村鎮石結構房屋震害特征及現有加固方法研究

石家鑫 李鵬程

(1.中國中元國際工程有限公司，北京 100048； 2.北京建筑大學，北京 100044)

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村鎮石結構房屋震害特征及現有加固方法研究

石家鑫1李鵬程2

(1.中國中元國際工程有限公司，北京 100048； 2.北京建筑大學，北京 100044)

通過對國內部分村鎮地區的實地調研及相關資料整理，總結了我國村鎮石結構房屋存在的安全隱患以及震害特征，按照加固要求的不同對石結構房屋進行了分類，最后歸納和提出了針對房屋不同存在問題的相應加固辦法。

村鎮建筑，石結構，抗震隱患，圈梁

1 石結構房屋現狀概述

我國現有石結構主要分布于東北、東部、東南沿海地區以及云貴高原、青藏高原和其他山地地區(見圖1，圖2)。主要分布省市有北京、山東、江蘇、浙江、福建、貴州、廣西、四川、山西、陜西、河北唐山等地區[1]。

由于國內石結構房屋多為村鎮建筑，建造工藝往往依靠以往的舊方法和經驗，不可避免的會使這些石結構房屋存在部分設計方面的問題以及抗震隱患，再經過長期使用，這些問題變得愈發凸顯。本著經濟性的原則，對于這些房屋應進行有選擇性的加固。

2 初步分類

2.1 歷史遺跡保護類

不少現存的石結構房屋作為歷史遺跡，已經作為地區的旅游資源(例如北京的爨底下村和靈水村)進行了開發和保護。但是，綜合各方因素考慮，還是要時刻關注其抗震隱患。這一類石結構房屋的維修和加固就要遵循《中華人民共和國文物保護法》中的相關規定，在考慮到在保持建筑原有風貌的情況下，通過維修來保證其承載能力，通過加固來提高其抗震性能。

2.2 仍具使用價值類

部分近代或現代建造的石結構房屋現在仍有人居住，這一類房屋現在大多作為民宅或者是公共設施等。對于這一類房屋的抗震加固，就要求加固方式要做到周期短、速度快操作方便，從而將施工對于人們正常使用的影響降到最低。

2.3 不具使用價值類

除去以上提到的兩類石結構房屋類型以外，還有一類房屋，這類房屋常年無人居住或者是其主體結構已經幾乎破壞，由于其已經不具備使用價值，對于這類房屋，建議維持其原貌或者直接進行拆除重建。

3 安全隱患以及震害特征

3.1 安全隱患

石結構房屋的安全隱患多種多樣，存在于多個方面：地基基礎的處理和設計方面的欠缺往往會導致地基不均勻沉降以及基礎破壞；墻體砌筑方式的不規范會影響承重結構的傳力，同時降低了結構的整體性；采用天然石材作為承重構件，缺乏延性保護，梁柱破壞突然無預兆；縱橫墻間的連接，無法像正常砌塊一樣做到接槎可靠，無法有效的相互拉結。

這些安全隱患通常會在房屋經過一定時間的自然使用后，逐漸暴露出來。輕者影響到房屋的正常使用，重者在使用過程中無預兆的坍塌，造成人員傷亡和財產損失。

3.2 震害特征

我國是世界上地震災害最嚴重的國家之一，5.0級以上的成災地震大多數發生在農村和鄉鎮地區，加之農村和鄉鎮地區房屋常常存在抗震隱患，導致地震來臨時這些地區的石結構房屋會遭受嚴重的破壞，造成極嚴重的人員傷亡和財產損失[2]。

經過多方調研，筆者總結出了國內部分地區石結構房屋的一些震害特征。

墻體平面內的剪切破壞：此類震害通常發生在整體性較好的料石砌筑墻體。該類墻體在地震作用下，平面外整體性較好，不易倒塌，平面內以剪切變形為主，破壞通常是由于砌筑砂漿強度低或灰縫不夠飽滿。

縱橫墻連接破壞導致平面外倒塌：此類震害通常發生在整體性較差的毛石砌筑墻體。該類墻體縱橫墻通常無法保證有效的連接，加之砌塊間較為松散(見圖3)，墻體在地震下往往先出現平面外倒塌現象(見圖4)。

承重構件破壞：此類震害通常發生在以天然石材作為梁柱的石結構房屋中。由于石材本身的特性決定了石材具有很強的抗壓能力，但是抗彎抗剪能力卻相對較差，以此類材料作為主要承重構件，房屋在自重作用下通常不會存在問題，但在地震作用下，一旦荷載組合超過了允許值，極容易發生毫無征兆的脆性破壞。

