農村住宅抗震加固設計與施工

文／閆煜天 永昌縣建筑設計院 甘肅金昌 737200

引言：

隨著新時期國家經濟的發展，農村地區民眾的財富存量也在不斷的積累，這在一定程度上使得地震所帶來的人員傷亡和經濟損失處于不斷擴大的趨勢。基于這一現實問題，相關部門及人員通過針對農村地區抗震性能不足的老舊住宅建筑進行改造和加固，對于提高村民自身的安全性和住宅的舒適度而言，是非常必要的。

1.農村住宅的結構

1.1 生土結構

生土結構房屋主要指的是由生土墻作為承重構件的房屋類型，這種結構的房屋通常而言只有一層。生土結構的房屋擁有較為長久的發展歷史，基本上是建國成立的初期便開始建造，在農村地區不斷發展的過程中，墻體的風化和開裂問題已經十分明顯，給村民的日常生活埋下了非常嚴重的安全隱患[1]。這類結構的房屋住宅在時代發展的當下已經不多見了，即使還存在一部分生土結構的住宅，也已基本屬于是危房，被劃入了有待拆除和改造的部分。

1.2 木結構

木結構房屋主要指的是由木樁作為承重構件的房屋類型。這一類型的房屋一般情況下每榀會有3-5 根立柱，墻體通常由生土墻、木板墻、砌體墻等構成，或者由以上兩種及以上的結構形式組合而成，包括了木樁木屋架、木樁木梁等。通過對傳統時期的地震情況進行分析可以發現，木結構的住宅在抗震方面表現出了相對較好的性能，這主要是因為其自身的整體性較好，構件之間大多采用了穿枋的形式拉結而成，承載力較強，并且木骨架也因為自身的自重較輕、荷載小的優勢，能夠經受住較大程度的變形。盡管我國的疆域遼闊，但森林資源還是處于一個相對匱乏的階段，因此木結構在當前農村住宅建筑的過程中幾乎很少被使用。

1.3 石結構

石結構房屋主要指的是由石砌體為主要承重構件的房屋類型，大致可以分為純石結構、石木結構等幾種形式。這種結構形式的住宅在農村地區較為普遍。石結構的房屋墻面大多由不規則的塊石砌筑而成，其中施工人員自身的手藝起到了重要的影響作用。由于無規則的塊石在擺設的時候會因為位置的不同而使得它們的重心不一樣，在墻面砌起來之后，上層的塊石在下層的擱置點上可能會形成一個彎矩，當砂漿的強度不夠時，可能會出現側滑的情況，從而發生破壞。在地震的作用之下，石結構搭建起來的住宅發生倒塌。即便沒有發生倒塌，當塊石側滑到一定程度時，塊石之間可能會形成一個平衡點，使得墻面上會鼓出一塊，影響墻體的美觀性和居民居住的舒適度。

1.4 磚混砌體結構

磚混砌體結構房屋主要指的是以磚砌體作為承重構件的房屋類型。這種結構的住宅在農村地區是較為普遍的，同時也是當前農村房屋住宅建筑最為常用的一種流行形式。相較于石結構的房屋來說，磚混砌體結構的住宅施工速度更快、結構的整體性更強。在當前地震災害不斷發生，且居民對地震這類自然災害的危害性認知逐漸深入的背景下，農村地區在對房屋住宅進行修筑的過程中，開始嘗試應用抗震構造[2]。但由于部分居民自身的素質相對不高，在危機意識稍顯薄弱，因此在實踐的過程中很難從整體出發對住宅加固的細節進行把握。

