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关于农村房屋抗震的思考

关于农村房屋抗震的思考

—— 汶川地震后对绵竹市清平乡房屋抗震调研报告

江阴市建设工程施工图审查中心邓宏凯

【摘要】通过对汶川地震后绵竹市清平乡房屋震害调研，比较了各类农村房屋常见的结构形式抗震性能，着重分析了砖混结构房屋损坏特点及场地对房屋抗震的影响，并提出了对农村房屋抗震改进建议。

【关键词】砖木结构砖混结构底框结构框架结构构造柱圈梁

2008年8月上旬，我们参加了江苏省江阴市对口援建绵竹市清平乡指挥部组织的村民房屋震后普查性鉴定。大地震给当地人民带来的深重灾难使我感慨颇多，从汶川大地震震害中的吸取教训，提高房屋抗震性能，是结构工程师义不容辞的责任。目前，我国多数人口仍然生活在农村，大多数农村房屋不仅仅没有抗震设计，甚至是基本的结构设计都没有。对于我们结构工程师来说，对汶川地震中农村房屋的抗震经验进行必要的总结，把一些简单的可操作性强的房屋抗震设计知识告诉给农民，对提高农村房屋的抗震性能、降低地震的灾害性后果大有好处。

绵竹市清平乡处于映秀镇至北川县城地震断裂带中部，强烈的地震摧毁了大量的房屋，按照1999年公布的中国地震烈度表，清平乡的地震烈度达到了 10-11度。

地震造成了大量地质灾害如山体崩塌、滑坡、巨石滚落等，造成大量人员伤亡和失踪。地震引起的地质灾害还造成了大范围的堰塞湖，给救援和震后修复工作，造成了极大不便。

图1 山体滑坡下掩埋了一个自然村

一．不同结构类型的农村房屋的抗震能力比较

清平乡村民房屋基本以单层砖木结构和二三层砖混结构为主，少数为框架或底框结构。震后调查发现：

1、单层砖木结构

以单层砖木结构房屋（多数为上世纪七八十年代建造，或为新建房屋的辅房）；基本为小开间，双坡顶，砖墙承重，无构造柱及圈梁，房顶多为檩条瓦屋面，房屋高度较低矮。单层砖木结构的房屋基本倒塌或严重损坏。

图2 残存的砖木房屋

在强烈地震作用下，砖木结构房屋倒塌不足为奇。因为此类房屋墙体无构造柱和圈梁拉结约束，檩条与墙体也无拉结，房屋空间刚度差，而墙体多为灰砂砌筑，故砌体的抗拉、抗弯及抗剪强度都很低，所以在地震作用下极易倒塌。

2、砖混结构

二三层砖混结构楼房基本上为2000年以后建造，这类房屋存在不同程度的损坏，但有相当多的房屋没有直接倒塌，为村民赢得了逃生的时间。这类房屋的特点是：房屋四角大都有构造柱，设有圈梁，楼面多采用预制多孔板，少数为现浇板，屋面多为檩条瓦屋面，少数为平屋面。统计表明该类房屋约30%严重损坏，但倒塌的不多，约70%为中度或轻微损坏。

图3 门窗洞角部破坏

不设构造柱及圈梁的砌体结构房屋，初始刚度是可以的，但由于砌体材料各项力学性能尤其是抗剪性能差，在往复地震作用下，房屋结构的承载能力变得更差，结构延性更是无从谈起。在反复地震作用下，门窗洞口及局部凹凸等薄弱处首先开裂甚至破坏，墙体随之不断开裂破坏，最终导致房屋破坏。而设置了构造柱及圈梁的砌体结构，由于墙体四周有钢筋混凝土构件的嵌固约束，墙体的开裂得到延缓，耗散了大量的地震能量，较好地保存了房屋刚度，提高了房屋的抗震性能。

