滇西北地區房屋建筑特征和抗震能力評價

明小娜+周洋+盧永坤+和嘉吉

摘要：選取滇西北地區16個具有代表性的縣（區）為研究對象，根據實地調查總結滇西北房屋總體建筑特征，并結合區域內歷史地震房屋震害矩陣分析不同烈度區下各結構類型房屋的震害特征，在此基礎上建立區域房屋抗震能力綜合指數評價滇西北房屋抗震性能，給出滇西北房屋抗震能力等級分布圖和分布規律。

關鍵詞：滇西北地區；建筑物特征；震害矩陣；區域房屋抗震性能指數

中圖分類號：P315.9文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2017）04-0646-09

0引言

汶川、玉樹、蘆山、魯甸等地震災害發生后，國家、社會、公眾對地震災害防御、地震緊急救援的關注度達到空前。云南地處特提斯—喜馬拉雅構造域與環太平洋構造域的交接部位，斷裂構造復雜、地貌類型多樣、垂直差異明顯。根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306—2015），云南所轄瀾滄、東川、尋甸3個縣（區）抗震設防烈度為Ⅸ度，迪慶、德宏、臨滄等68個縣（區）抗震設防烈度為Ⅷ度，昌寧、云龍、姚安等48個縣（區）抗震設防烈度為Ⅶ度，可見云南大部分縣城都處于高烈度設防區。在云南震情形勢嚴峻、震害重、房屋建筑抗震能力普遍較差的情況下，本文合理分析云南省不同區域房屋建筑特征，探討區域房屋建筑抗震性能，并以此為基礎有針對性地提出房屋建設改進意見，為提高房屋抗震性能提供借鑒（胡少卿等，2007）。

1研究區域選取

滇西北位于云南省西北部、四川省西南部和西藏自治區東南部交界區域，包括迪慶藏族自治州、麗江市、大理白族自治州、怒江傈僳族自治州、保山市、德宏傣族景頗族自治州、臨滄市7個州（市），隸屬青藏高原至云貴高原的過渡地帶，北接青藏高原，東南與云貴高原相連，區域內地形起伏大，高山深谷相間，發育有紅河斷裂帶、小金河—麗江斷裂、程海斷裂帶、德欽—中甸斷裂以及寧蒗斷裂帶等多條活動斷裂，是我國歷史上地震多發區。1992—2012年，滇西北地區發生M≥5.0地震19次（周光全等，2012），2013—2015年滇西北地區發生M≥5.0地震6次。筆者結合區域地震斷裂走向、歷史地震以及歷年重點危險區范圍，選取具有代表性的16個縣級行政區部分城市和農村開展房屋建筑實地調查（表1），其房屋建筑結構類型和特征能夠反應該區域房屋建筑基本特征，可用于區域房屋建筑宏觀抗震能力評價。

2滇西北地區房屋建筑特征分析

2.1總體特征根據地震現場工作資料和災區實際情況，將研究區房屋結構類型主要劃分為土木結構、磚木結構、磚混結構、鋼筋混凝土結構4類（周光全等，2007），土木、磚木結構歸為簡易房屋，磚混、框架結構歸為非簡易房屋。

本文所使用房屋基礎數據為2012年各縣級地方政府報送，統計得出：滇西北房屋框架結構、磚混結構、磚木結構、土木結構在城市和農村的占比如圖1所示，城市地區（縣、區政府所轄區為城區）以磚混結構為主，占比為38%，農村地區以土木結構為主，占比為55.6%。其中，城區磚混結構房屋多建于20世紀90年代后期，層數為3～5層，多數設有鋼筋混凝土構造柱；農村磚混結構房屋多為3層以下，一般設有圈梁；城區框架結構房屋建于2000年以后，其用途多為公共建筑；城區和農村土木結構、磚木結構房屋多建于20世紀80年代以前，一般為1～2層，穿斗木架構承重的房屋較多，有部分是空心磚或夯土為承重墻的墻抬梁結構房屋。

