• 首页关于本刊投稿须知期刊订阅编委会期刊合作查询检索English
黑龙江省农村泥草房抗震性能鉴定与加固措施研究
黑龙江省农村泥草房抗震性能鉴定与加固措施研究
杨金山* 韦庆海 程宇 余中元
黑龙江省地震局,哈尔滨150090
 [收稿日期]: 2009-12-17
摘要

农村民居地震安全工作是防震减灾事业的重要组成部分之一,直接关系到广大农民的切身利益。本文立足黑龙江省地域特点,结合黑龙江省人民政府《黑龙江省农村民居地震安全工程基础情况调查报告》项目,对黑龙江省农村泥草房的抗震性能进行了抽样调查与结果分析。分析结果表明,农村泥草房抗震性能问题由6类建筑缺陷引起,它们分别是:屋盖负荷过重、结构连接性较差、结构整体性较差、开间和进深不合理、门窗尺寸不合理和隔墙抗剪效果较差。同时,以佳木斯市汤原县草砖房建设为典型案例,对农村泥草房抗震加固措施进行了探讨。最后,就政策引导和专业技术方面提出了抗震加固措施建议。


引言

我国的大多数地震发生在农村地区,这些地震造成了大量的人员伤亡和经济损失,教训惨痛。仅就2003年发生在农村地区的地震而言,新疆巴楚-伽师6.8级地震造成268人死亡,4853人受伤,684万m2房屋破坏,直接经济损失近14亿元;甘肃民乐-山丹6.l级地震造成10人死亡,46人受伤,261万m2房屋破坏,直接经济损失5亿多元(葛学礼等,2001);云南大姚6.2级地震造成5人死亡,57人受伤,133万m2房屋破坏,直接经济损失4亿多元。以上几次地震造成的人员伤亡还都是在人口较少的地区或发震时间正值多数人员在户外活动的背景下,如果地震发生在人口稠密地区或夜间,伤亡人数至少会增加几倍。另外,发生在农村地区的地震在造成严重人员伤亡和经济损失的同时,还会造成数以万计甚至数十万人无家可归,直接影响社会稳定(洪海春等,2009)。

黑龙江省是国家“振兴东北老工业基地”的重要地区,地处祖国东北边陲,东北邻俄罗斯。2008年末全省常住总人口3825.0万人,包括汉、满、朝鲜、回、蒙、达斡尔、锡伯、鄂伦春、赫哲、鄂温克、柯尔克孜等10余个民族。省辖1个地区、12个地级市,有46个县、19个县级市、1个自治县。改革开放以来,全省农村经济实现了较快发展,农村基础设施不断完善,社会各项事业得到迅速发展,农民生活水平不断提高,农村地区出现了新建和改造房屋的热潮。

受黑龙江省政府委托,结合黑龙江省政府农村泥草房改造工程,黑龙江省地震局于2007—2009年分别进行了全省农村民居地震安全工程基础情况调查研究。调查结果表明,黑龙江省农村泥草房约占全省建筑类型的43.5%,且大多数泥草房未经正规设计、施工,基本上处于不设防状态,房屋抗震能力普遍低下,直接危及和影响着人民生命财产安全和经济社会健康持续发展。

本文结合调查结果,基于农村泥草房的抗震性能现状调查数据,对其抗震性能进行了分析,并对主要抗震加固措施进行了讨论。

1 黑龙江省农村泥草房抗震性能现状调查
1.1 调查方法和原则

调查工作分为抽样调查和普查两个部分。抽样调查工作对抽选村屯进行逐户民房调查与评估,由两个专家调查组完成;普查工作以乡镇为单位进行统计,由各市(地)、县地震局组织完成。抽样调查地点的选择,主要是选取泥草房建筑类型在当地农村民居类型所占比重较大的地区,同时兼顾了东西部比例协调。调查工作组分别对哈尔滨、齐齐哈尔、佳木斯等8个市(地)共26个村屯进行了入户走访,共调查了农居房屋建筑近2263幢,记录了每幢房屋的结构形式、建筑材料、结构特点和抗震措施等方面的内容,并对每幢房屋抗震能力进行了评估。

结构抗震能力是指整体结构抵抗既定烈度的地震作用的能力,它由结构的承载力与变形能力共同决定。在相同的地震作用下,结构抗震损伤程度的大小反应了结构抗震能力的强弱(郝天珧等,1997;王兰民等,2006)。

