甘孜州鄉城白藏房生土民居房屋抗震技術探討

【摘 要】白藏房是具有傳統建筑風格的地域性建筑，墻體采用當地常見的天然土體材料，進行夯實成型，與木構件組合承載，屬土木混合結構。為了降低白藏房建設中的木材消耗，同時改善生土墻體的強度及房屋的整體抗震性能，從墻體材料、房屋場地選擇、建筑、結構和施工等方面提出了若干建議。

【關鍵詞】白藏房； 生土改良； 結構設置； 抗震技術

【中圖分類號】TU352.11【文獻標志碼】A

0 引言

鄉城縣位于川西北地區，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，民房抗震存在安全隱患。鄉城縣海拔高，森林樹木生長緩慢，傳統建造的白藏房，屬于土木混合結構［1］，需要大量砍伐樹木，對生態環境是巨大破壞。為全面貫徹“實施鄉村振興戰略”，重點專項是推行“綠色宜居村鎮技術創新”，并落實“產業興旺、生態宜居、鄉風文明、治理有效、生活富裕”的總要求，依靠科技創新引領和支撐建設具有中國特色的社會主義新農村、培育農村發展新動能、助推扶貧攻堅，解決我國當前城鄉區域發展不平衡、不充分的緊迫任務，實現全面建成小康社會的必然要求。鄉城縣的天然木材越來越少，很多人進入深山老林砍伐木材，不僅破壞了環境，所建造的房屋還不能達到相應的抗震要求。經調研，目前正在施工的鋼筋混凝土白藏房外墻由生土拌合夯實，這樣情況下外墻墻面容易發生開裂；內部所有隔墻（非承重墻）墻材料使用的是混凝土實心磚，重量大，藏民只是簡單把其用于填充隔墻，完全沒有拉結、構造柱等構造措施，一旦發生地震，極易發生倒塌，造成生命財產損失。如果不考慮抗震措施，新型白藏房甚至不如千百年來傳統土木結構白藏房安全。

當前，對于白藏房生土建筑進行研究，在人類社會進入生態文明的今天，其意義更加深遠。已超出解決貧困地區的住房、改善窯居環境的研究，也不僅僅是對文化遺產的發掘與整理。

基于上述分析，課題研究針對鄉城縣政府對傳統白藏房民居采用鋼筋混凝土結構代替木材結構進行優化設計研究。在不改變白藏房特色民居結構風貌的前提下，開展對房屋墻體材料改進、內部結構的抗震性能優化設計和對低成本環境友好型替代材料的研究，并提出有利于試點推廣的方案、機制和政策建議，積極助推川西北農房生態示范區建設。

1 墻體材料改良

白藏房墻體，選用當地常見的生土材料，經夯實而成，如圖1所示。待墻體施工完成后（圖2），墻面用白漿粉飾。在夯筑室內地面時，特別采用當地的阿嘎土，在吐蕃時期就已經被用作建筑材料［2］，其主要成分為硅質石灰石［3］，不同地域的成分含量有所區別。外墻厚度在0.5～2.0 m之間，較一般生土結構墻體的厚度大，內墻面豎直，外墻面隨高度增加向內收窄，墻體的橫截面呈梯形，收分角度為5°～7°，比例為1/10-1/60［4］。圖3為建成后的白藏房。

