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        甘孜州鄉(xiāng)城白藏房生土民居房屋抗震技術探討

        2024-01-01 00:00:00孫金坤焦?jié)?/span>郭飛飛于亮亮張信堯陳余
        四川建筑 2024年3期

        【摘 要】白藏房是具有傳統(tǒng)建筑風格的地域性建筑,墻體采用當?shù)爻R姷奶烊煌馏w材料,進行夯實成型,與木構件組合承載,屬土木混合結構。為了降低白藏房建設中的木材消耗,同時改善生土墻體的強度及房屋的整體抗震性能,從墻體材料、房屋場地選擇、建筑、結構和施工等方面提出了若干建議。

        【關鍵詞】白藏房; 生土改良; 結構設置; 抗震技術

        【中圖分類號】TU352.11【文獻標志碼】A

        0 引言

        鄉(xiāng)城縣位于川西北地區(qū),抗震設防烈度為7度,設計基本地震加速度值為0.10g,民房抗震存在安全隱患。鄉(xiāng)城縣海拔高,森林樹木生長緩慢,傳統(tǒng)建造的白藏房,屬于土木混合結構[1],需要大量砍伐樹木,對生態(tài)環(huán)境是巨大破壞。為全面貫徹“實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”,重點專項是推行“綠色宜居村鎮(zhèn)技術創(chuàng)新”,并落實“產(chǎn)業(yè)興旺、生態(tài)宜居、鄉(xiāng)風文明、治理有效、生活富?!钡目傄?,依靠科技創(chuàng)新引領和支撐建設具有中國特色的社會主義新農(nóng)村、培育農(nóng)村發(fā)展新動能、助推扶貧攻堅,解決我國當前城鄉(xiāng)區(qū)域發(fā)展不平衡、不充分的緊迫任務,實現(xiàn)全面建成小康社會的必然要求。鄉(xiāng)城縣的天然木材越來越少,很多人進入深山老林砍伐木材,不僅破壞了環(huán)境,所建造的房屋還不能達到相應的抗震要求。經(jīng)調研,目前正在施工的鋼筋混凝土白藏房外墻由生土拌合夯實,這樣情況下外墻墻面容易發(fā)生開裂;內部所有隔墻(非承重墻)墻材料使用的是混凝土實心磚,重量大,藏民只是簡單把其用于填充隔墻,完全沒有拉結、構造柱等構造措施,一旦發(fā)生地震,極易發(fā)生倒塌,造成生命財產(chǎn)損失。如果不考慮抗震措施,新型白藏房甚至不如千百年來傳統(tǒng)土木結構白藏房安全。

        當前,對于白藏房生土建筑進行研究,在人類社會進入生態(tài)文明的今天,其意義更加深遠。已超出解決貧困地區(qū)的住房、改善窯居環(huán)境的研究,也不僅僅是對文化遺產(chǎn)的發(fā)掘與整理。

        基于上述分析,課題研究針對鄉(xiāng)城縣政府對傳統(tǒng)白藏房民居采用鋼筋混凝土結構代替木材結構進行優(yōu)化設計研究。在不改變白藏房特色民居結構風貌的前提下,開展對房屋墻體材料改進、內部結構的抗震性能優(yōu)化設計和對低成本環(huán)境友好型替代材料的研究,并提出有利于試點推廣的方案、機制和政策建議,積極助推川西北農(nóng)房生態(tài)示范區(qū)建設。

        1 墻體材料改良

        白藏房墻體,選用當?shù)爻R姷纳敛牧?,?jīng)夯實而成,如圖1所示。待墻體施工完成后(圖2),墻面用白漿粉飾。在夯筑室內地面時,特別采用當?shù)氐陌⒏峦?,在吐蕃時期就已經(jīng)被用作建筑材料[2],其主要成分為硅質石灰石[3],不同地域的成分含量有所區(qū)別。外墻厚度在0.5~2.0 m之間,較一般生土結構墻體的厚度大,內墻面豎直,外墻面隨高度增加向內收窄,墻體的橫截面呈梯形,收分角度為5°~7°,比例為1/10-1/60[4]。圖3為建成后的白藏房。

        摻加石灰是提高土體強度的有效途徑之一。石灰屬于傳統(tǒng)的氣硬性建筑材料,因為與空氣中的CO2發(fā)生化學反應,形成CaCO3,在生土材料加入石灰得以改進生土墻體的力學性能。相關的研究有:在生土材料中加入石灰后,土體的孔隙結構有所改善,抗壓強度、抗剪強度及剪切模量等較素土均有提高,收縮變形明顯減小,受力性能得到提高[5]。通過在土體中摻加不同比例的石灰(3%,5%,7%和9%),在不同齡期,分別對灰土試塊的收縮性、無側向抗壓強度和劈裂抗拉強度等指標進行了室內試驗,結果表明:灰土的收縮變形值較素土降低,抗壓及抗拉強度值亦有所提高[6]。在黃土夯筑墻和干制坯中摻入石灰,通過制作灰土體積比為1∶10的試塊,試驗結果表明:強度較原黃土有一定的提高[7]。在攀西地區(qū)常見的昔格達生土材料中,摻入磨細的生石灰粉,按灰土體積比例為2∶10和1∶9,分別進行實驗,并摻入重量比為0.5%的碎稻草,以增強土體韌性,改善土體抗裂性能,試驗表明:土體的抗壓強度均有提高[8]。在生土材料中單摻石灰,通過改變石灰的摻加量,對各試塊進行強度試驗,結果發(fā)現(xiàn):當石灰摻量為10%時,對生土的強度影響最大,效果明顯[9]。在膨脹土中加入石灰作為改良劑,然后對膨脹土的物理、力學性能進行了試驗,表明其壓實性、膨脹性以及承載比等指標均有明顯的改善[10]。