本文参照以下建筑物破坏等级划分标准,①基本完好:房屋承重构件完好,个别非承重构件轻微破坏。②轻微破坏:个别主体结构局部有轻微裂缝,非主体结构局部有明显裂缝,砖木、砖混结构个别墙体出现细微裂缝。③中等破坏:多数主体结构出现轻微裂缝,非主体结构有明显裂缝,墙体连接处明显开裂,承重墙体出现一定程度的裂缝。④严重破坏:土木结构房屋承重构件严重破坏,局部倒塌,砖木、砖混结构多数承重构件破坏严重。⑤毁坏:多数承重构件严重破坏,结构濒于崩溃,土木、砖木结构房屋墙倒顶塌。

1.2 基本调查结果

国内外震害调查表明,建筑物的破坏程度与其所处的场地、地基和基础密切相关。不利场地会加重房屋在地震中的震害程度,不利的地形、地貌是房屋建筑潜在的威胁(袁中夏,2006)。例如在突出高耸的山丘上,地震作用会更为突出;在不稳定的山坡边缘,地震时容易产生滑坡和岩石崩塌;在古河道、古湖泊沉积物上,容易产生软土沉陷等现象;有些饱和粉土、砂土或软土在震时会产生砂土液化和软土震陷,表现为喷水冒砂和地基沉降。房屋的地基均应做适当的处理,除非地基是完整的基岩。图1所示的残毁砖房地基未经过处理,也没有基础,因此在地震中它较容易毁坏。

泥草房是指用土坯、垒土做成承重墙体的房屋,生土作为房屋承重墙材料,在强度上存在固有的缺陷,其房屋的抗震能力很弱(图2)。

泥草房墙体主要震害表现为:①生土材料强度先天不足,抗拉强度、抗弯强度和延性都比较差,所以生土墙形成的震害程度较严重;②房间跨度过大,容易导致屋盖塌落;③门窗开洞不合理,窗间墙垛过窄,过梁搭接长度过短,将削弱墙体的强度和抗震能力;④墙角容易产生应力集中,若不采取拉结措施,很容易产生破坏;⑤墙体未咬槎或未分层交错垒筑,内外墙交界处无咬砌,容易导致墙体裂缝和局部倒塌等震害现象。土草房屋盖,除了墙体引起的破坏原因外,还有屋盖在墙体上的支承长度不足、梁端伸进墙内太短、屋顶过重、或与墙体联结不恰当等原因。

2 黑龙江省农村泥草房抗震性能分析
2.1 农村民居抗震能力总体状况

由于黑龙江省地震基本烈度仅涉及6度和7度,因此可将分类方法予以简化,共划分为3类。A类:包括基本完好和轻微破坏;B类:中等破坏和一般的严重破坏;C类:包括较重的严重破坏和倒塌严重破坏。鉴于此,本文在进行农村民居调查时,确定民居抗震能力评估的基本原则为:考虑房屋建筑结构、建筑材料、抗震措施三个方面的因素,根据在设防烈度(地震基本烈度包括6度区、7度区)地震动作用下农村民房的破坏程度调查(图3—图6),依据预测的破坏程度将民居抗震能力分为A、B、C三个等级。

图 1 2005年林甸地震中纵墙倒塌的无基础砖房(6度) Fig. 1Collapses of brick house in Lindian Village, Daqing City

图 2 五大连池市北安市二井乡建华村四队泥草房 Fig. 2Mud-thatched cottages in Jianhua village, Wudalianchi City

图 3 德都地震土坯房墙体开裂下坍(7度) Fig. 3Fractures on the wall in Dedu village, Wudalianchi City

图 4 林甸地震一面青砖墙与土坯结部位裂缝(6度) Fig. 4Fractures at the joint between brick wall and mud wall in Lindian County

图 5 德都地震土坯房墙体开裂下坍(7度) Fig. 5Fractures on the wall in Dedu village, Wudalianchi City

图 6 齐齐哈尔市昂昂溪区三间房镇红星村泥草房(6度) Fig. 6Mud-thatched cottages in Hongxing village,Qiqihaer City

