農(nóng)村木結(jié)構(gòu)房屋抗震加固措施的研究★

盧 晨 怡

(安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 安慶 246003)

農(nóng)村木結(jié)構(gòu)房屋抗震加固措施的研究★

盧 晨 怡

(安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 安慶 246003)

對農(nóng)村木結(jié)構(gòu)房屋抗震性能與震害特征進(jìn)行了分析，從結(jié)構(gòu)桿件、榫卯節(jié)點(diǎn)、圍護(hù)墻體及房屋整體性加固等方面進(jìn)行了論述，并提出了加固方法，解決了木結(jié)構(gòu)房屋抗震能力弱的問題。

木結(jié)構(gòu)房屋，抗震性能，加固措施

0 引言

中國是一個(gè)地震多發(fā)的國家，地震活動(dòng)頻度高、強(qiáng)度大、震源淺、分布廣[1]，大陸6度～9度地震區(qū)占國土面積的80%。其中絕大多數(shù)地震災(zāi)害發(fā)生在農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)。通過地震災(zāi)害調(diào)查分析得知，這些地區(qū)還存在著相當(dāng)數(shù)量的木結(jié)構(gòu)民居建筑，基本都是20世紀(jì)80年代以前建造形成，由于設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)不足，建造技術(shù)落后，缺乏必要的抗震措施，加之房屋老舊，導(dǎo)致木結(jié)構(gòu)民居建筑抗震能力差[2]。在遭受同等地震烈度災(zāi)害的情況下，這些民居建筑的破壞嚴(yán)重程度遠(yuǎn)高于城市。因此，因地制宜對房屋進(jìn)行加固改造，提升抗震性能，對于減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失具有重要意義。

1 現(xiàn)有木結(jié)構(gòu)房屋類型

在我國，木結(jié)構(gòu)房屋類型分布呈現(xiàn)出一定的地域特征[3]，其中，西南地區(qū)主要為穿斗木結(jié)構(gòu)，而北方地區(qū)多為木柱木梁結(jié)構(gòu)或木柱木屋架結(jié)構(gòu)。

1.1木柱木梁結(jié)構(gòu)

木柱木梁結(jié)構(gòu)分為平頂木構(gòu)架和坡頂木構(gòu)架兩種類型[2,10,13]。平頂木構(gòu)架用于跨度大、層數(shù)不多的情況，屋頂坡度較小，避免了高大而不穩(wěn)定的山尖。一般做成強(qiáng)梁弱柱形式，梁與柱用暗榫連接，木柱通常砌入墻內(nèi)，由于柱的剛度較弱，柱端在地震中易出現(xiàn)較為嚴(yán)重的塑性鉸。坡頂木構(gòu)架在石制柱礎(chǔ)上放置承重木柱，在木柱頂端架設(shè)較粗的木梁，梁背上立置瓜柱用于支撐梁架，瓜柱上再橫置比下層梁短兩步架的梁。木柱木梁坡頂式分為有廊廈和無廊廈兩種，有廊廈房屋一般有3根～4根木柱，橫向穩(wěn)定性較好。無廊廈房屋則只有前、后檐兩根木柱，橫向穩(wěn)定性較差。

1.2木柱木屋架結(jié)構(gòu)

以三角形木屋架為主，結(jié)構(gòu)形式較為簡單，屋架用穿榫和木柱連接，有的節(jié)點(diǎn)使用鐵釘或扒釘?shù)裙潭B接構(gòu)成受力整體，形成平面受力骨架。在屋架的上弦節(jié)點(diǎn)處布置檁條，檁條上做屋面，檁條用于托住椽子或屋面板，房屋比較高大、空曠。屋架桿件只有軸力，幾乎沒有彎矩和剪力。

1.3穿斗式木結(jié)構(gòu)

穿斗式木結(jié)構(gòu)由穿枋、柱、梁、檁等構(gòu)件組成。沿房屋進(jìn)深方向依檁數(shù)立一排柱，每榀構(gòu)架一般有3根～5根柱，每柱上架一檁，檁上布椽，每排木柱由穿枋橫向貫穿，穿枋與木柱以榫卯節(jié)點(diǎn)連接，形成榀形構(gòu)架。每兩個(gè)榀形構(gòu)架之間用斗枋連接，形成一個(gè)穩(wěn)定的空間構(gòu)架。屋面荷載可以直接由檁條傳至柱，再傳至地表支撐面。

