魯甸MS 6.5與景谷M S 6.6地震災區房屋抗震能力差異分析*

和嘉吉，盧永坤，代博洋，龐衛東，賀素歌，非明倫

(云南省地震局，云南昆明650224)

0 引言

2014年8月3日16時30分10秒，云南省昭通市魯甸縣 (27.1°N，103.3°E)發生6.5級地震。極震區烈度達Ⅸ度，Ⅵ度區及以上總面積約為10 350 km2，涉及云南省災區面積為8 490 km2。地震造成617人死亡、112人失蹤、3 143人受傷、失去住所人數287 809人，直接經濟總損失2 357 810萬元①云南省地震局.2014.2014年8月3日云南魯甸6.5級地震災害直接經濟損失評估報告 (云南災區).。

時隔64天，2014年10月7日21時49分39秒，云南省普洱市景谷縣 (23.4°N，100.5°E)發生6.6級地震。極震區烈度達Ⅷ度，Ⅵ度區及以上總面積約為11 930 km2。地震造成1人死亡、331人受傷、失去住所人數78 394人，直接經濟總損失511 020萬元②云南省地震局.2014.2014年10月7日云南景谷6.6級地震災害直接經濟損失評估報告.。

兩次地震震級相當，但地震造成的災害和損失卻有很大的差異。筆者針對這兩次地震現場震害調查結果，從房屋結構類型、建筑材料、場地條件等角度對兩個地震災區的房屋抗震性能進行分析，探究產生震害差異的原因，以期能對災區恢復重建及農村民居地震安全工程、新農村建設等提供借鑒依據。

1 房屋概況

1.1 魯甸災區房屋類型

魯甸災區房屋建筑結構類型主要可以分為4類:土木結構、磚木結構、磚混結構和框架結構房屋。土木結構房屋以夯土墻或無砂漿石砌墻承重，墻抬木梁，人字形瓦屋頂或混凝土現澆屋面板，多為兩層。磚木結構房屋磚墻承重，墻抬木梁，人字形瓦屋頂，部分墻體采用水泥空心磚、石塊砌筑，多為兩層。磚混結構房屋主要有兩類，一類為磚砌墻體承重，設置鋼筋混凝土圈梁、構造柱和現澆樓 (屋)蓋的混合結構;另一類為自建房，平、立面不規則的情況較為突出，部分房屋一層為石砌墻體、二層及以上為磚砌體的混合結構形式?？蚣芙Y構房屋主要為經過正規設計的由鋼筋混凝土梁柱組成的框架體系承重，現澆樓板 (屋)蓋 (非明倫等，2004)。

1.2 景谷災區房屋類型

景谷災區房屋結構類型同樣分為土木結構、磚木結構、磚混結構和框架結構房屋4類，但具體的結構形式與魯甸災區有所不同。土木結構房屋以穿斗木構架承重，土坯墻圍護，人字形瓦屋頂，多為一層。磚木結構房屋以穿斗木構架承重，磚墻圍護，部分房屋磚墻承重，人字形瓦屋頂，瓦面多為石棉瓦或琉璃瓦，與椽子的連接較為牢靠，多為一層。磚混結構房屋以磚砌墻體承重，設置鋼筋混凝土圈梁、構造柱和現澆樓 (屋)蓋的混合結構，結構的平、立面總體較為規則，農村自建的磚混房建筑高度普遍較低。框架結構房屋主要為經過正規設計的由鋼筋混凝土梁柱組成的框架體系承重，現澆樓板(屋)蓋 (盧永坤等，2007)。

1.3 不同結構類型房屋比例

按《地震現場工作第四部分:災害直接損失評估》(2011)規定:土木結構與磚木結構歸為簡易房屋;磚混結構與框架結構歸為非簡易房屋。

根據災區政府填報的房屋基礎數據，結合實地調查結果，筆者統計了魯甸災區和景谷災區農村民居房屋各結構類型所占比例 (圖1)。從統計結果看，兩個災區非簡易房屋所占比重相差不大 (魯甸災區18.15%，景谷災區18.86%)，主要差異在簡易房屋中土木結構和磚木結構房屋所占的比例，魯甸災區中土木結構房屋是農村房屋的主要結構類型，占比高達80.44%，景谷災區土木結構房屋占比32.6%;而景谷災區磚木結構房屋的占比為48.54%，為當地農村房屋的主要結構類型。