2.農村住宅的抗震缺陷

農村地區大多數住宅都是施工人員依靠自己的手藝砌筑起來的，盡管我國在不斷發展的過程中已經擁有了相對規范的建筑結構設計標準，但農村建房依舊更多的依靠工人自身的建筑經驗和建筑技術。從農村地區施工隊伍的現狀來看，由于農村始終沒有建立起一支專業的施工隊伍，住宅建筑團隊更多的是由農民自發組建而成，缺乏一定的專業理論和專業素質，導致工人的安全意識和建筑水平相對較低。同時，在住宅施工過程中，施工隊伍的隨意性較高，難以按照施工設計和規范進行操作，使得監督管理流于形式。工人在砌筑房屋的過程中，通常會將縱橫墻的交接處和房屋四角分開進行砌筑，這就使得住宅上下通縫，導致住宅的剛度和抗側能力相對較低[3]。從材料的角度來看，由于農村建設市場的管理不夠規范，劣質的建筑材料隨處可見。一方面，農民自身的建材理論知識相對匱乏；另一方面，農民在進行材料選擇的時候一味的追求低廉的價格。兩方作用之下，導致工人在應用材料的時候通常會出現砂漿和混凝土強度不足的問題。以砂漿為例，目前所使用的砂漿通常是在現場配置而成，由于水泥的用料較少，大部分材料為細骨料，這類材料雖然具有一定的強度，但同時也存在保水性較差的問題，在使用之后往往會出現外墻滲漏現象，降低了砌體的強度，給住宅埋下了安全隱患。

3.農村住宅抗震加固的設計

3.1 砌體住宅抗震加固

常規的結構加固方式主要包括了圈梁構造柱加固法、增大截面加固法等，這些方式盡管在實踐的過程中具有一定的優勢，但卻很少用于農村住宅的抗震加固?；诖?，新時期的農村住宅抗震加固設計，必須更具針對性，必須在不影響村民日常生活、不影響住宅建筑功能的正常使用的前提下進行。多層砌體住宅抗震加固方案的設計，需要結合住宅所處場地的具體條件、修筑要求等，針對農村地區實際可能發生的抗震問題，選擇更加契合的抗震加固方式。常用的砌體住宅加固方案通常包括了外加圈梁構造柱加固、外套結構加固、外墻外側加固、內部加固等，不同的加固設計在施工的過程中具有不同的特點和側重。施工人員在進行加固施工的時候需要根據住宅的抗震性能進行方案的選擇[4]。比如，當住宅的結構抗震承載力滿足標準要求，但圈梁構造柱等抗震措施相對不足的時候，施工人員可以選擇使用外加圈梁構造柱加固方式；當圈梁構造柱等加固措施滿足相關要求，但結構的抗震承載力不足的時候，施工人員可以選擇外墻外側加固的方案；當圈梁構造柱等抗震措施和結構抗震承載力均沒有滿足標準要求的時候，施工人員可以嘗試采用外加圈梁構造柱和外墻外側加固相結合的方式，或者在住宅場地具有可外擴空間的情況下，使用外套結構加固的方式進行加固處理。施工人員需要明確的是，對農村地區的住宅進行抗震加固設計和施工，需要切實解決住宅抗震性能不足的問題。基于這一認知，施工人員在進行加固設計的時候，必須遵循可實施性和針對性的基本原則，提高加固設計方案的有效性。

3.2 混凝土住宅的加固

比較常見的混凝土結構住宅結構體系主要包括有框架結構、剪力墻結構，以及框架剪力墻組合結構等。對于框架結構的住宅，設計人員及施工人員可以采取消能減震、增設抗震墻等方式進行整體加固處理。對于剪力墻結構的住宅，相關人員可以通過增大住宅的外圍剪力墻截面的方式進行加固。對于框架剪力墻組合結構的住宅，相關人員可以采用增設抗震墻的方式進行加固。需要明確的是，增大截面、增設鋼絞線、粘貼鋼板或纖維布等抗震加固方式，可以直接作用于框架梁柱和抗震墻等構件之上，但也會直接影響到居民的正常生活[5]。對于混凝土結構住宅的抗震加固設計而言，相關人員可以結合混凝土結構住宅的具體類型進行設計和施工。比如，施工人員在對框架結構的住宅進行消能裝置和抗震墻的增設時，如果住宅內部構件有明確的加固需求，施工人員還需要盡可能的將加固的影響控制在最小范圍之內，并且還要避免對門窗洞口產生明顯的影響。同時，施工人員應當在進行加固施工的過程中，預見框架結構住宅在加固的過程中可能產生的諸多問題，例如樓層承載力分配不均、因加固不當造成的強梁弱柱等，以便能夠在施工中做到及時應對。再比如，施工人員在對剪力墻結構住宅進行加固的時候，如果此類住宅內部同樣有加固的需求，那么施工人員還需要盡量采取局部墻體加固的方式，以此將加固施工的影響降至最低。

