漢中村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋抗震現(xiàn)狀 及處理方法研究1

郭光玲 張 敏

1）陜西理工大學(xué)，土木工程與建筑學(xué)院，陜西漢中 723000

2）留壩縣住房與城鄉(xiāng)建設(shè)管理局，陜西留壩 724100

引言

磚木結(jié)構(gòu)是指磚墻承重、樓屋蓋采用木制構(gòu)件的房屋，具有取材方便、構(gòu)造簡單和造價低廉等優(yōu)勢，是我國村鎮(zhèn)地區(qū)分布較廣的住宅類型（王強，2009）。但村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)在歷次地震中卻出現(xiàn)墻體倒塌、屋頂坍塌和局部構(gòu)件塌落等震害，造成重大人員傷亡和巨大財產(chǎn)損失。漢中位于陜西省南部，近年來域內(nèi)村鎮(zhèn)房屋先后經(jīng)歷了汶川地震、雅安地震和岷縣漳縣地震等，震后村民出資自建或聘請當(dāng)?shù)亟ㄖそ掣脑旎蛐陆舜u木結(jié)構(gòu)房屋，但這些磚木結(jié)構(gòu)房屋在材料強度、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和施工質(zhì)量等方面存在缺陷。如何提高這些磚木結(jié)構(gòu)房屋的抗震能力（王強，2009；陳倩怡，2013），減輕村鎮(zhèn)地區(qū)的地震災(zāi)害損失，在脫貧攻堅和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略中尤為關(guān)鍵。為此，筆者在對漢中村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋抗震現(xiàn)狀調(diào)研和相關(guān)研究工作的基礎(chǔ)上，提出提高漢中村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋抗震現(xiàn)狀及處理方法，旨在為漢中農(nóng)村民房的防震減災(zāi)工作提供技術(shù)支撐（王蘭民等，2011）。

1 漢中村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋抗震現(xiàn)狀

本次調(diào)研樣本抽取為勉縣（抗震設(shè)防烈度為7 度、設(shè)計基本地震加速度值為0.10g、設(shè)計地震分組為第二組）和鎮(zhèn)巴（抗震設(shè)防烈度為6 度、設(shè)計基本地震加速度值為0.05g、設(shè)計地震分組為第一組）（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2015）18 個自然村的240棟磚木結(jié)構(gòu)房屋，調(diào)研內(nèi)容主要涉及房屋結(jié)構(gòu)類型、設(shè)計建造方式、建造地域地段、結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)形式、地基處理措施和抗震構(gòu)造設(shè)防情況等。

1.1 結(jié)構(gòu)類型

漢中村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)為低層房屋，以3 開間為主，如圖1、2 所示。調(diào)研樣本的房屋層數(shù)、建造費用、建造年代、墻體材料、屋蓋瓦材等如表1、2 所示。

圖1 單層磚木結(jié)構(gòu)房屋 Fig.1 Single-story brick-wood structure houses

圖2 3 層磚木結(jié)構(gòu)房屋 Fig.2 Three-story brick-wood structure houses

表1 房屋建造時間與層數(shù)、費用和房屋數(shù)量的關(guān)系 Table1 The relationship between housing construction time and layer cost and quantity

表2 磚木結(jié)構(gòu)房屋基本情況 Table2 Basic situation of brick-wood structure houses

由表1 可知，村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋層數(shù)、費用和建造年代有直接關(guān)系，即隨著時間的推進、國家政策的調(diào)整和農(nóng)村經(jīng)濟水平的逐漸好轉(zhuǎn)，村鎮(zhèn)房屋的面積呈上升趨勢，且村民通過投資建房改善家庭居住條件。

