引言

2008年5月12日发生的汶川8.0级特大地震,造成69225人死亡和17923人失踪,近500多万间房屋倒塌和2000多万间房屋损坏,其中农村民居的损毁尤其惨重。为了减轻地震对村镇房屋的破坏,减少人员伤亡和经济损失,住房和城乡建设部于2008年6月13日发布了《镇(乡)村建筑抗震技术规程》,并于2008年10月1日起实施(中华人民共和国住房和城乡建设部,2008)。江苏省是我国东部地区中强地震活动水平较高的省份,同时也是地震灾害较为严重的省份。在我国江苏省属城镇密集和经济发达的省份,如果一旦发生中强地震灾害,对人民的生命和财产、经济建设和社会发展等都可能造成重大影响和损失。统计表明,在我国地震烈度Ⅵ度及以上地区的面积约占全国总面积的79%以上,同时5级以上破坏性地震大多数发生在广大的农村地区,其中就包括江苏省的农村地区,一旦遭遇破坏性地震往往造成严重震害(宋龙伯,1990)。因此,在重视农村民居抗震设防的基础上,研究农村民居抗震措施与加固方法具有重要的现实意义。

本文通过对常熟市、扬州市、姜堰市和邳州市部分村镇的农村民居抗震措施基本情况进行调查和分析,阐述了江苏省农村民居结构类型、集中住宅区建设、抗震性能的典型问题等,并提出了针对江苏省农村民居的加固方法和具体的抗震措施。

1 江苏省农村民居建筑类型

本文采用现场抽样调查和访谈村干部、居民相结合的方式进行抗震措施调查,首先分析了农村民居的建筑设计和结构体系。根据对上述4个调查区村干部的详细介绍和大致统计,得到了常熟市辛庄镇双浜村人口为3330余人,住户为870余户;扬州市李典镇伏固村人口为2300余人,住户为650余户;姜堰市华港镇溪西村人口为2450余人,住户为710余户;邳州市港上镇港中村人口为4150余人,住户为960余户。上述各调查点农村民居不同建筑年代的比例见表1,房屋结构类型见表2。

表1 各调查点农村民居不同建筑年代的比例 Table 1 Proportion of rural buildings with different construction ages
表2 各调查点房屋结构类型现状 Table 2 Types and proportion of rural buildings in different villages

江苏省北部(邳州市)、中部(扬州市和姜堰市)和南部(常熟市)的农村民居,一般是由当地的建筑工匠根据房主的经济条件和具体要求,按照当地群众传统的生活习惯和气候条件建造的,其特点是结构简单,布局基本一致,就地取材,造价低廉,在2000年及以前的农村民居,通常未经过正规设计。然而,在2000年以后修建的房屋,则一般在底部有配筋圈梁,可以加强结构的整体性并提高了墙体的抗倒塌能力。而最近几年建筑的楼房,甚至在上部也有配筋圈梁。同时,部分富裕的农民在建房时还增加了钢筋混凝土构造柱等抗震措施。但是,由于江苏省北部、中部和南部的农村民居在地理位置和经济发展水平上存在差异,因此在房屋的建筑形式和建筑风格上都表现出一定的地域性。

常熟市属于江苏省南部,经济发达,人口密集。常熟市辛庄镇双浜村的经济条件很好,农村民居大多数是2层楼房,在近15年修建的农村民居占70%左右,一般采用现浇混凝土楼板较多,多数楼房可以抵御地震基本烈度Ⅵ度至Ⅶ度的影响。然而,由于当地的中小型企业比较多,农民工大多数租住在低矮的瓦房里或租用瓦房作为店面从事经营活动,这样的房屋其建筑材料质量较差、施工技术简单、造价成本低廉、抗震性能较差,如图1所示。双浜村在1990年及以前建造的农村民居基本上也是楼房,尽管施工质量比较好,房屋的跨度和进深尺寸也比较适中,但是多数楼房采用的是预制楼板,其抗震性能还有待于进一步改善。