3.3 新型抗震加固方式

除了常規的一些農村住宅抗震加固設計之外，新時期建筑領域的不斷優化升級，使得越來越多的住宅抗震加固技術得以提出并實踐，在應用的過程中同樣取得了相對突出的成效。減隔震加固技術是一種全新的抗震加固技術，其所具有的減輕地震影響的作用，在蘆山地震中得到了證實。半主動控制地震技術，作為一種通過使用電流來對外部構件加以控制的方式，可以提高住宅的抗震效果。主動控制地震技術是一種基于半主動技術的升級，施工單位在改造農村住宅的過程中，在住宅內設置傳感系統，能夠及時感知到地震的程度，然后再通過反作用力來降低地震對住宅的破壞程度，由此達到保護和加固的作用。被動控制地震技術，主要是通過將住宅內部的系統支撐點進行擴張，并在此基礎上增加其中一部分結構的動能。這一技術能夠提高住宅自身的內部抗震能力[6]。當前我國對于被動抗震加固技術的應用，主要包括有擺動、支撐和混合等技術。部分農村地區在使用這一加固技術的時候，通常還會借助風的作用力來強化整個住宅的抗震強度，通過將地震對住宅產生的動能進行吸收和轉化，以便能夠在保護村民生命財產安全的前提下，緩解地震對住宅的破壞程度。除此之外，部分農村地區會結合區域內的地質條件和住宅結構，將主動控制地震技術和被動控制技術進行混合使用，通過將兩者的優勢進行結合，以便能夠實現內外部抗震加固能力的同步增強。當前可選擇的住宅抗震加固技術相對豐富，設計和施工人員可以結合農村所在區域的實際情況和住宅改造的現實條件進行綜合分析和靈活選擇，以此提高農村住宅抗震加固的針對性和實效性。

4.農村住宅抗震加固的施工

在對農村住宅進行抗震加固施工作業的時候，施工單位需要首先綜合考慮住宅的特點、住戶的要求等，有針對性的對施工方案進行設計和編制。在施工之前，施工單位、監理單位以及設計單位等，需要共同對農村地區的地震等級、實際情況、住宅現狀進行全面且細致的檢查，針對重點加固部位進行記錄。在檢查的過程中，如果相關人員發現有加固設計圖紙未包含的部分，需要在記錄和留存資料的情況下，及時和其他單位進行溝通，并在原有的抗震加固方案上進行補充和調整[7]。此外，施工單位還需要結合過往住宅抗震加固施工過程中存在的問題和風險，對此次施工中可能出現的問題，如裂縫發展、構件開裂、房屋傾斜等問題進行提前預警和判斷。對于前期監測環節就已經能夠確定的危險源，施工人員需要采取專項應對措施加以處理；對于前期監測難以查明的問題成因，施工人員需要秉持“前期預防、中期應對、后期維護”的基本原則，確保整個施工過程的安全性和實效性。在施工的過程中，施工單位還需要對施工中會用到的構件的尺寸進行測量，在發現數據出入時，需要及時與其他各方進行協商和討論。同時，對于施工過程中可能出現的細節問題，例如混凝土緊密度不夠、鋼筋銹蝕、墻體粉化等，施工人員需要在發現之初采取及時的應對措施，在應對不及的時候立即停工處理。

5.提高農村住宅抗震性能的建議

5.1 選擇合適場地，確保形式合理

農村地區在進行住宅建設和加固施工的時候，需要盡可能的避開土質疏松且易滑坡的坡地，避開河岸和湖邊，避開陡坡、軟弱土、液化土、人工填土等區域，同時還需要避開于抗震不利的地段，例如山頂或山脊等。在進行住宅的建設和加固之前，施工人員需要首先對選址區域進行勘探，必要的時候可以通過挖探坑的方式讓專業的地質勘查人員對地基進行確認。此外，所確定的房屋平面需要盡可能的減少凹凸問題，磚混結構的住宅墻體需要布置均勻對稱，讓住宅的抗震性能保持在良好的狀態。需要施工改造人員明確的是，磚混結構的住宅可能會在一定程度上限制住宅的自由分隔，同時采用這一結構的村民通常會在房屋裝修的時候忽視對抗震墻的設置，因此施工人員需要在進行建設和加固的過程中，同時兼顧室內的裝修，以便能夠確保住宅平面形式合理，且體型更為簡潔。對于非結構構件，例如女兒墻、樓梯、雨棚等部分的設計和施工，施工人員同樣需要明確這些構件對整個住宅安全性的重要影響作用。女兒墻設壓頂，能夠避免墻體開裂；避免使用預制懸挑樓板，能夠維護住宅的穩定性；確保雨棚滿足抗傾覆的要求，能夠提高房屋的耐久性。