所谓土墙承重、砖土混合承重和木构架承重(拉禾辫)民房,就是我们平常所称的泥草房,一般来说存在较多的抗震问题,其抗震能力与砖墙承重民房(以下简称砖房)抗震能力相比有较大差距。房屋的建造年代越久,意味着其主体和附属结构耗损程度越高,抗震能力也将降低。因此,在此次调查中我们以建设年代为区分依据,共分为4段:1960年前建造为A类;1960年至1980年建造为B类;1980年至1990年建造为C类;1990年后建造为D类。同时,还对房屋抗震能力有较大影响的结构措施进行了统计分析,用于研究黑龙江省农村民居抗震能力现状和分布特点。

图7、图8和图9列出了调查民居数据的总体情况:在结构类型上民房砖瓦化率达58.5%,80年代以前建造的房屋占35.2%,抗震性能合格率为67.8%,抗震性能存在严重问题的C类民房占6.0%。其中,砖瓦化率较低和建造时间较早是黑龙江省民房抗震能力较差的主要原因。

图 7 调查民房结构类型比例图 Fig. 7Surveyed residential house by construction types

图 8 调查民房建造年代分布图 Fig. 8Surveyed residential house by construction times

图 9 调查民房抗震性能分类图 Fig. 9Surveyed residential house by capability of earthquake resistence
2.2 农村泥草房抗震能力调查结果

本文所指的泥草房包括土墙承重、砖土混合承重和木构架承重(拉禾辫)民房,它在抗震能力上比砖房差,而从统计结果上看,泥草房建造年代均久远。在调查中发现,泥草房普遍没有地基,屋盖较重,这给抗震带来了不利影响,使泥草房抗震性能合格率较低,仅为33.3%(图10—图12)。从调查数据的统计结果来看,黑龙江省农村民居的抗震能力相对较差,尤其是在7度地区更为突出,其主要表现为在建筑结构上存在以下问题。

图 10 调查泥草房建造年代分布图 Fig. 10Surveyed mud cottages by construction times

图 11 调查泥草房结构类型 Fig. 11Surveyed mud cottages by construction types

图 12 调查泥草房抗震性能分类 Fig. 12Surveyed mud cottages by capability of earthquake resistence
2.2.1 屋盖负荷过重,直接影响房屋抗震的整体性能

屋盖越重,在地震作用下民房遭受的剪力也越大。在调查中发现,出于保温的目的,有些承重墙和木构架强度都不太好的民房,特别是土草房,屋顶的涂泥达到30cm,最厚的达到了70cm。这样重的屋顶在地震作用下是十分危险的,小地震就可能导致屋顶“开天窗”或者屋架倾倒。不仅如此,还有些民房在翻修时没有把旧的泥层铲掉,而是在旧泥层上又涂一层泥,这样层层加厚,最终可能使民房的抗震性能更差。

2.2.2 结构连接性较差(檀墙、檀柱、拐角等部位),直接影响房屋的整体抗震

许多民房都是以很简单的方式修建的,其横向强度很低。民房连接性不好的因素主要有以下几个方面:①墙体的转角处施工粗糙,没有留马牙搓。因为墙体转角在地震中是应力比较集中的地方,如果没有较好的连接,墙体很容易在这些地方开裂。②屋架固定不好。屋架的梁和檩之间,椽和梁之间都应该用扒钉、榫铆或者铁丝等措施固定。调查中发现,在许多地方民房的屋架固定还采用支垫等抗剪强度很低的方式。③梁和檩在墙上的接触和固定不好。梁檩太短、没有固定措施或者固定措施不好,容易造成梁檩脱落。④柱子的固定。柱子的设置应该注意柱子上下端的连接,特别是下部简单支垫的柱子其地震稳定性非常有限。萝北县的“拉禾辫”土草房,柱子就直接支在没有凿槽的石块上,没有任何固定措施,在地震中就有闪出来的危险。

2.2.3 结构整体性较差,直接影响房屋抗震的整体性能

整体性就是要求民房的结构一致。在一些农村地区民房墙体以“一面青”的形式修造。这类民房在砖墙和土坯墙之间没有联结,在温度和湿度变化时,容易出现变形和裂缝,在地震作用下更容易遭受严重破坏。

在农村地区,还有一种俗称“穿靴戴帽”的民房,也就是墙体一半是砖,一半是土坯的民房。还有一种是底部土夯墙,顶部是土坯墙。这两种民房整体性也不好。由于两种材料在地震作用下的反应并不一致,这样很容易造成破坏,故其抗震性能较差。