扬州市李典镇伏固村和姜堰市华港镇溪西村,在1990年及以前建造的农村民居占55%以上,其中伏固村多数为2层砖混结构楼房,采用预制楼板较多,且有部分空斗砖墙承重房屋,如图2所示;而溪西村多数为砖墙木构架承重平房,包括老式穿榫木架、老式柁架和简易木架3种,而且基本上为硬山搁檩屋顶,这是江南农村传统的建筑结构形式,量大面广,如图3所示。砖墙木构架承重平房屋盖结构的整体性能差,主要表现在梁与檩条直接搁在山墙上没有必要的拉件连接。有的房屋采用木柱与砖柱、木柱与石柱混合的承重结构,没有达到《镇(乡)村建筑抗震技术规程(JGJ161-2008)》(中华人民共和国住房和城乡建设部,2008)结构体系的要求。伏固村和溪西村在1991年及以后建造的农村民居占45%左右,多数为砖混结构楼房,采用现浇混凝土楼板较多,部分采用圈梁和构造柱结构,施工质量也比较好,具有较好的抗震性能。同时,在双浜村和港中村新建造的大部分房屋,已经严格按照正规设计和审查通过的图纸进行施工,从而确保了房屋的工程质量,保证了农民新居的抗震设防工作得以顺利实现,如图4所示。

邳州市港上镇港中村的农村民居,在1990年及以前建造的农村民居占35%左右,其中有部分砖柱土墙房屋或土墙承重结构房屋,采用砖柱或土墙支撑木屋架,这种房屋结构建造简便,是一种老式民居经常采用的建造形式。对于砖柱土墙房屋而言,由于墙体和砖柱是两种不同材料,又相互不咬接,在水平地震荷载作用下,转角处极易发生上宽下窄的竖向裂缝,使土墙与砖柱脱开或土墙顶部破坏(宋龙伯等,1984)。土墙房屋的墙体可分为两种:一种是以细粉砂土加麦草捣制的土墙;另一种是干坯垒砌的土墙。后者一般都用土坯卧砌。由于风吹日晒的作用,有的墙体出现剥蚀分裂,如果一旦发生地震,这种土墙房屋的墙休肯定会开裂,甚至引起局部墙休的例塌而引起屋顶塌落,如图5所示。港中村的农村民居,在1990年及以后建造的农村民居占65%左右,由于当地居民的防震减灾意识比较强烈,在经济条件允许的条件下,居民愿意增加经费提高房屋的抗震性能。

2 江苏省农村民居集中住宅区建设

近年来,江苏省相继出台了《江苏省村镇建设管理办法》和《江苏省农村抗震防灾工作暂行规定》等,对做好村镇建设防震抗震工作有了明确的规定,使农村民居抗震防灾有法可依。同时,为了推进社会主义新农村建设,实现城乡一体化,改善农村居民的生活质量,促进土地资源有效配置和综合利用,在总结农村民居抗震安全工程建设的基础上,分别在上述4个调查点的所在地区加快了农村居民集中居住区建设,取得了较好的效果。在邳州市港上镇前湖村(江苏省农村民居防震安全工程试点)、姜堰市华港镇溪西村、扬州紫阳苑安置小区和常熟市辛庄镇昌乐小区,农村居民集中居住区布局合理、环境优美、基础设施配套,其主要建筑形式有2种:联体房和独院房,如图6所示。

农村居民集中居住区的抗震设防烈度符合《建筑抗震设计规范(GB50011-2001)》(中华人民共和国住房和城乡建设部等,2008)的要求并达到了设防标准,如扬州紫阳苑安置小区采用剪力墙结构,具有较好的强度和变形能力,抗震性能相对较好。

常熟市人民政府转发市建设局、地震局《关于加强农民集中居住区建设工程抗震设防工作的意见》、扬州市政府印发《扬州市防震减灾“十一五”规划和2020年远景目标》和邳州市政府印发《建设工程地震安全性评价和抗震设防要求管理规定》等为农民集中居住区建设抗震设防要求和管理工作等提供了有力的政策支持。农民集中居住区建设有利于推广使用农村民居抗震设计图集,使广大农民把建设安全农居作为维护自身安全和防止因灾返贫的自觉行为,以点带面逐步改变了农村民居基本未设防的状况,切实提高了农村民居的抗震性能。