5.2 控制加固材料，確保材料質量

為了確保農村住宅的抗震性能滿足國家規定的要求，施工單位需要在結合農村住宅實際加固需求的情況下，對施工材料進行選擇。通常來說，鋼筋、混凝土是住宅抗震加固施工期間最為重要的原材料，施工單位在依照方案進行原材料的購買時，需要指派專業人員進行材料的選擇和采購，以便能夠確保所選擇的材料都滿足設計和施工的要求。此外，在選擇原材料供應商的時候，施工單位務必對施工單位的信譽度和供貨能力進行選擇，并且還需要在材料進場之前對材料的智聯檢測證明報告進行核準，對于重要施工區域使用的材料，施工單位還需要對該部分材料的質量進行復查。施工單位通過堅決杜絕質量不達標材料進入施工現場，能夠有效避免在施工過程中出現質量問題，從而在源頭處為住宅的抗震加固質量奠定基礎。

5.3 減少能量輸入，明確設計方案

住宅抗震的實際效果，與設計人員具有直接的關聯。設計人員在對抗震加固方案進行設計的時候，如果能夠提前對農村地區的地質條件做出判斷、能夠提前預測區域內地震災害的影響力和破壞力，則能夠結合分析所得的結果對住宅結構的形變能力進行整體規劃和細節調整。設計人員需要結合農村住宅所處的地理位置和周邊環境，對住宅結構變形的數值進行估算，并以此為基礎來對抗震加固的措施進行選擇和優化，以便能夠更好的應對地震帶來的破壞力，減少地震的能量輸入。其次，施工人員在對住宅建設和改造工程進行設計和規劃的時候，可以適當的結合當前我國的抗震數據，結合農村地區的住宅結構和住宅所在區域的地震頻率等，對住宅的抗震效果進行綜合分析之后再進行設計和規劃。在設計環節，施工單位相關人員需要對住宅結構的抗震規則進行了解，以便能夠提高抗震加固設計方案的可行性和實效性，確保農村住宅的抗震能力能夠得到有效提升。

5.4 模擬地震作用，考慮住宅條件

除了加固技術之外，提高住宅抗震效能的方式還有很多，例如直接位移設計、位移影響系數等。直接位移設計主要是在施工之前，首先對材料的極限數據進行預期位移，以便能夠得到住宅抗震性能的相關數據。這一設計方法盡管能夠對住宅的抗震效果進行預測，但同時也存在一定的局限性，即所獲數據不夠精準，難以測量出績效數據之外的抗震效果。位移影響系數主要是通過對住宅的結構進行系統規劃，以此獲得住宅最大期望位移值，以此來對地震的作用力進行模擬和判斷。農村地區的住宅更多為獨棟住宅，因此相較之下更加適用于這一模擬方法。其次，由于住宅在遭受地震后會發生不同程度的損壞，這種損壞既包括了地震的動能，又與住宅自身的質量存在關聯。因此，施工單位進行設計和施工環節，在保證基礎設施條件相同的情況下，需要盡可能的控制住宅本身的重量。比如，軟土層地基區域的住宅層數如果太高，那么則會因為出現頭重腳輕的問題而產生更大的破壞性。

結語：

農村地區的住宅結構形式豐富多樣，不同結構的住宅其適用的抗震加固方式也存在明顯的區別。隨著新時期國家對農村住宅抗震加固改造設計和施工的重視程度不斷提高，基于新農村住宅產業化建設發展的研究也越來越多。需要注意的是，農村住宅的抗震加固是一項復雜且系統化的工程，其在設計和施工的過程中涉及的技術問題較多。基于此，相關部門人員在進行農村住宅抗震加固的過程中，還需要結合實際情況來對住宅的抗震性進行進一步的研究，在此基礎上對抗震加固的措施加以完善，以便助力農村住宅抗震綜合改革工程的全面展開。