房屋整体性不好还体现在砖房墙体大多数为泥浆砌筑,砂浆强度在M0.4—M1.5之间,墙体整体抗剪能力差,未设置圈梁(如配筋砖圈梁等)。

2.2.4 开间和进深不合理,间接影响房屋抗震的整体性能

从抗震的角度而言,简单木架土墙承重房屋,其开间不要超过2.5m,进深不要超过3m为宜。一般木构架承重房屋,其开间不要超过3m,进深不要超过4m为宜。在经济条件不太好的地区,木构架的质量不高或者墙体强度有限时,只能将民房修建的开间和进深设计得小而紧凑,才能保证民房具有较好得抗震性能。根据我们的调查,有许多农村民房的开间和进深都过大,砖房进深最大可达8m,其结构对民房抗震性能十分不利。

2.2.5 门窗尺寸不合理,间接影响房屋抗震的整体性能

房屋的门窗尺寸应该和开间保持适当的比例。堂屋门的宽度大小一般不宜超过开间宽度的2/3,窗户宽度不要超过开间的1/2。侧房门一般不宜超过开间的1/2,窗户的比例也应该大体如此;而且,门窗越大其框架和过梁的强度应该越高;宽度较大的门附近应该设置柱子。在调查我们经常可以看到,农村民房的堂屋门几乎和开间一样大,而旁边没有柱子,上面也没有圈梁。这样的民房很容易出现梁下墙体开裂的情况,在地震中更是危险。

因为门窗的设置在一定程度上破坏了墙体的整体性,使其周围形成应力集中部位,因此,门窗的框架应该有较高的强度。在门窗的上部应该设置过梁,让上部的重量部分传递到周围的墙体。在调查中发现,许多农村民房的门窗框架强度太低,而且不设过梁或者过梁的强度太低,使某些部位的应力过于集中,形成抗震的薄弱环节。

2.2.6 隔墙抗剪效果较差,间接影响房屋抗震的整体性能

单纯的边墙体支撑容易导致地震惯性力过于集中,易遭受严重破坏,而整体砌的隔墙在地震中具有一定的抗剪强度,这样,房屋承受的地震剪应力可以被隔墙部分承担。

整体砌筑的隔墙只要对墙体拐角处施工做一些必要的连接处理,都可以在一定程度上起到“剪力墙”的作用。但是,许多农村民房的隔墙是在其他墙修好以后才另行砌筑的,这样的隔墙由于缺乏连接,抗震性能不好。许多砖房的隔墙用单砖立砌或卧砌,并且是粘土浆砌筑,起不到“剪力墙”的作用。同时,有些农民对隔墙的修建很忽视,施工粗糙,结果不但隔墙起不到抗震的作用,还形成了比较严重的抗震隐患。

3 黑龙江省农村泥草房抗震加固措施探讨及典型实例介绍

根据上述总结出来的影响房屋建筑结构抗震整体性能的6条因素,笔者结合东北地区农村老百姓生活习惯和经济基础,对农村泥草房抗震加固措施进行了些许积极探讨,并以佳木斯市汤原县 “草砖房”建设为例,进行了经验介绍。

总的来看,根据泥草房的结构特点,抗震构造措施主要应采取优化结构、夯实基础、合理布局、精选建材、整体抗震等。受篇幅所限,本文在第四部分进行了具体的探讨,在这里只是对调查过程中所发现的典型实例进行介绍,以期达到“抛砖引玉”之效。

图 13 草砖房框架结构 Fig. 13Framework of brick-thatched house

在佳木斯市汤原县,近年来出现的草砖房是以稻、麦草制作的草砖为墙体填充建材而建成的,其结构框架由基础、下圈梁、砖柱和上圈梁构成(图13),结构构件之间有良好的联接,整体性好,具有很强的抗震性能。而且与传统的砖房相比,具有保温、保湿、造价低廉、节约燃煤、透气性能好和保护耕地等优点,是比较典型的资源节约型环保建设项目。

汤原县草砖房建设项目从2000年6月开始,由汤原县政府与安泽国际救援协会合作实施,至2004年末,安泽国际救援协会累计投入资金130.8万元,该县匹配资金 109万元,双方合作共建草砖房186套。