樓蓋破壞與整體倒塌：此類震害通常不會由于單純的承載力不足而發生，一般是承重構件的破壞導致樓蓋破壞與房屋的整體倒塌。同時也不排除由于支撐長度過小而導致的屋蓋在震下塌落現象。

4 現有加固辦法

石結構房屋也屬于砌體的一種，大部分針對砌體房屋的加固方式是可以直接套用或經過一定的改變使用在石結構房屋的加固上的。

4.1 整體加固方法

對于原結構沒有圈梁的可在每層加設圈梁，若結構設置了圈梁則可隔層增設。通過設置水平圈梁，能夠有效地增強房屋的整體性能。對于6度、7度地區，當原有房屋未設置圈梁時，還可采用配筋砂漿帶。

可以參考《建筑抗震設計規范》中砌體房屋構造柱設置要求來確定石結構房屋加固中扶壁柱的數量和位置。構造柱的形式可以根據需要設置的位置不同分為三種：單邊形、鄰邊形和對邊形。

4.2 石梁加固方法

對于表面沒有明顯裂紋石梁可以采用開槽嵌入加固法(見圖5)，通過在梁底的受拉區開槽嵌入鋼筋或碳纖維筋的方式，提高梁的抗彎承載力和延性[3]。

而對于受拉區開槽加固來說，采用碳纖維布加固料石梁則屬于無損加固，對于原有石梁造成的損傷較小。

4.3 柱子加固方法

針對南方是結構房屋的獨立料石柱以及一些料石砌筑柱，可以采用無粘結外包型鋼加固的方法進行加固，以提高柱子的承載力以及抗震性能。對于一些對截面大小要求較為寬松的柱子，也可以采用鋼筋混凝土外包圍套的加固方法。

4.4 樓板加固方法

對于石樓板，可以采用鋼筋網改性砂漿的加固法[4]，通過在石樓板上開孔植入U型卡件固定鋼筋網之后再使用改性砂漿抹面。除了鋼筋網改性砂漿的加固法以外，碳纖維布加固法也是一

種較為傳統的方法，也可以用在石樓板的加固上。

4.5 墻體加固方法

針對南方常見的料石砌筑墻體，可以采用嵌縫加固法，通過在砌縫中嵌入改性砂漿或鋼筋—聚合物砂漿的辦法來提高料石墻體平面內抗剪能力(見圖6)。

針對北方常見的毛石砌筑墻體，則可以采用鋼筋網水泥砂漿面層加固法。該方法通過使用砌塊置換法，將原有的毛石砌塊挖除，采用微膨脹混凝土填充缺口并預埋拉結筋，而后綁扎鋼筋網并采用水泥砂漿抹面(見圖7)。

5 結語

雖然村鎮石結構房屋在設計和抗震方面存在著不少安全隱患，但相信隨著人類建造技術的不斷提高，石結構房屋的建造工藝將會進一步完善。而對于既有的村鎮石結構房屋的抗震加固，我們還需要在現有的基礎上，總結前人的智慧，進行更加深入的思考和研究，解決現有的問題，提出新的問題，在研究的道路上取得更新的進展。

[1] 石家鑫,李鵬程,彭有開.村鎮既有石結構房屋現狀調查[J].山西建筑,2015,41(11):29-30.

[2] 中國建筑科學研究院.1976年唐山大地震房屋建筑震害圖片集[Z].北京:中國學術出版社,1986.

[3] 劉 陽,郭子雄,劉寶成,等.嵌埋CFRP筋組合石梁受彎性能試驗研究[J].建筑結構學報,2011,32(3):75-81.

[4] 郭子雄.鋼筋網改性砂漿加固石樓板受彎性能試驗研究[J].建筑結構學報,2011,32(3):69-74.

[5] 郭子雄.嵌縫加固條石砌筑石墻抗震性能試驗研究[J].土木工程學報,2010(43):136-140.

Research on seismic damage characteristic and retrofit method of stone masonry structure

Shi Jiaxin1Li Pengcheng2

(1.ChinaIPPRInternationalEngineeringCo.，Ltd，Beijing100048,China； 2.BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China)

On base of investigating and data collection of rural stone masonry structures, this paper summarizes the potential safety problems and the seismic damage characteristic in China. And classified the stone masonry structures according to the different requirements of the retrofit. And in view of the different potential safety problems, proposes the corresponding retrofit methods.

rural building, stone masonry structure, seismic risk, ringbeam

1009-6825(2017)14-0043-02

2017-03-01

石家鑫(1990- )，男，碩士，助理工程師; 李鵬程(1990- )，男，在讀碩士

TU363

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