用來放置漁具、農(nóng)具。這種結(jié)構(gòu)非常適合大型老式家庭。

圖1 四扇厝

竹篙厝是清初在平潭開始慢慢形成的另一種形式，閩南海軍駐扎在平潭島，兵營駐守在魚口，以閩南傳統(tǒng)形式建造房屋。后來，當(dāng)?shù)厝碎_始模仿，而后逐漸發(fā)展成為平潭住宅的另一種形式。竹篙厝按入口、房間、前院、大廳、房間和后院的順序排列。房子的前面和后面都有門，大廳的兩側(cè)都有門，由此可以與左右房屋連通。院子里有魚眼天窗。從平面布置中不難看出竹篙厝的深度較深，易守難攻，但因?yàn)椴晒獠缓?，也不通暢，后來島上建造這樣房子的人越來越少了。平潭島鮮明的特點(diǎn)鑄就了偉大的居住文化，吳金泰說“這些獨(dú)特的石頭民居冬暖夏涼，還可以抵擋海島大風(fēng)大浪以及潮濕等各種惡劣天氣”。

圖2 竹篙厝

2 平潭石結(jié)構(gòu)房屋特點(diǎn)及抗震性能缺陷的表現(xiàn)和成因分析

石材本身具有抗壓強(qiáng)度高、耐久性好、吸水率低和外觀漂亮的優(yōu)點(diǎn)，是傳統(tǒng)的建筑材料之一。由于具有良好的耐久性，許多古代建筑文化都以石結(jié)構(gòu)的形式傳承下來。平潭盛產(chǎn)優(yōu)質(zhì)花崗巖石材，具有濃厚的建筑特色和悠久的歷史。目前，石結(jié)構(gòu)房屋在島上建筑中占比仍然很高，是平潭住宅的主要結(jié)構(gòu)形式。

2.1 平潭石結(jié)構(gòu)房屋的特點(diǎn)

根據(jù)平潭住宅建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分為石結(jié)構(gòu)、石磚結(jié)構(gòu)、石混凝土結(jié)構(gòu)、磚混凝土結(jié)構(gòu)、石木結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其中以石結(jié)構(gòu)和石木結(jié)構(gòu)為主要結(jié)構(gòu)類型。由此可見，早期平潭島建造房屋的過程是相當(dāng)混亂的。早期住宅施工技術(shù)水平較低，工匠多是憑借經(jīng)驗(yàn)建造。野蠻加層改造、年久失修破損嚴(yán)重等現(xiàn)象普遍存在，住宅的安全現(xiàn)狀和防災(zāi)形勢不容樂觀。首先，由于平潭處于亞歐板塊與太平洋板塊交界處，地震活動(dòng)非?；钴S，處在地震烈度7 度的抗震設(shè)防地區(qū)未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的房屋是非常脆弱的。其次，由于臺(tái)風(fēng)和亞熱帶氣候的影響，平潭島每年都要發(fā)生數(shù)月的臺(tái)風(fēng)，而且經(jīng)常報(bào)告因惡劣天氣造成的事故。因地震和臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害有安全隱患的房屋對(duì)島民的生命和財(cái)產(chǎn)構(gòu)成巨大威脅。

2.2 石結(jié)構(gòu)房屋抗震性能缺陷的表現(xiàn)和成因分析

石結(jié)構(gòu)房屋在抗震性能方面，首先，因石材自重大、剛度大，所以，地震反應(yīng)也大；其次，石材變形能力小，抗剪、抗彎、抗拉、抗扭等受力性能都很差，這就決定了石結(jié)構(gòu)房屋的抗震能力先天不足，下面列舉五點(diǎn)抗震隱患的表現(xiàn)并對(duì)其進(jìn)行分析。

2.2.1 石墻傾斜、開裂

平潭住宅多數(shù)是由工匠憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)和建造的，在地基承載力和基礎(chǔ)形式上也是憑借經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣做法確定的。當(dāng)局部地基的承載力小于基礎(chǔ)所能承受的上部荷載時(shí)，基礎(chǔ)便會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降?；A(chǔ)不均勻沉降的原因有以下五點(diǎn)：（1）基礎(chǔ)土質(zhì)變化大，承載力差異大。（2）持力層下夾有軟弱土層，持力層的厚度不足。（3）基礎(chǔ)上部荷載變化大，未按照規(guī)范要求設(shè)置沉降縫。（4）周邊新建建筑物的振動(dòng)、降水、開挖、堆載和主體施工過程，導(dǎo)致局部地基土受力的傳遞疊加。（5）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)自身破壞。