由表2 可知，村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)承重體系的墻體材料仍以國家已明令禁止使用的高污染、高能耗的燒結(jié)實心粘土磚為主（占75%），但也有采用新型環(huán)保墻體材料的水泥免燒磚（占15%），說明在村鎮(zhèn)地區(qū)有很多空間能推廣新型建筑材料。圍護體系的木屋蓋結(jié)構(gòu)采用雙坡屋頂硬山擱檁結(jié)構(gòu)體系，房屋中部不設(shè)木屋架，木檁條直接擱置在各道橫墻和山墻上，在檁條直接上敷椽子掛瓦，瓦材采用機制瓦（占68%）或小青瓦（占32%）。調(diào)研抽取的2 層或3 層村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋的1 層或1、2 層樓板均采用混凝土空心預(yù)制板，且在施工時混凝土空心預(yù)制板直接擱置在橫墻上，說明預(yù)制板與墻或圈梁、木屋蓋結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造不符合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2016）《農(nóng)村民宅抗震構(gòu)造詳圖》（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008）和《鎮(zhèn)（鄉(xiāng)）村建筑抗震技術(shù)規(guī)程》（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008）等的相關(guān)規(guī)定，同時從瓦材選用可以看出，在村鎮(zhèn)區(qū)域推廣標準化構(gòu)件（機制瓦）具有前景。

1.2 設(shè)計建造方式

調(diào)研樣本設(shè)計方式主要有自行設(shè)計、工匠設(shè)計、政府統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計（占比分別為59%、20.5%、20.5%）；建造方式有自建、請工匠自建、全部承包給工匠和統(tǒng)建（占比分別為15%、36%、35%和14%）。自行設(shè)計建造和工匠設(shè)計建造一般是依照房主經(jīng)濟條件和住房要求（開間、進深、層高、門窗洞口，風(fēng)水、朝向和宅基地尺寸）憑經(jīng)驗或參照相鄰房屋設(shè)計，這類房屋材料強度、結(jié)構(gòu)構(gòu)造和施工質(zhì)量等存在缺陷，抗震能力無法保證。統(tǒng)建房為政府投資修建移民搬遷房，由政府統(tǒng)一招標規(guī)劃、設(shè)計、施工、監(jiān)理、驗收，抗震能力較好。

1.3 建造地域地段、地基處理措施和基礎(chǔ)形式

按照文獻 （中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2016；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008a；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008b）的相關(guān)規(guī)定，選擇建筑場地時宜因地制宜，選擇對抗震有利地段、避開不利地段，禁止在危險地段建造，對調(diào)研樣本按此標準分類，如表3 所示。

表3 房屋建筑場地統(tǒng)計 Table3 Construction site of houses statistics

由表3 可知，67%的樣本房屋處于危險地段（見圖3），只有19%的樣本房屋處于抗震有利地段（見圖4），這是由于勉縣和鎮(zhèn)巴地處山區(qū)，村民建房受地理條件限制和地質(zhì)災(zāi)害認知匱乏的影響，考慮生活、生產(chǎn)和出行方便，一般選擇半山坡、山肩或相對開闊的地段建房，不考慮場地條件情況，導(dǎo)致大部分房屋的建造場地處于不利或危險地段，同時，村民在建房時房屋基礎(chǔ)施工工序為：（簡單）清理地層土—砌筑獨立磚基礎(chǔ)—碎石打底上敷三合土找平—砌筑磚地圈梁，然后在圈梁上砌筑墻體，地基無任何抗震加固措施，一旦發(fā)生地震，這些房屋必然受到滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的威脅，易倒塌傷人，存在安全隱患。

1.4 村民抗震安全意識和房屋抗震構(gòu)造設(shè)防情況

（1）當(dāng)?shù)卮迕竦目拐鸢踩庾R

本次調(diào)研得到的村民抗震安全意識統(tǒng)計情況如表4 所示。

圖3 危險地段 Fig.3 Danger site

圖4 有利地段 Fig.4 Favourable site

表4 磚木結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施和村民抗震安全意識情況統(tǒng)計表 Table4 Statistics of anti-seismic safety consciousness of residents and details of seismic design

由表4 可知，調(diào)研區(qū)域村民缺少了解抗震知識的途徑，抗震知識匱乏、抗震意識淡薄。但對于保證房屋質(zhì)量安全而言，69%的村民認為國家應(yīng)規(guī)定一些基本的強制性標準和要求，且可以接受相關(guān)保證房屋質(zhì)量的規(guī)定；28%的村民則表示限于經(jīng)濟水平，可能無法接受相關(guān)保證房屋質(zhì)量的規(guī)定；僅有3%的村民認為規(guī)定與否無關(guān)緊要，說明大多數(shù)村民較重視住房的安全問題（趙光超，2011）。村民的住房安全意識與村民的文化水平、經(jīng)濟條件和當(dāng)?shù)卣畬拐鹬R的宣傳力度等息息有關(guān)。改善村鎮(zhèn)房屋的抗震現(xiàn)狀必須提高村民的文化水平和經(jīng)濟收入，并強化政府對抗震知識的普及力度和對村民抗震知識的精準輔導(dǎo)，使更多的村民了解、理解和掌握抗震知識，自發(fā)提高房屋抗震能力。