3 江苏省农村民居抗震性能的典型问题
3.1 农村民居的场地、地基和基础

对于大多数农村民居而言,建筑场地宜选择在对建筑抗震有利的地段,避开不利地段;当无法避开时,应采取有效措施;不应在危险地段建造房屋。同时,应在地基上选择合适的基础型式建房,以保证房屋的安全性。然而,课题组在此次调查过程中发现,部分调查点在1990年左右建筑的房屋均表现出场地、地基和基础存在一定的安全隐患。如姜堰市华港镇溪西村鲁汀河岸边缘的农村民居,其建筑场地属于不利地段,如图7所示。在5月12日汶川地震发生时,鲁汀河河面曾出现1.5m左右的涌浪,部分居民家里被水淹没,水深达膝盖。同时,溪西村部分农村民居建筑在小河的边缘,地基中有淤泥、可液化土等土层,没有采取垫层换填方法进行处理,基础采用桩基础的形式,但是,桩基的埋深、间距以及尺寸等未进行科学论证和正规设计。这些民居建筑在地势较低的地段,由于地下水位较高,一旦发生地震其软土地基可能存在不均匀沉陷,导致墙体出现倾斜、裂缝、倒塌等,影响民居的安全和正常使用,甚至可能危及村民的生命。

邳州市港上镇港中村的部分农村民居,其基础开挖和埋深都很浅,有些甚至没有基础,而直接建筑在裸露的表土层上,形成了内、外无可靠连接的“两层皮”,如图5和图8所示。这样的农村房屋在地基上不具有足够的稳定性,一旦发生地震会产生过量的变形,甚至发生地基整体强度破坏,最终将导致建筑物的开裂或倾斜,削弱建筑物的坚固性或影响正常使用,其后果十分严重。

3.2 农村民居的墙体通道

在调查中发现,有的农民为了生活的方便,在砖混结构房屋承重墙上随意预留通道,其尺寸大于2.0m×2.0m。如在常熟市辛庄镇双浜村的吴女士家中,右侧墙上有图9(a)所示的通向厨房的通道,当笔者询问时,她说为了进出厨房方便,不打算封堵通道来提高房屋的抗震性能;在邳州市港上镇港中村的王先生家中,左侧墙上也有图9(b)所示的通向厨房的通道,当笔者询问时,他说通道对房屋的抗震性能影响应该比较小,在必要的情况下可以封堵通道或进行改善通道受力特性来提高房屋的抗震性能。

震害研究表明,当承重墙体上有通道时,容易产生斜裂缝、“八字”形裂缝、“X”形裂缝和垂直裂缝等,甚至局部可贯通至墙体(葛学礼等,2001)。在农村民居进深宽、开间大的基础上,当房屋平、立面布局不合理、结构不规则时,墙体上的通道可导致刚度变化大,可能引起角部应力集中,使水平剪力传递分布不均匀,进一步削弱房屋的整体抗震性能(郭容等,2001)。

此外,由于邳州市港上镇港中村位于郯城-庐江断裂带附近,抗震设防烈度为Ⅷ度,村民的防震减灾意识较强,大多数居民意识到了房屋抗震措施的重要性并懂得基本的逃生方法(中华人民共和国住房和城乡建设部等,2008)。相对而言,常熟市辛庄镇双浜村、扬州市李典镇伏固村、姜堰市华港镇溪西村的村民,其防震减灾意识均比较淡薄,尽管扬州市和姜堰市的抗震设防烈度为Ⅶ度,并在1990年2月10日曾发生过常熟-太仓5.1级地震。


(a)农民工租用的店面

(b)农民工租住的瓦房
图 1 农民工租用和租住的瓦房 Fig. 1Houses with tile structure rented by rural workers

(a)砖混结构楼房正面

(b)砖混结构楼房背面
图 2 砖混结构楼房 Fig. 2Brick-concrete structure building

硬山搁檩屋顶a

硬山搁檩屋顶b
图 3 硬山搁檩屋顶 Fig. 3Houses with purlin roof and wooden frame structure

新建房屋的地圈梁

新建房屋的构造柱
图 4 新建房屋的地圈梁和构造柱 Fig. 4Ground ring beam and constructional column in new building

(a)砖柱土墙房屋正面

(b)砖柱土墙房屋背面
图 5 砖柱土墙房屋 Fig. 5An old house with brick column and adobe wall structure