2 房屋震害特征

2.1 魯甸災區

魯甸災區土木結構房屋倒毀嚴重，特別是Ⅸ度區毀壞率高達91.08%，主要震害特征為部分房屋完全倒塌或局部倒塌，多數房屋屋架坍塌或墻體嚴重開裂，普遍墻體開裂、梭掉瓦等。磚木結構房屋破壞也較為嚴重，Ⅸ度區毀壞率達78.18%，主要震害特征為少數房屋整體倒塌或局部倒塌，部分屋架倒塌，墻體開裂，普遍梭瓦、掉瓦。磚混結構房屋在Ⅸ度區的震害較為明顯，個別房屋完全倒塌或底層座平，部分構造柱剪斷酥裂，縱墻外閃、局部倒塌，多數表現為承重墻出現“X”型剪切裂縫或水平裂縫?？蚣芙Y構房屋在此次地震中也遭受了不同程度的破壞，尤其是在Ⅸ度區，“強梁弱柱”的破壞形式比較明顯 (陸新征等，2014)，底層框架柱柱腳、柱中、柱頭等不同位置出現剪切破壞、彎剪破壞、壓彎破壞等，填充墻開裂普遍，出現穿透性裂縫 (圖2、3)。

2.2 景谷災區

景谷災區土木結構與磚木結構房屋即使在Ⅷ度區倒房率也很低，主要震害現象為普遍梭掉瓦、開天窗，土坯墻倒塌或局部倒塌，墻體開裂、外閃等。少數磚混結構房屋出現“X”型剪切裂縫或水平裂縫，門頭、窗角或窗間墻開裂等。框架結構房屋個別梁柱構件開裂，少數填充墻水平開裂或“X”裂縫 (圖4、5)。

3 房屋抗震性能對比分析

根據地震現場調查掌握的資料分析，兩個地震災區的房屋，特別是簡易房屋，從建筑取材、結構選型、場地條件等方面存在很大的差異。

3.1 房屋建筑取材對比分析

魯甸災區木材匱乏、交通不便，當地居民在建房時大多就地取材，取生土、石料及截面尺寸較小的木料作為建筑材料。由生土強夯而成的夯土墻，抗剪能力弱，自重大，抗震性能極差。夯土墻的抗剪強度主要取決于其土體的黏性，災區各地建房用土含砂率不一，黏性有差異，抗剪強度也不同。燒磚的木材、煤等燃料稀缺，故魯甸災區磚木結構房屋較少，部分磚混結構房屋的底層墻體就地取材使用石砌墻體來承重，二層及以上采用磚砌體，此類房屋底層石砌墻體黏結較差，地震中極易酥裂，另外，由于豎向傳力體系材料不一，導致變形不協調，側向剛度突變，不利于抗震。而景谷災區植被好，豐富的木材原料為當地建筑木料以及燒磚燃料提供了保障，故當地建筑材料以木料、燒結磚為主。木料作為建筑材料，在保證強度的情況下，具有良好的塑性和延性，同時容重小，自重輕，具有良好的抗震性能，土坯、燒結磚僅作圍護墻，不承重。

3.2 房屋建筑結構選型對比分析

魯甸災區的簡易結構房屋主要以夯土墻、磚墻抬梁 (即硬山擱檁)式結構為主，夯土墻或磚墻承重。夯土墻自重大、抗剪能力弱、墻梁連接不牢靠、承載力低、整體性差，特別是土墻加混凝土樓板式的房屋，上部自重極大，導致“頭重腳輕”，抗震性能極弱;磚墻承重式結構抗震性能相對較好，但在災區分布較少 (僅占1.41%)。夯土墻倒塌破壞后，碎粒成份多，在壓埋人員周圍形成近似密閉的空間，且粉塵大，易使壓埋人員窒息而亡，生還率低;魯甸災區民房習慣建兩層，建筑高度相對較高 (總高度近6 m)，地震作用增大，而承重的夯土墻抗剪能力弱，這也是房屋破壞加重的原因之一。

景谷災區的簡易房屋以穿斗木構架承重，磚墻或土坯墻圍護。此類建筑以力學性能較為優良的木材為承重構件，自重輕、塑性和延性較好;木構架梁柱節點為榫接，榫接屬于介于剛接和鉸接的半剛性連接，具有較好的塑性變形能力和一定的消能減震效果;穿斗木構架的梁柱以榫接方式形成一榀榀框架，再通過穿枋、連梁連接成空間結構，整體性好;景谷災區的木構架房屋木柱較多 (一般每榀5根柱子)，進一步強化了其穩定性;圍護土坯墻或磚墻砌筑在梁柱外側，呈外包狀，地震時受到木柱及木屋架抵擋而外倒，有效的保護室內人群，再者景谷災區的民房大多都為一層，建筑高度在3～4 m，高度相對較低，地震作用小，抗震能力好。

3.3 房屋建筑場地條件對比分析

魯甸災區受地形限制，人口密度大，大多數居民點沿河谷、峽谷分布，房子大都建在洪積扇、沖積扇、堆積扇、軟土層、古滑坡體、斷層破碎帶、半山坡等抗震不利或危險地段，場地放大效應、邊坡效應、軟土效應、滾石、滑坡致災明顯。另外，受有限的場地限制，為了充分利用場地，多數建筑高寬比過大，平、立面不規則，對抗震不利。而景谷災區地廣人稀，有足夠的場地選擇空間，有富余的場地建占地面積大而建筑高度低的房屋，景谷災區的居民點大多分布在小壩子或開闊地帶等有利場地，避開了可能由地質災害致災的地段。