3、底框结构和框架结构

2000年以后建造的二三层楼房中，有少数框架结构和底框结构房屋。震后鉴定发现：底框结构房屋（仅二~三层）基本上倒塌或严重损坏。

图4 倒塌的底框房屋

图5 倒塌的底框房屋

框架结构房屋抗震性能较砖混结构没有明显提高，甚至还稍不如设置了圈梁构造柱的砖混结构。具体讲，底部空旷，上部隔墙较多的框架结构，由于上部填充墙对框架结构的刚度影响，造成上下刚度明显不同，并形成头重脚轻的荷载分布特点，破坏情况与底框结构很类似；上下刚度较均匀的框架结构，破坏情况要好些，但由于本身刚度不是很好，立平面多不规则，加之填充墙倒塌较严重，与同高度的砖混结构相比，抗震性能未有明显提高。

4、特别值得一提的是村民搭建的木结构简易棚架，由于荷载小，构件与节点有一定的延性，得以保存。

图6 简易木棚未破坏

二．砖混结构房屋的震后损坏特点

在强烈地震作用下，砖混结构房屋破坏有以下特点：

1. 平立面简单、规则的房屋抗震性能优于平立面复杂不规则的房屋。凡平面立面复杂、不规则之处，地震时荷载传递路径不顺畅，易产生应力集中，导致这些部位先行破坏，进而影响到整个结构。

2. 刚度好的房屋抗震性能优于刚度差的房屋。震后鉴定时多次发现在同一地点，高度较高、开间较大的房屋震害重于低矮、开间较小的房屋。刚度好意味着承受地震作用能力强。

3. 室内隔墙破坏较山墙严重。震后鉴定中发现：山墙有轻微损坏时，室内隔墙至少中度破坏。这是因为山墙一般较室内隔墙完整，并一般贴有面砖，抗震能力优于室内隔墙。而且，由于山墙分担的竖向荷载一般小于室内隔墙，所承受的地震作用也较室内隔墙小。

4. 普通粘土砖砌筑的房屋优于砼空心砌块房屋。砼空心砌块砌筑的墙体各项力学性能一般不如普通粘土砖墙体，也更容易出现砌筑缺陷，加之砼空心砌块本身强度不高，所以砼空心砌块房屋受损严重。

图7 砼空心砌块房屋破坏严重

5. 突出主体的构件破坏严重。例如当地屋顶多为双坡檩条瓦屋面，突出的屋脊部位一般无圈梁拉结，刚度差，常出现主体较完好，屋顶严重损坏现象；入户雨篷（包括设有落地钢筋砼柱的入户雨篷）、悬挑阳台、突出的小墙身破坏相对较严重。原因是这些构件相对突出于主体结构，地震作用下易应力集中，而构件自身承载力又往往较小，故易破坏。

图8 突出主体的构件破坏严重

6. 门窗洞口损坏较其他处严重。其中特别是主入口大门两侧墙体，往往是整个房屋中损坏最严重的部位之一。

7. 预制构件造成的破坏严重。面广量大的预制构件是预应力多孔板，由于这种构件自身延性差，与主体结构嵌固拉结不牢靠，地震中造成大量的人员伤亡，被群众称为“棺材板”。还有一种危害大的预制构件是预制悬臂楼梯，虽然数量不多，同样倒塌严重，使本来的“逃生通道”变成“死亡之路”。

三．场地对房屋抗震性能的影响

绵竹市清平乡地处山区，建造在山体崩塌滑坡场地上的房屋无一幸免，人员大量伤亡。另外，滚落的块石也造成了相当程度的房屋破坏。

在没有发生明显地质灾害的场地上，房屋的受损情况成区域分布的特征。即一定场地区域内同一结构形式的房屋受损情况基本一致；不同场地区域即使是结构形式相似，受损情况差别也很大。

农村民居具有这样的特点，各种结构形式、各个建成年代的房屋呈零散状分布，即分布基本是均匀的，按理不应出现房屋破坏呈区域状分布的现象。但是震后调查表明，房屋受损的区域特征十分明显。这是为什么呢？

我认为原因有以下几点：

首先房屋破坏呈区域状分布，可能与地震波的传播特征有关，地震峰值加速度在不同区域的大小是不同的。峰值加速度较大的区域，房屋破坏就严重；峰值加速度较小的区域，房屋破坏就较轻。由于现场房屋各类破坏程度的边界难以确定，地形起伏较大，地表障碍物较多，场地内的房屋又承受了不同震源、不同传播方向的余震多次，所以我们未能找到房屋破坏呈区域分布与地震波传播有关的直接证据。