(a)联体房

(b)独院房
图 6 农村居民集中居住区 Fig. 6Residential district of rural residents

图 7 河岸边缘的房屋 Fig. 7A house built at river bank

图 8 基础在地面上的房屋 Fig. 8A house with naked ground base

(a)通向厨房的通道

(b)通向客厅的通道
图 9 房屋承重墙上的通道 Fig. 9Open aisles on main wall

图 10 预制楼板搁置在墙体上 Fig. 10Pre-casting floor built on wall

图 11 墙体开裂房屋 Fig. 11Wall with cracks
3.3 农村民居的预制楼板

在实际农村民居建设工程中,由于使用空心预制楼板的砖混结构相对于现浇钢筋混凝土板比较经济,所以在江苏省的部分经济相对欠发达地区,农民受经济条件的限制,曾经采用预制楼板作为主要的建筑类型。在1990年左右建造的房屋,部分楼房采用预制空心楼板或预制平板,由于其一般是搁置在两端的墙或梁上,连接不牢固,一旦发生地震容易被甩出甚至滑落,造成重大危害;或由于两侧承重结构的相对移位而塌落,其抗震性能明显比现浇钢筋混凝土楼板要差,如图10所示。同时,预制楼板沿预制板间拼接缝处可能出现贯通裂缝,普遍存在渗漏现象危及承重墙,容易产生墙体剥蚀、开裂等。在汶川8.0级地震中,由于预制板结构房屋墙体抗剪性以及面外抗弯的延性较差,房屋的整体性、牢固性不够可靠,使得建筑物很难确保“大震不倒”的抗震设计目标,其中最突出的表现就是中小学校舍倒塌严重(黄承逵,2008)。在江苏省内的大多数地区,自上世纪90年代中后期起,已逐步在砌体结构中淘汰了预制板,而改用现浇钢筋混凝土楼板,这极大地提高了楼板的整体性和住宅结构的牢固性。

3.4 农村民居的墙体开裂

由于1980年及以前建造的部分农村民居年代比较久远,而且年久失修,出现墙体开裂、剥蚀等现象,即使在低烈度地震影响下也会产生破坏甚至倒塌等,如图11所示。大部分空斗墙或实心砖墙房屋的灰浆较差,水平灰缝和竖直灰缝饱满度不够,采用掺灰泥或粉细砂白灰浆,无严格的配料比,少数采用水泥砂浆砌筑(中华人民共和国住房和城乡建设部等,2008)。同时,墙体的建材质量和施工质量都相对较差,采用手工砖、旧砖、碎砖或新旧砖混砌,有的房屋还使用拆下的旧木材,一般在农村工匠带领下由亲戚朋友帮助建房,其施工队伍技术较低,施工质量难以保证,因此,房屋墙体的整体性能和抗拉、抗剪性能较差(王兰民,2006)。一旦发生较强地震,墙体容易产生剪切破坏和震动、摆动,导致墙体出现裂缝、倾倒和塌顶等破坏现象。

4 江苏省农村民居加固方法

正确指导农民建房是地震工作者义不容辞的任务,努力提高农村建房的综合抗震性能以及采用简单易行、安全可靠和经济实惠的加固方法,则对农村的现实状况具有重要意义。农村房屋是否进行抗震加固,不仅在于地震时能大大减轻地震灾害,保障人员的安全,最大限度地减少经济损失,而且在平时对延长建筑物使用年限、抵御其它自然灾害也有比较明显的经济效益,可以保障人民群众的生命和财产的安全。

(1)由于场地条件对上部结构的震害有直接影响,对建筑抗震有利的场地可以有效地缓解地震波的冲击,对于砂土、粉土、软土等地基以及半挖半填的不均匀地基,宜选择合适的基础型式建筑在天然地基或人工地基上,增强其整体性和刚性,保证房屋的安全使用。假若发现地基有不均匀沉陷现象,应及时采取灌注混凝土砂浆、化学灌浆和灰土夯实等加固措施。