摻加石灰是提高土體強度的有效途徑之一。石灰屬于傳統的氣硬性建筑材料，因為與空氣中的CO2發生化學反應，形成CaCO3，在生土材料加入石灰得以改進生土墻體的力學性能。相關的研究有：在生土材料中加入石灰后，土體的孔隙結構有所改善，抗壓強度、抗剪強度及剪切模量等較素土均有提高，收縮變形明顯減小，受力性能得到提高［5］。通過在土體中摻加不同比例的石灰（3%，5%，7%和9%），在不同齡期，分別對灰土試塊的收縮性、無側向抗壓強度和劈裂抗拉強度等指標進行了室內試驗，結果表明：灰土的收縮變形值較素土降低，抗壓及抗拉強度值亦有所提高［6］。在黃土夯筑墻和干制坯中摻入石灰，通過制作灰土體積比為1∶10的試塊，試驗結果表明：強度較原黃土有一定的提高［7］。在攀西地區常見的昔格達生土材料中，摻入磨細的生石灰粉，按灰土體積比例為2∶10和1∶9，分別進行實驗，并摻入重量比為0.5%的碎稻草，以增強土體韌性，改善土體抗裂性能，試驗表明：土體的抗壓強度均有提高［8］。在生土材料中單摻石灰，通過改變石灰的摻加量，對各試塊進行強度試驗，結果發現：當石灰摻量為10%時，對生土的強度影響最大，效果明顯［9］。在膨脹土中加入石灰作為改良劑，然后對膨脹土的物理、力學性能進行了試驗，表明其壓實性、膨脹性以及承載比等指標均有明顯的改善［10］。

從上述研究資料及經驗可以看出，摻加石灰對提高生土材料的強度有一定作用，在白藏房的生土墻體中，加入適當的石灰勢必會提高墻體的強度和整體性，提高抗震性能。

2 建房場地選擇

場地對房屋抗震有明顯的影響，選擇適宜的場地是建房中至關重要的內容。GB 50011-2010（2016年版）《建筑抗震設計規范》［11］對不同類別的地段對建筑抗震的影響程度進行了分類。

2.1 房屋選址

選址具體要注意幾點：

（1）選擇地勢平坦、開闊、土層密實、均勻或穩定巖體等有利的地段。

（2）不宜在軟弱土層、可液化土層、河岸、湖邊、古河道、陡坡、松軟的人工填土以及孤突的山頂或山脊等不利地段建房。

（3）不應在可能發生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流以及有活動斷裂、地下溶洞等危險地段建房。在此類危險地段上，即使上部結構的安全滿足要求，但如果遇到地震等自然災害，次生災害的發生會影響建筑物及人的生命財產安全。

2.2 安全場地的主要標志

安全的場地具有特征：遠離河岸、斷裂帶、古河道；場地比較平整，地基土質密實，周圍沒有滑坡、落石等不良地質現象；離斜坡邊緣要有足夠的安全距離；房子與高大塔架、樹木的距離較遠。

3 建筑及結構布置注意事項

地震作用下，為了使墻體及構件受力均勻，避免發生過大的應力集中現象，房屋墻體的平面布置中，應避免拐角或突出。縱橫向承重墻及柱等結構構件宜均勻布置，不宜錯開，在平面內宜對齊，沿豎向應上下連續；在同一軸線上，窗間墻的寬度宜均勻。此外，多層房屋的樓層不應錯層，不應采用板式單邊懸挑樓梯。在同一高度內采用相同材料的承重構件［11］。

4 房屋抗震技術及措施

4.1 減輕結構自重

減少上部結構的自重是降低地震作用的有效途徑［12］。房屋的屋蓋應選擇輕屋面材料，傳統的燒結瓦片，自重偏大，且施工麻煩。此外，為了保護生態及自然資源，可采用輕型屋面瓦材料，如玻璃鋼瓦、玻纖胎瀝青瓦、彩鋼瓦、塑鋼瓦、金屬瓦和樹脂瓦等，目前，還出現了彩石金屬瓦、太陽能屋面瓦等功能性復合屋面瓦［13］。

4.2 采用鋼筋混凝土梁、柱構件

采用鋼筋混凝土梁、柱構件代替木構件傳統的白藏房，會使用到大量的木材，不利于生態保護及綠色可持續發展。因墻體厚度大，為了提高整體性，墻體內部的柱與柱之間、柱與周圍的土體間應該實現可靠的拉結。

4.3 設置圈梁

圈梁不僅有利于抵抗墻體的豎向不均勻沉降，提高墻體抗裂縫的能力，同時能有效加強生土墻房屋的整體性。因此，應在每層設置圈梁，并在橫墻上拉通。圈梁的形式有：配筋磚圈梁、配筋砂漿帶和鋼筋混凝土圈梁等。

