汶川地震后羌寨建筑的抗震能力調研與分析

劉 希，呂秋晨，孫裕順，張 磊

(重慶大學土木工程學院，重慶 400045)

羌族，作為我國古老的民族之一，長期生活在高山峽谷，被譽為“云朵上的民族”。羌族人主要聚居于四川盆地西北沿岷江上游和涪江上游地區，位于地震多發帶，其建筑經受過多次地震考驗。在與地震長年的搏斗中，在當地建設物資種類貧乏的情況下，羌族人民憑借其智慧積累了豐富的技術和經驗，其珍貴的古建筑與建造技術需要社會各界給予重視和保護。因此，項目組在大學生科研計劃項目“學校建筑抗震結構調查與分析”的研究中，增選了對羌寨在“5·12”地震中的破壞情況和重建工程的實地調研，學習古建筑建造技術，總結古建筑和民居建筑的抗震技術和能力，對我國鄉村建筑抗震設計的發展具有重要參考價值。

圖1 布瓦寨地勢圖

1 羌族建筑

1.1 羌族建筑歷史

羌區屬于四川盆地外圍山體向西部高山高原過渡的地帶，地勢由中山向高山和高原過渡，地形呈蜿蜒起伏的立體單元【1】。筆者此行調研地——布瓦寨，位于岷江和雜谷腦河交匯處北側的布瓦山上，選址于高半山緩坡之地(圖1)。

圖2 歷史悠久的羌族建筑

羌族建筑歷史悠久，據文獻記載，已有兩千多年歷史?！逗鬂h書》中曾有此記載:“眾皆依山居止，壘石為室，高者至十余丈，為邛籠”［2］。此行調研選擇了布瓦寨黃泥夯筑羌族民居和黃泥碉，均于明代修建，為全國重點文物保護單位(圖2)。

1.2 羌族建筑結構及材料

經過對布瓦寨實地調研，民居建筑外形簡單，大多為矩形，具有較好的整體性。建筑結構多為土木、土石結構，以木材為框架，以毛石砌成基底，之上采用黃泥夯筑(圖3)。民居內部以木材作為梁、柱等內部構件(圖4)，可提高其抗震韌性。此外，民居中使用圓木，將其砌在墻中形成木經［1］，可增加墻體的剛度(圖3b)。

圖3 布瓦寨民居外觀

建筑材料方面，羌族人很好地利用了所處地域有限的自然資源，主要包括石材、泥土、木材等。墻體主要采用當地石材，一種外形不規則硬度較高的石片。用于砌石料時的粘和劑則是本地的黃泥，同時摻入一定的纖維材料，使之具有良好的粘結度和和易性，有助于增強建筑整體的抗拉能力。

1.3 羌族民居抗震特色

1.3.1 生土加木石結構:

圖4 布瓦寨民居內部梁柱構造

圖5 布瓦寨黃泥碉復原圖

經調研觀察，羌寨房屋以木材作為框架。木框架具有良好的韌性與緩沖能力，能在地震中吸收一定的地震能量。另一方面，就多數羌寨房屋而言，墻體采用片石和塊石，并選用粘性好的純凈黃土為粘合劑夯筑而成。同時，在墻體內尤其是轉角部位加入片石以及植物纖維，達到增強墻體整體性，提高墻體抗震能力的效果。此外，圖3c所示民居和圖5所示碉房建筑的內部鋪設于兩側墻體端墻的樓層和房頂的密集木質橫梁，也起到了從內部支撐墻體、分力抗震的作用［3］。

1.3.2 采用“收分”的墻體建造形式

房屋墻體內側與地面垂直，外側通過隨高減小墻體厚度而使外墻稍向內傾斜，墻體內直外斜，上小下大，具有良好的穩定性。這種被稱為收分的建造方式，不僅可以減輕墻體自重，亦可提高房屋的抗震性能。圖3所示民居和圖5所示碉房建筑，都采用了“收分”的墻體建造形式。此種形式亦與抗震設計規范中對建筑的質量分布和剛度變化宜均勻的要求相似［3］。