(2)木屋架和硬山搁檩房屋,在山墙、山尖墙处增设墙揽与木屋架或檩条拉接,墙揽可采用木块、木方、角铁等材料(中华人民共和国住房和城乡建设部,2008)。对于硬山搁檩的房屋,在山墙内侧增设支顶檩条的木柱,并注意檩条与新增木柱的联结;当梁柱榫头太小、联结不牢固时,采用“U”形铁件和加斜撑或用扒钉、铅丝捆扎的方法,加强檩与梁、檩与檩、梁与柱等的联结;内外墙咬砌不好或硬山墙较高又无壁柱时,采用檐墙打标和加砌护墙垛的方法。此外,还应定期对木构件等易损坏的部位进行检查,发现有虫蛀或损坏的部件,应及时更换或加固。

(3)农村民居承重墙上的通道具有较大的安全隐患,最经济有效的办法是封堵通道,少数农民为了生活方便而不愿意封堵,应通过防震减灾的宣传教育改变其观念,封堵通道借以增加房屋本身的力学特性和抗震性能,使墙体不出现应力集中现象。

(4)对于农村民居的预制楼板可以借鉴日本的加固方法,即采取措施使板块之间的预制楼板与钢梁焊接或楼板端部钢筋与预埋钢筋拉结等有效地连接起来,这样既可保证楼板的整体性,又使其有一定柔性,其抗震效果较好。在日本阪神7.2级大地震中,大部分经过加固处理的预制楼板建筑都未受到严重损坏。

(5)墙体开裂的农村民居应当督促户主及时维修,对于不能维修的民居,要全部拆除或局部拆除重新翻建,使其达到当地的抗震设防要求和抗震设防水准。对于土墙房屋,墙壁内外两面都挂铁丝网,再用石灰浆或草泥浆抹面保护,增加墙体的整体性和抗震强度,同时,避免风雨侵蚀墙体。

5 结论

(1)加强对农村防震减灾知识的宣传普及教育和提高农民的防震减灾意识迫在眉睫。宣传民居建设抗震防震基本知识,推广使用农村民居抗震设计图集,逐步改变农村民居基本不设防的现状,采取切实有效的措施,提高农村民居抗震性能(张守洁,2006)。要求新建房屋必须采取圈梁、构造柱等抗震措施;对现有房屋进行抗震鉴定后,再决定是否进行加固处理。同时,培养更多掌握农村民居抗震基本知识和操作技能的建筑工匠,为农村民居防震保安工程提供技术支持。

(2)根据上述对调查点的现场分析,多数农村民居没有采取较好的抗震措施,一旦发生破坏性地震,可能导致墙体破坏或倒塌,其中场地条件、基础型式、房屋结构、建筑材料和施工质量等是决定这些房屋能否经受地震影响的重要因素。而加固现有农村民居的方法,可从加强房屋的抗震强度、提高结构的整体性和增强变形能力3个方面入手,以求达到改善农村民居抗震性能的目的,但对于不同的房屋结构类型应采取侧重点不同的加固方法。

(3)可采取以下措施加强农村民居的抗震性能:一方面可以根据实施的设计规范、技术规程、建筑标准和施工细则等,开展技术上和经济上合理的结构设计,并加强施工质量和工程监督,以达到提高新建房屋抗震性能的目的;另一方面,可以对现有农村民居采取侧重点不同的加固方法,以改善房屋的抗震性能。然而,不论是对新建或现有的农村民居进行加固,都必须严格确保施工质量,这才是提高房屋抗震性能的关键和根本。

(4)农村民居集中居住区建设有利于提高房屋的抗震性能,可以作为实施地震安全农居示范工程建设的重要举措。通过农村民居防震安全工程试点,积极引导农民主动、自觉地参与和实施地震安全农居示范工程建设(袁中夏,2006)。农村民居集中居住区建设与新农村建设应紧密地相结合,以达到城镇一体化、村镇布局规划合理和村镇建设又好又快推进的目的。

(5)建立健全农村民居抗震设防管理制度、开展农村民居抗震性能普查工作、落实地震安全农居工程经费支出法律法规、农村民居防震减灾技术服务体系等是今后研究的重要课题。

致谢:感谢徐州市地震局祁玉岭副局长、扬州市地震局李凤如副局长、泰州市地震局陈靖云副局长和常熟市地震局朱永高局长助理等同志提供的帮助。

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