2.2特色民居建筑特征

滇西北地區為少數民族聚居地，房屋建筑因地域、環境、人文和經濟條件不同，且多以就地取材為主，建筑風格各異，農村土木結構房屋尤為顯著。因此，筆者選取區域內有代表性的民居分析其建筑特色及房屋抗震性能。

2.2.1迪慶地區藏式民居

迪慶藏式土木結構房屋（圖2）一般以木構架承重，墻體常用石料砌筑或夯土成墻，墻體底部寬（單軍，吳艷，2010），墻體截面為梯形，其底部墻體厚度大多在1 m以上，內墻陡直，外墻略向內傾斜，形成上小下大的“寶塔式”建筑格局，房屋內通常用木板間隔，特有的收分墻體和柱網結構，使建筑物結構穩定。由于柱子和主梁截面尺寸較大，承載力大，抗震性能好；土墻底部寬厚堅實，設在柱子外圍，遭遇地震時，墻體大多向外倒塌，不容易傷及室內活動人群。

2.2.2麗江地區納西民居

納西民居（圖3）建筑一般高約7 m，架構為抬梁式、穿斗式（趙龍，2015），建筑材料以木、土、石為主，石料作墻基和勒腳，壘土坯墻、磚墻或夯土墻，墻厚約70 cm，多數房屋的2層樓處采用木圍護墻；面向庭院的墻體（圍墻除外）采用木隔扇，外墻不砌到頂，墻上部用板枋材隔斷，墻體從下到上往里微微傾斜，多為兩坡懸山屋頂，屋面多數為座泥沙漿的筒板瓦，少數為冷攤小青瓦（許濤，2003）。穿斗木結構瓦屋面自重輕，節點采用榫接，整體性良好，具有一定的抗震效能，圍護墻在柱子外圍，遭遇地震時，墻體一般向外傾倒，不易傷及室內人群。

2.2.3大理地區白族民居

白族民居（圖4）多為二層穿斗木樓房，三開間，筒板瓦蓋頂，房屋基槽深且寬，用巨大石頭做基石（高琳玲，柯衛華，2012），相互錯位疊壓砌石，從而分散墻體對基底的壓力；房屋建筑采用梁柱式結構，各結點用榫卯相連接，構成富有彈性的構架，磚或土坯砌墻，墻面涂白并繪圖案修飾，建筑物的重量由構架承擔，墻壁不承重，房屋整體抗震性能好。

2.2.4德宏—保山傣族民居

傣族民居（圖5）多為竹樓，房屋多以木構架承重，木板、竹編墻圍護，茅草或瓦屋頂，檐部低垂，歇山屋頂陡峭，多為兩層，上層住人，下養家畜、堆放農具。房屋大多以穿斗木構架承重，穿斗木構架自重輕、塑性和延性較好，木構架梁柱節點為榫接，梁柱以榫接方式形成多榀框架，具有較好的塑性變形能力和一定的消能減震效果。

2.2.5寧蒗地區木楞房

木楞房（圖6）以木材為主，除此之外是土、少量當地石材、草和燒制的磚瓦，結構形式為抬梁式，結構柱之上搭梁，數榀屋架并列，形成梁-柱-枋支撐結構體系（劉柯岐，李嘉林，2007），用原木層疊搭建的垛木墻或木板墻作為維護墻體。屋頂為懸山式，在梁架上蓋木片，不用釘，以石壓固，其房頂除用木片搭成的外，還有用茅草或者瓦蓋的。木楞房的木梁柱體系把承重結構和圍護結構兩者分開，其好處是“墻倒屋不塌”，有極高的抗震性，但耗材量、建筑面闊和進深受木材長度的限制，僅適于小型民居。endprint