1.3.3 小體量房屋

羌族民居多為小體量，高度不超過兩層。此外，民居中有部分聯體修建的房屋，在地震中受害較小。

2 布瓦寨房屋震害分析

2.1 生土結構中加入木、石可提高抗震性能

在“5·12”地震中，布瓦寨房屋由于采用黃泥加片石砌筑，雖大部分民房開裂，約三分之一房屋不能居住，但所幸無一人傷亡。相比于此，布瓦寨附近另一處羌寨——蘿卜寨，受災情況更為嚴重。由于蘿卜寨建筑僅用黃泥砌筑，其民居在地震中無一幸免，266戶村民的房屋全部倒塌，災難造成44人死亡【4】。由此可知，黃泥加片石雖無法完全抵擋地震災害，但相對于僅用黃泥砌筑的建筑，抗震效果更勝一籌。

2.1.1 墻體收分較大的建筑優于收分不明顯的建筑

許多外墻收分較大的老房屋墻體垮塌較輕甚至保存完好，而墻體收分不明顯或直墻體的房屋墻體垮塌嚴重。以布瓦寨中的黃泥碉為例，其作為羌族特色建筑，雖歷史久遠，卻仍然在此次汶川地震中幸存下來。究其原因，在于其墻體采用收分的夯筑方式。碉內結構受到損害較為嚴重，碉層基本垮塌(圖5a)，但外部整體表現良好，說明收分的墻體具有良好的抗震性能。

2.1.2 聯體砌筑的房屋優于單體

經過觀察發現，寨中聯體砌墻的建筑損毀輕于單體建筑(圖6a、圖6b)。多座建筑相聯，使各建筑之間相互支撐而形成為較大的整體，從而增加了建筑墻體的整體穩固性和抗震性能。

圖6 布瓦寨民居受損情況

2.1.3 墻體轉角連接處受損嚴重

房屋結構方面，羌寨建筑存在薄弱環節，位于結構連接處:縱橫交接處，外墻轉角處，樓梯間以及山墻等部位(圖6 c、圖6d)。在以后的建設中應注意，墻體在連接處需要加大拉結材料用料，以增加房屋的整體性。

3 羌寨修復重建情況

此次調查地點布瓦寨以其眾多的黃土碉樓聞名，現僅存的三座(圖7)，被稱作“中國最后的黃泥土碉群”【5】。布瓦寨黃泥羌碉的保護是汶川縣災后恢復重建首批啟動項目，把3座羌碉的搶救性保護發展作為布瓦羌碉及整個村落的中心，形成一個核心保護區，屆時將申報世界物質文化和非物質文化遺產。

圖7 布瓦寨黃泥碉修復

在黃泥碉的修復重建中，繼續沿用傳統的建造技術，即保留了原來黃泥碉墻體內直外斜的收分形式，并在此基礎上進行墻體加固。為提高抗震性，施工不急于求快，以保障新舊材料的充分融合。修復重建的黃泥碉不僅具有更好的抗震性，同時在極大程度上保留了傳統的碉樓建筑風格。

4 羌寨建筑抗震技術對于鄉鎮房屋抗震設計的啟示

我國村鎮房屋普遍存在如下問題:場地選擇不科學，結構布局不合理，結構體系存在缺陷，非結構構件的連接構造措施不夠，材料強度不能保證，施工質量差等【6】。為此，通過對羌寨的建筑技術的調研與分析，將之與村鎮房屋進行對比，得出如下啟示。

4.1 場地選擇

以四川省為例，許多山區村鎮房屋建在地勢起伏較大的不利場所，有的甚至臨近山坡。由于起伏較大的地形對地震波具有放大作用，因此會加強地震作用。地震時，易造成大面積山體滑坡，若房屋選址于山坡附近，則極易被泥石流掩埋。相比之下，羌寨具有可借鑒學習之處。由于羌地多巖石、陡坡，寨中碉樓用毛石砌筑基礎，以應對不良土層，同時毛石基礎高出地面幾十厘米后才在其上夯筑土墻體(圖8 a)。羌寨地處山區，地震過后，附近山脈出現嚴重的山體滑坡現象。而羌寨以高半山緩坡為址，受山體滑坡影響較小。