其次房屋破坏呈区域状分布与场地范围内的土层分布有关。震后鉴定时，在与陪同村干部交流中发现有这样一个现象：建造在坡地岩基上的房屋破坏相对较严重，而基础下有一定厚度覆土层的房屋破坏相对较轻，特别是建造在用磷矿矿渣回填地基上的房屋，破坏相对更轻微。覆土层和矿渣垫层有如天然的“隔振垫”和“滤波器”，有效的降低了地震峰值加速度，很好的保护了房屋结构。

图9 覆土层上得以保存的建筑

四．关于农村房屋抗震的思考

现行的结构抗震规范结构基本能满足了结构抗震的需要。5.12汶川大地震的震级高于唐山大地震，而死亡人口远少于唐山大地震，是最好的证明。

对绵竹市清平乡的震后普查，引起了我们对农村房屋抗震的思考。农村房屋的结构形式大多采用砖混结构，而且通常层数不高，体型不大。提高多层砖混结构的抗震性能是提高农村房屋抗震能力的关键，必须十分注意以下几个问题：

1、要高度重视构造柱和圈梁的设置

汶川地震再次表明，设置构造柱和圈梁能够有效地提高砖混结构的抗震能力。造价不高的构造柱和圈梁，在地震中成为人们救命柱和保命梁。这一点在日后的民居建设中应予以十分重视。

2、要禁止预应力多孔板的使用，多次震害表明，预应力多孔板是造成人员伤亡的重要原因，是到了下决心禁止的时候了。从现场叠合现浇层对预应力多孔板帮助不大。

3、房屋选址很重要，应坚决避开易发生山体崩塌及滑坡的场地，尽量选择平坦开阔地段建设房屋。地震高发区多为丘陵、山区的，加之我国人口多的基本国情，实现上述目标极不容易，所以统筹集中建设城镇化农村房屋十分必要。

4、根据地震工程学的原理，地震作用是“有选择的破坏作用”。岩基上的房屋破坏严重；土层上的房屋则破坏较轻。在地震多发区，农村建设规划部门要考虑到这一点。

5、“迄今为止，结构的抗震设计是一门艺术，还不是理性的科学”。无论如何复杂大量的计算，也不能取代建筑平立面简单、规则、对称的重要性。房屋抗震，建筑设计是很关键的。建筑设计应本着“安全、美观、经济”的原则，使房屋的平立面较规则，造形相对简单、构件设置合理、开间和层高较适中，为结构抗震提供良好的前提条件。

6、不要忽视低层建筑、砖混结构房屋的抗震概念设计，规范中应该增加对低层建筑、砖混结构房屋的规则性判断指标。

7、绵竹市清平乡的抗震调查发现：农民搭建的木结构简易棚架，在大地震中很多得以保存。这使我们再次意识到，地震作用是“惯性力”，其大小与质量成正比。所以开发和使用重量轻的建筑材料对结构抗震十分重要。

北美国家流行的钢木结构房屋，由于房屋自重小，地震作用下惯性力小，构件及节点抗震延性好，即使破坏对人伤害相对较轻，是一种很好的抗震房屋。尽管钢木结构房屋在短期之内不大可能成为农村建筑的主流，但这种思路值得借鉴。

8、在高烈度区禁止使用底框结构。

9、建议在规范和主流设计程序中，定量考虑框架结构填充墙的对结构刚度的影响。建议开展必要的研究，正确考虑填充墙在地震作用中承担地震力的问题以及填充墙与框架柱的相互作用问题，并将有关科研成果转化为可以操作的规范条文。

参考文献

1、《建筑抗震规范》 GB50011-2001

2、《结构概念和体系》. 林同炎、S.D.斯多态斯伯利著. 高立人、方鄂华、钱稼茹译

3、《高层建筑结构概念设计》 高立人、方鄂华、钱稼茹编

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