（2）既有磚木結(jié)構(gòu)房屋抗震構(gòu)造設(shè)防情況

磚木結(jié)構(gòu)房屋由承重磚墻體、圍護磚墻體、木（鋼）門窗和木（樓）屋蓋系統(tǒng)等組成。屋蓋系統(tǒng)中木檁、椽、瓦片之間應(yīng)可靠連接，調(diào)研樣本中90%以上的房屋采用硬山擱檁，存在連接構(gòu)造缺陷；墻體中縱橫墻體交接處、門窗間墻體、門窗四角、木檁下墻體部位、墻體變截面部位等按文獻（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008a；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008b）要求應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁或過梁等抗震構(gòu)造措施，但調(diào)研樣本中只有14%的墻體抗震構(gòu)造措施設(shè)置齊全。

2 磚木結(jié)構(gòu)房屋的震害

圖5 墻體水平裂縫 Fig.5 Level to the cracks of wall

查閱歷史地震資料和相關(guān)文獻（崔杉彬，2009；劉興才，2012；王強，2009）研究表明，磚木結(jié)構(gòu)房屋的震害呈現(xiàn)一定規(guī)律性，主要包括承重墻體震害、木屋蓋結(jié)構(gòu)圍護結(jié)構(gòu)震害和其它附屬構(gòu)件的震害。

2.1 墻體震害規(guī)律

磚木結(jié)構(gòu)房屋墻體震害包括墻體倒塌、墻體開裂、縱橫墻連接處破壞、墻角破壞和樓梯間墻體破壞等。墻面裂縫主要有水平裂縫、X 形交叉裂縫、斜向裂縫（劉興才，2012），如圖 5—7 所示。裂縫主要出現(xiàn)在縱橫墻體交接處、門窗間墻體、門窗四角、梁檁下墻體部位、墻體變截面部位（王強，2009）等。

圖6 窗間墻X 形交叉裂縫 Fig.6 X-shaped cross cracks of the wall between windows

圖7 門窗間墻體斜裂縫 Fig.7 Diagonal cracks between Windows and doors

墻體震害裂縫產(chǎn)生的原因包括：當(dāng)墻體在受到與之方向垂直的水平地震剪力作用時，發(fā)生平面外受彎、受剪，產(chǎn)生水平裂縫；與水平地震作用方向平行的墻體受到平面內(nèi)地震剪力作用，在地震剪力及豎向荷載共同作用下，當(dāng)該墻體內(nèi)的主拉應(yīng)力超過砌體抗拉強度時，墻體產(chǎn)生X 形交叉裂縫、斜裂縫（葛學(xué)禮等，2008）。墻體開裂始于墻體應(yīng)力集中部位和墻體強度薄弱部位，往復(fù)地震作用下墻體開裂沿最大拉應(yīng)力垂直方向（水平向成45°角）延伸，墻體裂縫擴展延伸耗能，當(dāng)裂縫擴展發(fā)育到墻體失去承載力時，房屋失穩(wěn)倒塌。

影響墻體震害的因素有墻體水平抗剪切強度（主要由砌塊強度、砂漿強度、墻體水平截面面積和圈梁構(gòu)造措施決定，同時受砌筑質(zhì)量、房屋年代等因素影響）、房屋開間進深尺寸、門窗間墻體尺寸、門窗洞口尺寸、門窗過梁、墻體承重方式和縱橫墻體間的連接措施等。

2.2 屋頂系統(tǒng)震害規(guī)律

屋頂系統(tǒng)震害主要為木屋頂梭瓦掉瓦、屋面嚴重變形、瓦片嚴重脫落、木屋頂滑脫和木屋頂坍塌等（王強，2009），如圖 8—12 所示。震害產(chǎn)生的原因主要是瓦片的穩(wěn)定性差，木檁的腐蝕或木檁、木椽、磚墻體之間的連接構(gòu)造措施不符合文獻（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008）的要求等。