2 木結(jié)構(gòu)房屋抗震性能與震害分析

2.1木柱木梁結(jié)構(gòu)

平頂式梁柱連接簡單[4]，梁具有一定的剛度，木柱是抗震的薄弱點(diǎn)。坡頂式采用較粗的木梁，梁與瓜柱層層疊垛，每榀木構(gòu)架常用縱向的枋木連接構(gòu)成空間框架，整體性較強(qiáng)。另外，有廊廈的房屋木柱較多，一般有3根～4根，木骨架橫向穩(wěn)定性較強(qiáng)，從抗震角度來說，木柱木梁坡頂式房屋應(yīng)盡可能采用有廊廈的結(jié)構(gòu)。但這種房屋梁柱節(jié)點(diǎn)僅通過暗榫連接，縱橫向無斜撐，無其他連接措施，在地震作用下榫卯結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生松動(dòng)分離，喪失橫向穩(wěn)定性，進(jìn)一步導(dǎo)致屋架傾斜甚至倒塌[5,6]。檁、椽、橫梁之間沒有連接，屋面多采用草泥頂或白灰焦碴頂屋面，重量較大，屋頂易塌落。

2.2木柱木屋架結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)的房屋較為高大、空曠，但由于三角形木屋架下弦桿斷面與榫卯接頭較小，強(qiáng)度不足，地震引起的彎曲和剪切等易造成脫榫或斷榫，因此節(jié)點(diǎn)連接是這一類房屋的抗震弱點(diǎn)。另外，木柱木屋架房屋在縱橫方向上的整體性和剛度均較差。

2.3穿斗式木結(jié)構(gòu)

穿斗式木結(jié)構(gòu)是木骨架承重房屋中抗震性能最好的一種，構(gòu)造比較完整，縱橫向木柱均用穿枋連接，形成多向受力的空間結(jié)構(gòu)，橫向穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較好，但縱向無斜撐，剛度較弱。穿斗木構(gòu)件在制作過程中，因?qū)δ局孛嫦魅踺^大，或木柱接長處接榫不牢固，或因選材原因在受力較大的截面上存在木節(jié)疤，易導(dǎo)致地震時(shí)木柱從這些薄弱部位受損或折斷。另外，梁、柱、檁等構(gòu)件連接強(qiáng)度不夠，以及柱腳與柱基出現(xiàn)平移錯(cuò)動(dòng)，都會(huì)造成在強(qiáng)震作用下房屋產(chǎn)生縱向傾斜甚至倒塌[7,8]。從總體抗震性能上來說，穿斗木結(jié)構(gòu)還是要優(yōu)于木柱木梁和木柱木屋架結(jié)構(gòu)，震害相對較小。

3 木結(jié)構(gòu)房屋抗震加固措施分析

3.1結(jié)構(gòu)桿件加固

結(jié)構(gòu)桿件加固是通過修復(fù)破損結(jié)構(gòu)桿件并提高原構(gòu)件的強(qiáng)度，以達(dá)到更高承載力的要求。加固方法主要有以下幾種：1)對已經(jīng)開裂或者腐蝕的木結(jié)構(gòu)桿件使用纖維布加固，如碳纖維(CFRP)布、玻璃纖維(GFRP)布等，能夠顯著提高其承載力和剛度，還可以改善其強(qiáng)度，大幅提高木結(jié)構(gòu)桿件的耐腐蝕、耐火、耐老化等特性，同時(shí)操作簡單、施工快。2)對于裂縫不大或者有輕微糟朽的結(jié)構(gòu)桿件先進(jìn)行表面去腐處理，再用同尺寸大小的木條嵌補(bǔ)，并用耐水木膠粘合劑粘合。此方法能夠有效阻止結(jié)構(gòu)桿件裂縫進(jìn)一步發(fā)展，提高桿件的抗震性能。3)對于已遭受蟲、菌、機(jī)械損害的木結(jié)構(gòu)桿件通過化學(xué)藥劑的浸泡等處理方法增加木材的強(qiáng)度，以及抗蟲、防腐的能力。4)對于受損或需加固的木結(jié)構(gòu)桿件用扁鐵環(huán)箍、鐵絲環(huán)箍等鐵件箍牢，同時(shí)在兩加固構(gòu)件中間連接鋼板或者鋼筋，有效提高木結(jié)構(gòu)桿件的力學(xué)性能[9，11]。