歷史地震中滇西北房屋震害特征分析筆者結合選定研究區域內歷史地震的房屋破壞比矩陣，分析歷次地震中各類房屋的震害特征，從歷史震害角度反映該區域房屋的抗震性能。

3.1破壞比

房屋建筑破壞比是指房屋破壞面積與調查總面積之比，反映地震災區各類型房屋建筑結構在不同烈度條件下的破壞情況，即該地區某類結構群體的抗震能力。筆者按照簡易房屋和非簡易房屋，統計1992—2015年發生在滇西北一帶的25個破壞性地震破壞比（表2），求出不同烈度區、不同結構類型、不同破壞等級的破壞比最大值、最小值和均值（表3、4）。

根據統計結果，滇西北區域非簡易房屋破壞比均值與全省均值（表5）相差不大，但簡易房屋，尤其是土木結構房屋破壞比均值與全省均值相差較大。在相同烈度下，滇西北地區房屋震害毀壞等級下的破壞比比全省平均值小，說明滇西北地區簡易房屋抗震性能優于全省平均水平。

3.2震害特征分析

震害的一般規律往往與烈度分布緊密相關，筆者結合25次歷史地震的烈度分布以及災害損失評估報告，對震害資料重新進行歸類、梳理，總結得出：

（1）Ⅵ度區內土木、磚木及石木結構房屋部分房屋墻體開裂，少數土木房屋局部倒塌，部分梭（掉）瓦，少數空心磚房屋墻體開裂或老裂縫加寬、加長；磚混結構房屋個別墻體出現明顯裂縫，部分墻體出現細裂；框架結構房屋少數填充墻體開裂，極個別承重梁可見細微裂紋；木楞房個別梭、掉瓦。

（2）Ⅶ度區內極個別年久失修穿斗木結構房屋傾斜、脫榫；磚木結構房屋個別山墻倒塌，部分墻體開裂，梭、掉瓦，個別空心磚房屋局部倒塌或墻體酥裂；磚混結構房屋少數2～3面墻體開裂，多數梭、掉瓦；框架結構房屋個別填充墻開裂、抹灰層脫落；木楞房少數屋頂梭、掉瓦，個別整體傾斜。

（3）Ⅷ度區內房屋破壞嚴重，土木、磚木及石木結構房屋少數倒塌或局部倒塌，部分墻體傾斜、變形，墻體開裂現象較普遍；穿斗木構架個別傾斜、木架脫榫、柱腳位移；磚混結構房屋個別倒塌、少數構造柱斷裂、墻體開裂、位錯，部分房屋墻體X型裂縫貫通，多數墻體開裂明顯；框架結構個別倒塌，少數承重構件斷裂、多數產生裂縫，部分填充墻局部倒塌、多數開裂、抹灰層普遍脫落。

（4）Ⅸ度區內土木結構和磚木結構多數倒塌或局部倒塌，未倒塌的房屋墻體開裂嚴重；磚混結構房屋多數承重墻體出現較嚴重的水平或“X”型貫通裂縫，部分倒塌、局部倒塌或傾斜，少數基本完好；框架結構房屋個別倒塌或局部倒塌，少數框架節點開裂、甚至斷裂整體傾斜，部分房屋梁柱出現細微裂縫，多數房屋填充墻明顯出現水平或“X”型貫通裂縫。