        從上述研究資料及經(jīng)驗可以看出,摻加石灰對提高生土材料的強度有一定作用,在白藏房的生土墻體中,加入適當?shù)氖覄荼貢岣邏w的強度和整體性,提高抗震性能。

        2 建房場地選擇

        場地對房屋抗震有明顯的影響,選擇適宜的場地是建房中至關重要的內容。GB 50011-2010(2016年版)《建筑抗震設計規(guī)范》[11]對不同類別的地段對建筑抗震的影響程度進行了分類。

        2.1 房屋選址

        選址具體要注意幾點:

        (1)選擇地勢平坦、開闊、土層密實、均勻或穩(wěn)定巖體等有利的地段。

        (2)不宜在軟弱土層、可液化土層、河岸、湖邊、古河道、陡坡、松軟的人工填土以及孤突的山頂或山脊等不利地段建房。

        (3)不應在可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流以及有活動斷裂、地下溶洞等危險地段建房。在此類危險地段上,即使上部結構的安全滿足要求,但如果遇到地震等自然災害,次生災害的發(fā)生會影響建筑物及人的生命財產(chǎn)安全。

        2.2 安全場地的主要標志

        安全的場地具有特征:遠離河岸、斷裂帶、古河道;場地比較平整,地基土質密實,周圍沒有滑坡、落石等不良地質現(xiàn)象;離斜坡邊緣要有足夠的安全距離;房子與高大塔架、樹木的距離較遠。

        3 建筑及結構布置注意事項

        地震作用下,為了使墻體及構件受力均勻,避免發(fā)生過大的應力集中現(xiàn)象,房屋墻體的平面布置中,應避免拐角或突出。縱橫向承重墻及柱等結構構件宜均勻布置,不宜錯開,在平面內宜對齊,沿豎向應上下連續(xù);在同一軸線上,窗間墻的寬度宜均勻。此外,多層房屋的樓層不應錯層,不應采用板式單邊懸挑樓梯。在同一高度內采用相同材料的承重構件[11]。

        4 房屋抗震技術及措施

        4.1 減輕結構自重

        減少上部結構的自重是降低地震作用的有效途徑[12]。房屋的屋蓋應選擇輕屋面材料,傳統(tǒng)的燒結瓦片,自重偏大,且施工麻煩。此外,為了保護生態(tài)及自然資源,可采用輕型屋面瓦材料,如玻璃鋼瓦、玻纖胎瀝青瓦、彩鋼瓦、塑鋼瓦、金屬瓦和樹脂瓦等,目前,還出現(xiàn)了彩石金屬瓦、太陽能屋面瓦等功能性復合屋面瓦[13]。

        4.2 采用鋼筋混凝土梁、柱構件

        采用鋼筋混凝土梁、柱構件代替木構件傳統(tǒng)的白藏房,會使用到大量的木材,不利于生態(tài)保護及綠色可持續(xù)發(fā)展。因墻體厚度大,為了提高整體性,墻體內部的柱與柱之間、柱與周圍的土體間應該實現(xiàn)可靠的拉結。

        4.3 設置圈梁

        圈梁不僅有利于抵抗墻體的豎向不均勻沉降,提高墻體抗裂縫的能力,同時能有效加強生土墻房屋的整體性。因此,應在每層設置圈梁,并在橫墻上拉通。圈梁的形式有:配筋磚圈梁、配筋砂漿帶和鋼筋混凝土圈梁等。

        在白藏房的規(guī)劃和建設中,除了采取上述建筑及結構等措施以外,在施工的過程中,還應做好生土墻體的防潮防雨工作。在房屋四周的室外地面,亦應做散水。

        5 前景展望

        開展該項目的應用研究,使藏房生土建筑滿足藏民居住的基本要求,實現(xiàn)安全性和耐久性的要求,是部分藏民的要求,鄉(xiāng)城縣藏民如果采用改良的生土建筑,結構強度達到要求,外墻再刷白、美化,就實現(xiàn)了村容整潔的要求。同時,藏民節(jié)約建設資金5萬元,相當于藏民增收5萬元,效益顯著。生土建筑生態(tài)指標優(yōu)良,屬于真正的綠色建筑,環(huán)境友好,能夠循環(huán)使用,無任何建筑垃圾,無建筑能耗與排放,是節(jié)能減排的最佳方式,在藏房中應積極支持和推廣。

        6 結論

        綜上所述,為了減少白藏房對木材的依賴,提高抗震性能,可從幾點著手:

        (1)因石灰對土體的強度具有提高作用,在白藏房所采用的天然生土材料中,可加入石灰進行改良,提高夯土墻體的強度。

        (2)選擇良好的建設場地,不僅避開了不良土質問題,同時避免出現(xiàn)不良地質現(xiàn)象。

        (3)建筑平面布置合理,墻和柱結構構件的布置應均勻、豎直方向連續(xù)。

        (4)采用輕屋面瓦材料以減小上部結構自重,降低地震作用;采用混凝土梁、柱代替木構件,同時應加強各部分之間的連接;通過設置圈梁等措施,提高白藏房的抗震性能。

        參考文獻

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        [基金項目]住房和城鄉(xiāng)建設部2021年科學技術項目(項目編號:2021-K-155);大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目重點項目(項目編號:S202011360042)

        [作者簡介]孫金坤(1975—),男,碩士,教授,研究方向為結構工程。

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