3.2榫卯節(jié)點(diǎn)加固

榫卯節(jié)點(diǎn)加固的關(guān)鍵是通過增加節(jié)點(diǎn)剛度，限制榫卯節(jié)點(diǎn)的水平拔榫以提高承載力，從而避免落梁、拔榫等破壞形式，發(fā)揮其抗震性能[10]。具體加固方法有以下幾種：1)采用扒釘釘入榫卯節(jié)點(diǎn)，利用扒釘直鉤的抗彎折力增加榫卯節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度。2)發(fā)揮碳纖維增強(qiáng)塑料(CFRP)抗拉強(qiáng)度高、耐腐蝕好等優(yōu)點(diǎn)。將CFRP布包裹在榫卯節(jié)點(diǎn)處，限制卯榫節(jié)點(diǎn)拔榫危害，增加節(jié)點(diǎn)抗剪、抗彎承載力。3)采用鋼套鋼釘組合的鋼構(gòu)件如U形鐵箍等加以固定，將卯口和榫頭鎖固住。這種方式施工快、造價(jià)低。

3.3圍護(hù)墻體加固

對于圍護(hù)墻體的加固不僅可以增強(qiáng)整體房屋抗側(cè)向力，還能間接為柱、梁提供抗水平力，最終提高房屋的抗震性能。圍護(hù)墻體的加固方法有墻攬加固、打包帶加固和纖維布加固等[12]。墻攬加固法將墻與柱用兩塊鋼板夾住，并用鋼筋穿接固定，保證墻體和木柱的有效連接，增強(qiáng)房屋整體性。打包帶和纖維布加固法首先在墻體四周全高布置角鋼，然后使用打包帶或纖維布把墻體緊緊包裹起來，增加墻體整體性，提高墻體承載力。

3.4整體性加固

對于每榀框架的縱向和水平方向設(shè)置剪刀撐，對于屋架設(shè)置斜撐，提高構(gòu)架、屋架的抵抗側(cè)向彎曲變形的能力，提高整體穩(wěn)定性[13]。具體來說，木柱木屋架和木柱木梁房屋要在屋架與柱連接處設(shè)置斜撐，形成空間桁架。穿斗木構(gòu)架房屋可不設(shè)置斜撐，而在木柱的兩端設(shè)置穿枋，并在柱間設(shè)置1道～2道斜撐或45°～60°的剪刀撐。

4 結(jié)語

由于經(jīng)濟(jì)落后和抗震防災(zāi)知識(shí)不足，農(nóng)村現(xiàn)有木結(jié)構(gòu)房屋抗震能力薄弱，容易在烈度較大的地震中倒塌或損毀，危及群眾人身和財(cái)產(chǎn)安全。通過對現(xiàn)有木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)特征和抗震性能的分析，分析出其中存在的抗震薄弱環(huán)節(jié)，因地制宜對房屋屋架、榫卯節(jié)點(diǎn)、墻體等進(jìn)行加固，使得房屋的承載力、抗剪、抗彎、抗拉、抗側(cè)向力等均得到了顯著提高，房屋的整體抗震能力得到了加強(qiáng)。

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Studyontheseismicstrengtheningmeasuresofruralwoodenhouse★

LuChenyi

(AnqingVocationalandTechnicalCollege,Anqing246003,China)

The seismic performance and damage characteristics of wood structure buildings in rural areas are analyzed. The structures, bars, mortise and tenon joints, retaining walls and the overall reinforcement of buildings are discussed, and the reinforcement methods are put forward. The problem of weak seismic capacity of wood structure buildings is solved.

wood structure house, seismic performance, reinforcement measures

TU366.2

A

1009-6825(2017)26-0039-03

2017-07-05 ★：安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然科學(xué)研究項(xiàng)目-農(nóng)村木結(jié)構(gòu)房屋抗震加固措施的研究(2013ZRKX002)

盧晨怡(1983- )，女，實(shí)驗(yàn)師