4區域房屋建筑抗震能力快速評價方法

4.1區域房屋抗震性能指數從建筑結構性能分析，影響房屋抗震性能的主要因素為建筑物易損性，包括結構平立面規則程度、結構對稱性、結構材料、建筑場地等（楊仕升等，2004）；林世鑌等（2011）將區域地震危險性也作為影響因素，通過Push-over分析方法結合抗震能力指標，研究群體建筑物抗震能力。筆者僅考慮房屋結構比例以及各地區設計基本地震加速度值，建立區域房屋抗震性能指數AS，用于量化表達區域房屋抗震性能，如公式1所示。該方法參數容易獲取，計算簡單，已用于云南省2014年、2015年及2016年重點危險區各縣（區）房屋抗震能力評價，其評價結果得到認可。AS=Cp×（Scw×CWcp+Sbw×BWcp+Sbc×BCcp+Src×RCcp）+Rp×（Scw×CWrp+Sbw×BWrp+Sbc×BCrp+Src×RCrp）（1）式中：AS表示區域房屋抗震性能指數；Cp表示城區房屋總面積占全縣房屋總面積的比例；Rp表示農村房屋總面積占全縣房屋總面積的比例；CWcp、BWcp、BCcp、RCcp分表指得是城區土木結構、磚木結構、磚混結構、框架結構房屋所占比例；CWrp、BWrp、BCrp、RCrp分別代表農村土木結構、磚木結構、磚混結構、框架結構房屋所占比例，Scw、Sbw、Sbc、Src分別表示土木結構、磚木結構、磚混結構、框架結構房屋的抗震性能指數。

針對于非簡易房屋，城區絕大部分房屋經過正規設計，抗震能力基本能達到本區域基本抗震設防烈度要求，其抗震性能指數（Sbc、Src）按《建筑抗震設計規范》（GB50011—2010）取當地設計基本地震加速度值；而農村地區大部分為自建房，多未按照正規設防標準建房，存在抗震缺陷，其抗震性能指數（Sbc、Src）采用當地設計基本地震加速度值乘以折減系數，根據云南歷次地震專家經驗，框架結構折減系數取0.95，磚混結構折減系數取0.85。針對于簡易房屋，城區和農村均為自建房，沒有統一的標準，做工、用料因地而異，故其抗震能力離散性較大，為此采用專家經驗打分法（取均值）計算簡易房屋的抗震性能指數。

基于區域房屋抗震性能指數，參照《建筑抗震設計規范》（GB50011—2010）設計基本地震加速度值將其劃分為5個區間，并給出“強”“中強”“中等”“一般”“差”五個抗震能力評價等級及對應的抗震設防烈度描述（表6）。

4.2滇西北地區房屋抗震能力評價

按照公式（1），根據2012年滇西北地區房屋基礎數據（表7）、各縣（區）設計基本地震加速度值以及10位專家對滇西北調查區土木結構、磚木結構房屋抗震性能指數打分值，計算出滇西北地區區房屋抗震性能指數以及抗震能力評價等級（表8、圖7）。

從表8可知，滇西北地區16個縣（市、區）調查中，9個縣（市、區）的房屋抗震能力達到“中等”水平、5個縣達到“中強”水平、2個縣達到“一般”水平。“中強”水平的縣（市、區）具有3個特點：一是處于高烈度設防區；二是經濟相對發達地區，三是特色民居分布廣泛。相應的，“一般”水平的縣（市、區）處于高山峽谷帶，經濟水平都相對落后。鑒于該調查區能宏觀反應滇西北地區房屋整體情況，因此整個滇西北地區房屋抗震能力達到“中等”水平。endprint

5結論

為宏觀評估滇西北地區房屋抗震能力，本文根據實地調研總結了滇西北地區房屋總體特征和特色民居特征，并結合區域內歷史地震房屋震害矩陣分析不同烈度條件下各類房屋震害特征，在此基礎上通過計算區域房屋抗震性能指數宏觀評定各縣區房屋抗震能力，發現滇西北房屋抗震能力為中等水平，造成此現象的原因與當地經濟條件落后、居民抗震設防專業知識缺乏、抗震設防意識薄弱等緊密相關。為減少和避免破壞性地震帶來的生命和財產損失，結合滇西北地區房屋建筑抗震能力的調查實際，建議加大防震減災知識宣傳，提高民眾抗震設防意識，重視房屋建筑的抗震質量；繼續加大民居建設資金扶持，做好農村民居安全工程、危房改造工程、十項重大措施等項目，同時加強農村民房建設的抗震技術指導，切實提高民居抗震性能。

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