圖8 屋頂?shù)敉?Fig.8 Tiles fell from rooftop

圖9 屋面嚴重變形 Fig.9 Roof seriously deformation

圖10 瓦片嚴重脫落 Fig.10 Tiles seriously droppen

圖11 屋頂滑脫 Fig.11 Roof slippage

影響屋頂系統(tǒng)震害程度的因素包括木檁與墻體間的連接性能、木構(gòu)件的完好性、木構(gòu)件間的連接構(gòu)造、鐵構(gòu)件的腐蝕程度、瓦片及檐口的穩(wěn)定性、屋頂重量、屋面坡度等。

2.3 房屋附屬構(gòu)件震害規(guī)律

房屋附屬構(gòu)件主要包括附于墻體或屋面的煙囪、檐口的女兒墻、門窗雨搭、室內(nèi)頂棚裝飾等，震害主要包括煙囪傾倒、女兒墻外閃倒塌等。

產(chǎn)生震害的原因是房屋結(jié)構(gòu)的附屬構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)連接較弱，受豎向地震作用和“鞭梢效應(yīng)”的影響，一般較下部主體結(jié)構(gòu)破壞嚴重（王強，2009）。

圖12 屋頂塌陷 Fig.12 Roof collapse

3 提高漢中村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋抗震能力的處理方法

漢中既有磚木結(jié)構(gòu)房屋的抗震現(xiàn)狀、歷史地震資料和磚木結(jié)構(gòu)房屋震害相關(guān)研究結(jié)果表明，影響漢中村鎮(zhèn)磚木房屋抗震能力的因素包括建房場地、墻體材料強度、墻體抗震構(gòu)造措施、木屋蓋的連接措施和木屋蓋與墻體連接措施等（王強，2009）。

3.1 建筑場地的選擇

文獻（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2016；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008a；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008b）規(guī)定：“選擇建筑場地時，應(yīng)根據(jù)工程需要和地震活動情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料，對抗震有利、一般、不利和危險地段做出綜合評價。對不利地段，應(yīng)提出避開要求；當(dāng)無法避開時，應(yīng)采取有效的措施。對危險地段，嚴禁建造甲、乙類建筑，不應(yīng)建造丙類建筑”，村鎮(zhèn)房屋屬于丙類建筑，應(yīng)選擇對建筑有利地段、避開不利地段。漢中有平壩、丘陵和山地3 種地貌，在坪壩區(qū)域建房選址相對容易，但在丘陵和山地區(qū)域建房時，應(yīng)選擇有穩(wěn)定基巖，堅硬土，開闊、平坦、密實的中等硬土的有利場地，避開山尖及地形變化劇烈的場地及地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷和地裂、泥石流和發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯位的部位。近年來，移民搬遷工程能使部分丘陵和山區(qū)村民搬離危險區(qū)域，但對未搬遷村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋的地基基礎(chǔ)應(yīng)進行危險性鑒定（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2015；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，2016），D級地基基礎(chǔ)應(yīng)拆除或易地重建、C 級地基基礎(chǔ)應(yīng)進行加固處理。

3.2 墻體抗震措施

（1）墻體材料

墻體材料宜優(yōu)選燒結(jié)頁巖磚、燒結(jié)煤矸石磚、燒結(jié)粉煤灰磚、蒸壓灰砂磚、蒸壓粉煤灰磚和燒結(jié)多孔磚等；砂漿宜選用水泥砂漿或水泥混合砂漿并嚴格控制配合比，以保證其和易性、保水性、強度、耐久性和耐水性滿足要求；鋼筋混凝土采用的混凝土強度等級不應(yīng)低于C20，鋼筋應(yīng)為HPB300 及以上。在砌筑墻體時，砂漿強度等級不應(yīng)低于M5，磚強度等級不應(yīng)低于MU7.5（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2016；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008a；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008b）。