在平均場地條件下，魯甸震區的設防烈度Ⅶ度，設計地震基本加速度值為0.10 g，而景谷震區的設防烈度Ⅶ度，設計地震基本加速度值為0.15 g(建筑抗震設計規范，2010);設計基本加速度的差異對經正規設計的非簡易房屋在遭受同等強度地震動時，其抗震能力是不同的。

3.4 對比分析結果

建筑的抗震概念設計是基于歷史地震災害和工程建設經驗等形成的基本設計原則和設計思想，對建筑和結構總體布置及細部構造進行宏觀的控制 (建筑抗震設計規范，2010)。通過魯甸災區和景谷災區房屋抗震能力的對比分析，可得以下4個方面認識:一是要確保結構的整體性。穿斗木結構房屋通過榫接把梁、柱、枋連接成一個空間結構，整體性好;墻抬梁式房屋墻梁連接不牢靠，整體性差。二是結構類型的選擇要與建筑材料的抗震性能相匹配。用承載力低、抗剪能力差的夯土墻來承重，且建筑高度偏高，違反了抗震概念設計的原則;而穿斗木結構房屋采用延性好、強度與容重比值大的木材作為承重構件，抗剪能力較弱的土坯墻、磚墻僅起圍護作用，充分發揮了材料特性;建筑材料是建筑物具備抗震能力的物質基礎，不同的材料具備著不同的抗震能力 (施偉華等，2011)，但建筑取材受地域限制，特別是農村地區為了節約成本，往往就地取材，因此結構選型的過程中必須考慮建筑材料的性能，比如魯甸災區夯土墻承重的土木房屋可通過控制建筑高度來提高其抗震性能。三是建筑平面、立面上，結構的布置要力求使幾何尺寸、質量、剛度、延性等均勻、對稱、規整 (胡聿賢，2006)，避免因結構形式的變化和構件材料的變化而使側向剛度突變;控制剛重比，避免因屋蓋等上部結構太重，而承重構建薄弱，導致“頭重腳輕”而傾覆等。四是建筑場地應盡量選擇在開闊、平坦，具有密實、均勻的土層或穩定基巖等抗震有利地段;避開有可能滑坡、崩塌、泥石流及活動斷裂、地下溶洞等危險地段;在軟弱土、陡坡、河岸、半填半挖地基等抗震不利的地段上建房時應先處理地基，后建房 (尚守平，周福霖，2010)?；谝陨戏治隹芍?，景谷災區的傳統民居建筑中滲透了許多抗震概念設計的理念，極大的提升了房屋的抗震能力，而魯甸災區傳統民居建筑中極少體現抗震的思想，有些甚至違背抗震原則。

4 建議與討論

(1)應高度重視抗震概念設計在提高民房抗震能力中的重要性。在地震時地面運動的復雜性及對結構的復雜影響尚未被掌握之前，一個合理的抗震設計，在很大程度上取決于良好的“概念設計”(尚守平，周福霖，2010)。在經濟條件及技術推廣能力有限的情況下，在指導廣大農村地區民房自建過程中應重視抗震概念設計更具實效性和可行性;特別是像土木結構、磚木結構等簡易房屋的加固和改造更需抗震概念設計理論的指導。

(2)傳統民居建筑也有具備良好抗震性能的，比如景谷災區大量分布的穿斗木結構的房屋，它本身主體結構的抗震性能很好，再加上外包式的墻體以及合理的建筑高度 (習慣建一層樓)，使抗震性能進一步提升。景谷災區傳統民居的建筑理念值得云南其他農村地區在安居工程、危房改造以及新農村建設過程中借鑒和學習。

(3)魯甸災區農村存在著大量的墻抬梁式土木結構房屋，此類房屋抗震性能極差，建議相關部門加大改造力度。

(4)農村地區缺少專業施工力量，農村工匠的不良習慣做法對房屋抗震不利 (趙黨書等，2006)。建議相關部門結合當地實際情況，充分考慮經濟條件和當前可用資源，提出切實可行的農居抗震設防的具體措施，并派專業人員到施工現場進行指導。

(5)本文僅從房屋建筑抗震性能方面簡要分析兩個災區震害差異的原因，可能還有更多的因素，比如地震動本身的特性 (峰值、持時、頻譜成份)對不同結構類型的作用等，有待進一步分析研究。

本文成稿得到云南魯甸6.5級地震現場工作隊和云南景谷6.6級地震現場工作隊的支持和幫助，謹此表示誠摯的感謝!

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