2.2.2 未設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁

當(dāng)房屋的跨度、層高、總高度等超過限值要求時(shí)，未設(shè)置構(gòu)造柱、圈梁等鋼筋混凝土構(gòu)件會(huì)使房屋的整體性變差，縱橫墻交接處連接薄弱。當(dāng)?shù)鼗艿讲痪鶆虺两诞a(chǎn)生的彎曲應(yīng)力或較大的振動(dòng)荷載作用時(shí)，石結(jié)構(gòu)房屋的墻體會(huì)產(chǎn)生裂縫，甚至傾斜。

2.2.3 承重構(gòu)件錯(cuò)位或斷裂

石構(gòu)件抗剪、抗拉、抗彎強(qiáng)度不足導(dǎo)致抗震性能缺陷。石材的抗壓強(qiáng)度高，抗剪、抗拉、抗彎強(qiáng)度低，當(dāng)在超過允許值的剪力、拉力、側(cè)壓力等荷載效應(yīng)下，將引起石材脆性破壞。地震襲來時(shí)，石柱、石梁、石樓板、石樓梯等承重構(gòu)件毫無預(yù)兆的脆性破壞，其危害性極大。

2.2.4 石砌體結(jié)構(gòu)砌筑所采用的方法或材料不當(dāng)

平潭石結(jié)構(gòu)房屋墻體多數(shù)采用粗料石(毛料石)黃土砂漿座漿(甩漿)砌筑，砂漿不飽滿，經(jīng)過幾年的風(fēng)吹日曬砂漿粉化嚴(yán)重且易碎，砂漿的干縮效應(yīng)和不緊密性使得砂漿在石砌體結(jié)構(gòu)中的強(qiáng)度等級(jí)幾乎為零，這將極大地削弱石砌體結(jié)構(gòu)的抗震變形能力。施工不規(guī)范會(huì)導(dǎo)致墻體的上下皮石塊水平接觸面不規(guī)則，墊片的大小、數(shù)量和排列也不均勻，導(dǎo)致砌體壓應(yīng)力不均勻，使得石墻的整體穩(wěn)固性變差，進(jìn)而削弱砌體的抗剪強(qiáng)度。

2.2.5 部分承重構(gòu)件地震時(shí)易造成房屋局部先行破壞

石柱、石梁、石樓板等構(gòu)件因支撐(錨固)長度不足等原因會(huì)導(dǎo)致脫落、錯(cuò)位、失穩(wěn)等后果；另外，砌體的搭接方式、砂漿強(qiáng)度、施工時(shí)水平度、垂直度控制等因素將影響到砌體的抗壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性，進(jìn)而影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

3 平潭石結(jié)構(gòu)房屋的抗震防治以及加固

平潭位于環(huán)太平洋地震帶和東南沿海地震帶交匯處，處于福建省最大的活動(dòng)斷裂構(gòu)造帶長樂-詔安帶的東北端，屬地震活動(dòng)較多且強(qiáng)烈的地區(qū)。福建省緊鄰全球地震最為活躍的臺(tái)灣地震帶，東南沿海地區(qū)被列為全國地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)，平潭地區(qū)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為7 度。

為保證石結(jié)構(gòu)房屋正常使用功能和壽命，應(yīng)在施工建設(shè)中采取合理的加固方式，對(duì)新房屋進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。根據(jù)平潭石結(jié)構(gòu)房屋抗震性能缺陷的分析，抗震具體措施如下。

3.1 地基的穩(wěn)定性

應(yīng)尋找基巖或干燥、密實(shí)且均勻的土層作為新房地基，不宜在軟土層、分布不均勻的土層、古老的河道和活動(dòng)斷層等區(qū)域建造房子。在不可避免的情況下，應(yīng)采取有效措施防止沉降不均。考慮到建筑物的現(xiàn)場材料和經(jīng)濟(jì)性，地基處理應(yīng)采用更換填充墊層，石灰土樁復(fù)合地基和土工合成材料加固處理等方法。

3.2 建筑用材合理性

（1）新建多層石結(jié)構(gòu)房屋不得采用石柱、石梁、石樓板作為承重構(gòu)件，應(yīng)設(shè)置地圈梁、構(gòu)造柱、圈梁使房屋形成一個(gè)整體，宜采用現(xiàn)澆或者裝配式鋼筋混凝土樓板、屋蓋板。