4.2 結構布局

村鎮房屋中多為村民自行設計，往往造成房屋平面布置不規則，加之抗震意識淡薄，沒有進行有效的抗震設計。根據汶川地震啟示，只要進行過抗震設計的房屋便能起到抗震作用，達到大震不倒的效果。經過調研，羌寨中聯體房屋抗震性能較好，可考慮在村鎮建設中加以運用。另一方面，羌寨中無論是石砌或者黃泥夯筑的碉樓，總體上看，建筑平面以矩形為主，簡單、規則、對稱。碉樓內外均有收分，下大上小的土木石結構，具有明顯的抗震優越性。

4.3 構件連接、拉結

村鎮房屋主要為土坯房屋、木結構房屋、石結構房屋、磚土混合承重房屋等結構房屋，材料質量和強度沒有保證。村鎮房屋內構件與結構主體沒有有效的拉接措施，連接構造措施不當，使村鎮房屋抗震性能大大降低。羌寨房屋中利用片石(圖8 b)分層夯筑，內外墻交錯夯筑或咬砌，以提高房屋的整體性。在墻體中，尤其是在轉角連接處，摻入草葦等纖維拉結物，提高了房屋的抗震性能。

4.4 材料選擇

村鎮房屋多以土坯墻、夯土墻為主。至于夯土墻，如果使用純凈的粘土筑墻，其墻體的整體性較好且能“以柔克剛”而經受住地震波的沖擊，但如果筑墻的粘土夾雜砂石則整體性較差而易被地震波的沖擊力瓦解［3］。對比布瓦寨與蘿卜寨可知，布瓦寨選用較為純凈的黃泥進行夯筑，而蘿卜寨的砌筑材料為夾雜砂石的黃泥土，結果證實布瓦寨的抗震能力遠遠好于蘿卜寨。

4.5 施工

村鎮建筑中，由于經濟所限，施工人員多數為當地土匠，缺乏技術知識，不能保證質量，從而不利于結構的安全。對于羌族建筑來說，其施工負責仔細。以黃泥碉為例，基本施工工序為每砌筑一層，要停工一年，待下一層充分黏結、沉降后，方可繼續往上修建【7】。經過了這種嚴格把關的建造工序，可以保證墻體內的各種復雜應力趨于穩定，保證了砌體的安全和在使用上的牢固性。

圖8 布瓦寨民居構造

村鎮建筑由于經濟條件與施工技術所限，存在諸多問題。而羌族碉樓體現了“選址合理、用材科學、整體布局、注重細節、確保質量”的建造原則，創造了合理科學的抗震結構來適應地震多發區的房屋建設【3】。羌族人民充分利用了當地自然資源，積累了豐富的建造技術經驗值得學習與借鑒。

5 結束語

羌寨建筑是羌族人民面對惡劣的自然環境不妥協精神的象征，是羌族人民智慧的結晶。其建筑抗震技術和思想值得鄉村建筑借鑒與研究。重視傳統土石墻體碉房的建筑技術中的抗震技術，繼承和發揚羌族石砌 和夯土碉房建造技術，將其加以優化和改進，應用到更廣泛的鄉村建筑的建設中去，將具有更重要的社會意義。

［1］謝珂珩.羌族建筑及其抗震性能分析［J］.藝術與設計(理論)，2008(11)

［2］范曄(南朝宋).后漢書·南蠻西南夷列傳(卷86)［M］.中華書局，1974

［3］徐學書，喇明英.羌族傳統建筑抗震技術及其傳承研究［J］.西南民族大學學報，2009(2):11

［4］施龍斌.奔向新的生活——“5.12”大地震一周年之際汶川鄉村掠影［J］.中國民族，2009(5):4

［5］華南理工大學建筑學院志愿者團隊.汶川地震災后恢復重建專題研究［J］.南方建筑，2008(6):75

［6］劉瑩，楊柳.我國村鎮房屋抗震設計分析與研究［J］.中外建筑，2009(9):181

［7］雍承鑫.從汶川大地震看羌族碉樓的抗震性能［J］.西南民族大學學報(自然科學版)，2009(5)