在白藏房的規劃和建設中，除了采取上述建筑及結構等措施以外，在施工的過程中，還應做好生土墻體的防潮防雨工作。在房屋四周的室外地面，亦應做散水。

5 前景展望

開展該項目的應用研究，使藏房生土建筑滿足藏民居住的基本要求，實現安全性和耐久性的要求，是部分藏民的要求，鄉城縣藏民如果采用改良的生土建筑，結構強度達到要求，外墻再刷白、美化，就實現了村容整潔的要求。同時，藏民節約建設資金5萬元，相當于藏民增收5萬元，效益顯著。生土建筑生態指標優良，屬于真正的綠色建筑，環境友好，能夠循環使用，無任何建筑垃圾，無建筑能耗與排放，是節能減排的最佳方式，在藏房中應積極支持和推廣。

6 結論

綜上所述，為了減少白藏房對木材的依賴，提高抗震性能，可從幾點著手：

（1）因石灰對土體的強度具有提高作用，在白藏房所采用的天然生土材料中，可加入石灰進行改良，提高夯土墻體的強度。

（2）選擇良好的建設場地，不僅避開了不良土質問題，同時避免出現不良地質現象。

（3）建筑平面布置合理，墻和柱結構構件的布置應均勻、豎直方向連續。

（4）采用輕屋面瓦材料以減小上部結構自重，降低地震作用；采用混凝土梁、柱代替木構件，同時應加強各部分之間的連接；通過設置圈梁等措施，提高白藏房的抗震性能。

參考文獻

［1］ 劉托.尋訪鄉城白藏房［J］.民藝，2021（3）：112-115.

［2］ 李玉香.話說“阿嘎土”［J］.中國西藏（中文版），1995（1）：33.

［3］ 李黎，趙林毅，李最雄.中國古建筑中幾種石灰類材料的物理力學特性研究［J］.文物保護與考古科學，2014，26（3）：74-84.

［4］ 成斌，吳霞，羅川淇，等.藏式白碉房民居的建筑立面裝飾構造研究［J］.城市建筑，2019，16（34）：67-70.

［5］ Pekmezci B Y， Kafesioglu R， Agahzadeh E. Improved performance of earth structures by lime and gypsum addition［J］.METU Journal of the Faculty of Architecture，2012，29（2）：205-221.

［6］ Subhradeep Dhar amp; Monowar Hussain.The strength and microstructural behavior of lime stabilized subgrade soil in road construction［J］. International Journal of Geotechnical Engineering.

［7］ 王峻.黃土地區農村民房生土建筑墻體材料抗震性能試驗研究［J］.西北地震學報，2005，27（2）：158-162.

［8］ 陳偉，焦濤，孫金坤，等.昔格達生土農房抗震技術研究［J］.工程抗震與加固改造，2008，30（1）：94-98.

［9］ 楊永，張樹青，榮輝，等.石灰基材料對生土改性效果及機制研究［J］功能材料. 2019，50（4）：67-72.

［10］ 項國圣，葛磊，謝勝華，等.鋼渣和石灰改良膨脹土的工程特性研究［J］.安徽建筑大學學報，2023，31（1）：30-34.

［11］ 《建筑抗震設計規范》： GB50011－2010（2016年版）［S］.中國建筑工業出版社.

［12］ 李有芳，杜洋，王詩文，等.結構減震隔震設計最優化問題研究［J］.世界地震工程，2019，35（3）：204-209.

［13］ 王科穎，權宗剛，浮廣明，等.我國屋面瓦標準體系發展現狀［J］.磚瓦，2020（10）：41-42.

［基金項目］住房和城鄉建設部2021年科學技術項目（項目編號：2021-K-155）;大學生創新創業訓練計劃項目重點項目（項目編號：S202011360042）

［作者簡介］孫金坤（1975—），男，碩士，教授，研究方向為結構工程。