（2）跨度大于4.2m 的梁和跨度大于6m 的屋架，其支承位置的砌體應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土或混凝土墊塊并與圈梁澆成整體。

（3）各種料石的高度、寬度均不宜小于20cm，長度不宜超過厚度4 倍。

（4）砌筑用砂漿不應(yīng)采用黃土砂漿，宜采用水泥砂漿。

3.3 建筑構(gòu)造規(guī)范要求

（1）非空曠的單層石砌體房屋有墊片砌筑時(shí)層高不應(yīng)超過4m，當(dāng)采用無墊片鋪漿砌筑時(shí)層高不應(yīng)超過5m；多層石砌體房屋的層高不應(yīng)超過3m。石砌體結(jié)構(gòu)房屋墻體不應(yīng)小于220mm。墻體采用細(xì)料、半細(xì)料石砌筑時(shí)，房屋的高度不應(yīng)超過13m，層數(shù)不應(yīng)超過4 層；墻體采用粗料石、毛料石砌筑時(shí)，房屋的高度不應(yīng)超過10m，層數(shù)不應(yīng)超過3 層；對(duì)于乙類設(shè)防、采用干砌甩漿法砌筑或者橫墻較少的石砌體，房屋高度應(yīng)根據(jù)墻體類別不同相應(yīng)降低3m，層數(shù)應(yīng)減少一層。多層石砌體房屋的最大高寬比不應(yīng)大于2.5。

（2）應(yīng)采用橫墻承重或縱墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系；抗震墻在平面內(nèi)宜閉合、均勻?qū)ΨQ，沿平面內(nèi)宜對(duì)齊，沿豎向應(yīng)上下連續(xù)，且縱橫墻抗震墻體數(shù)量不宜相差過大。多層石砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震橫墻最大間距：現(xiàn)澆或裝配整體式鋼筋混凝土樓板、屋蓋最大間距為10m，裝配式鋼筋混凝土樓板、屋蓋最大間距為7m，木樓板、屋蓋最大間距為4m。抗震橫墻洞口的水平截面面積應(yīng)不大于全截面面積的1/3。

（3）縱橫墻交接處應(yīng)無墊片咬槎漿砌，沿墻高每隔500mm 應(yīng)有兩根直徑不小于6mm 的水平拉結(jié)筋，每邊伸入墻內(nèi)不宜小于1m。

3.4 加固方法及配合使用的技術(shù)

當(dāng)石砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)件承載力不能滿足要求時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行加固。加固有直接加固法和間接加固法兩種，在設(shè)計(jì)時(shí)宜根據(jù)對(duì)應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)需求進(jìn)一步還原建筑風(fēng)貌，選擇適宜實(shí)際條件的加固方式。

（1）石砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這種加工可以采取直接加固的方式來進(jìn)行。在工程實(shí)際進(jìn)行過程中，需選用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面加固層加固法，其中可以選擇類似灰縫灌漿加固型的加固方式和外包型鋼加固法，或者針對(duì)性地選擇外加鋼筋混凝土的形式來進(jìn)行加固。如選用間接加固法需根據(jù)實(shí)際工程進(jìn)展?fàn)顩r通過選擇合適的抗震墻、增設(shè)支點(diǎn)等來進(jìn)一步穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的傳力途徑。

（2）石砌體的受彎構(gòu)件，這種方式采用直接加固的形式根據(jù)施工建設(shè)情況進(jìn)一步進(jìn)行施工建設(shè)，需要按照實(shí)際情況中存在的受力區(qū)域進(jìn)行外層加固。此外，還可以選擇外粘型鋼加固法以及對(duì)應(yīng)的置換方式，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行間接加固。

4 結(jié)語

總而言之，在當(dāng)前的石結(jié)構(gòu)房屋建設(shè)過程中，抗震結(jié)構(gòu)必須建設(shè)得更加穩(wěn)定，不能忽視抗震隱患。在實(shí)際建設(shè)過程中造成隱患存在的因素不是單一的，而是在兩個(gè)或多個(gè)原因綜合影響下發(fā)生。本文對(duì)平潭石結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能進(jìn)行了分析，提出產(chǎn)生這些抗震隱患的原因，列舉了防治和加固措施，希望本文能夠引起相關(guān)人員對(duì)石砌體結(jié)構(gòu)房屋抗震隱患的重視，避免事故的發(fā)生。