（2）墻體連接

適當(dāng)布置構(gòu)造柱和圈梁。按文獻（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2016；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008a；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008b）要求，抗震設(shè)防烈度為6、7 度的房屋，宜在房屋四角和隔開間內(nèi)外墻交接處設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱，構(gòu)造柱截面尺寸、配筋、與墻體的連接、與圈梁或樓板的連接均應(yīng)符合相關(guān)構(gòu)造要求，形成對墻體的約束作用；所有縱橫墻的基礎(chǔ)頂部，每層樓、屋蓋（墻頂）標高處應(yīng)設(shè)置配筋磚（鋼筋混凝土）圈梁，且屋蓋處內(nèi)橫墻方向上圈梁間距不應(yīng)大于8m，有檁屋蓋山墻時還應(yīng)設(shè)置爬山圈梁；減小門窗洞口尺寸和房屋開間、進深和凈高，增加墻體整體性和空間剛度，減少墻體開裂。

（3）墻體加固

通過在前縱墻加設(shè)鋼筋混凝土窗框、在兩面山墻和窗下墻噴射水泥砂漿面層、在前后縱墻檐口高度處增設(shè)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿圈梁（王滿生等，2015）、采用配筋砂漿帶圈梁、在前檐加設(shè)鋼門窗框和房屋四角增設(shè)鋼絲網(wǎng)砂漿（楊威等，2014）、采用噴射雙面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層和混凝土圈梁-構(gòu)造柱等加固方案（熊立紅，2017），增加前縱墻抗側(cè)剛度，提高墻體承載力、整體性和變形能力（王滿生等，2015）。

3.3 屋頂系統(tǒng)的加強措施及推廣新型屋頂體系

山墻應(yīng)設(shè)置端屋架（木梁），不得采用硬山擱梁，擱置在磚墻上的木屋架或木梁下應(yīng)設(shè)置墊塊，適當(dāng)增加屋架在承重墻上的擱置長度，在屋架與墻體搭接及檁條與墻體搭接位置適當(dāng)涂刷瀝青，防止屋架和檁條腐蝕。端屋架或屋架與墻體間連接可靠，椽子與檁條搭接處應(yīng)滿釘，以增強屋蓋整體性（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2016；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008a；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008b）。抗震設(shè)防烈度為6、7 度時，對于硬山擱檁的有檁木屋蓋，木檁條應(yīng)在內(nèi)墻滿搭，在山墻處伸出200mm，并用圓釘、扒釘與木墊板連接，木屋蓋各構(gòu)件間應(yīng)采用圓釘、扒釘或鉛絲等相互連接。

減輕屋頂系統(tǒng)的重量，文獻（胡長明等，2010）中屋頂采用木材和鋼筋組合成的輕型鋼木桁架屋架結(jié)構(gòu)（崔杉彬，2009），適合在漢中村鎮(zhèn)建筑中推廣應(yīng)用。

4 對策與建議

磚木結(jié)構(gòu)由于其自身優(yōu)勢，是目前已建和新建村鎮(zhèn)房屋的主要結(jié)構(gòu)類型，但由于村鎮(zhèn)居民文化水平、經(jīng)濟條件和抗震意識的差異，既有磚木結(jié)構(gòu)房屋的抗震現(xiàn)狀不容樂觀，為此，提出以下對策與建議：

（1）當(dāng)?shù)卣畱?yīng)通過各種渠道（宣傳畫冊、手機短信、微信、科技下鄉(xiāng)活動等）做好防震減災(zāi)知識的普及和宣傳，提高廣大村民的防震安全意識。

（2）政府應(yīng)加大村鎮(zhèn)抗震防震的財政投入，支持和鼓勵村民聘請土建專業(yè)技術(shù)人員指導(dǎo)建房選址、選材、設(shè)計和施工等，大力推進村鎮(zhèn)抗震樣板房工程。

（3）政府應(yīng)加大村鎮(zhèn)抗震防震的科技投入，有序開展村鎮(zhèn)既有房屋的抗震性能評價及抗震加固，逐步提高既有村鎮(zhèn)房屋的抗震設(shè)防能力。

（4）加大土建專業(yè)技術(shù)人員對文獻（中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2016；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008a；中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部等，2008b）中相關(guān)專業(yè)知識的培訓(xùn)，監(jiān)管新建房屋的規(guī)劃、設(shè)計、施工和使用，完善村鎮(zhèn)房屋抗震建設(shè)技術(shù)標準，加強抗震技術(shù)推廣應(yīng)用（蘇小妹等，2008），逐步實施村鎮(zhèn)房屋抗震安居工程。