汤原县在草砖房建设初期,把调动群众参与的积极性作为项目实施工作的重点。通过采取在广播、电视等新闻媒体开设专栏,印发宣传单,专人入户介绍,组织农户听取外国专家讲座等多种方式,加大宣传力度,引导群众认识草砖房项目建设的优点。几年来,举办技术培训班10期,培训设计人员和技术工人260人。同时,由县政府出台优惠政策,积极鼓励扶持困难群众建设草砖房。汤原县和安泽协会共同出资购置了草砖打包机,为建房户生产草砖。在安泽国际救援协会为每套草砖房平均补贴6000元的基础上,县财政按1:1比例进行配套补贴,提高了贫困群众建草砖房的积极性,促使草砖房建设项目在汤原县快速、优质实施。

草砖房项目已在汤原县获得了成功,同时,在实施过程中也积累了许多宝贵的经验,值得黑龙江省在今后的农村民居地震安全工程中借鉴和推广。

4 结论及讨论

通过上述分析,本文得到了以下主要结论:

(1)农村民居抗震设防能力总体低下,泥草房抗震性能普遍较弱。

(2)调查与统计结果显示,黑龙江省泥草房普遍建筑年代久远,没有地基,屋盖较重,给抗震带来了不利影响,使泥草房抗震性能合格率较低,仅有33.3%。

(3)泥草房抗震性能问题主要集中于6类建筑缺陷,它们分别是:屋盖负荷过重、结构连接性较差(檀墙、檀柱、拐角等部位)、结构整体性较差、开间和进深不合理、门窗尺寸不合理和隔墙抗剪效果较差。

从“以人为本、科学发展”的角度出发,将农村民居防震保安工作继续从战略的高度推进,有利于各地从新农村建设、农村社会和谐、统筹城乡发展的高度,来认识农村民居地震安全工作的重要性,也必将极大地推动农村民居地震安全工作的进程。因此,笔者认为,在农村民居地震安全工作中,要以科学发展观为指导,把广大人民群众的生命和财产安全放在首位,当前应着力从政策引导和专业技术两个方面,提高泥草房类建筑的抗震设防能力。

在政策引导方面,主要从以下三个角度考虑:①规划先行,重点增强农村地区的综合防灾能力。结合村镇规划的编制和实施,统筹考虑对地震、洪涝、台风、暴雨、滑坡等自然灾害的防范,全面提高农村民居抗震设防的能力。②宣传引导,全面提高老百姓的防震减灾意识。要继续加大农村地区的防震减灾知识宣传,要用通俗易懂的宣传方式,让老百姓从心眼里认识到提高房屋抗震能力能给他们带来的切实利益。③技术指导,着重提高农村民居抗震设防水平。在编制抗震构造图集的同时,要鼓励建设领域的工程技术人员和有施工经验的农民工下乡、回乡服务,组织开展对乡镇建设助理员、质量监督员和农村建筑工匠的抗震技术知识培训。

在专业技术方面,主要从以下五个角度指导:①首先要考虑地基的稳固性。建房时要选择基岩或干燥密实的土层作为地基,不宜在人工填土层、古河道、松散砂层、淤泥层及活动断层地段建房。对软弱的地基要采取措施,严防不均匀下沉。②房屋平面布置要简单、规则,力求与主轴对称(中华人民共和国住房和城乡建设部,2008)。③房屋结构构件要联成整体,同时要加强连接点的强度和韧性。修建石结构房屋时要打石平整、高标号砂浆座砌,圈梁加固,杜绝使用石板条做楼板与屋面。④墙体交接处要咬合砌筑,应尽量减小门窗数量,少开洞。顶制板在墙或梁上要有足够的支撑长度,并要互相连接,屋顶与墙体应有机连成一体。修筑土墙时,尽量预埋一些钢筋、竹筋,以增加墙体的整体性能。⑤构架要稳,尺寸要合理,檀条或屋架要固定,土坯砖块要错缝咬砌,灰浆要饱满,干砖要浸湿,构件榫眼要恰当。

致谢:本文的数据参考了《黑龙江省农村民居地震安全工程基础情况调查报告》项目研究成果。在本文的撰写过程中,项目组技术顾问、中国地震局工程力学研究所孙柏涛研究员、赵振东研究员、丁世文研究员提供了悉心的指导。同时,黑龙江省地震局震害防御处刘丹处长、抗震设防监督管理站王纪伟站长、方明远副站长也提供了热情的帮助。谨致谢忱。

参考文献
[1]葛学礼等,2001.村镇建筑震害与抗震技术措施. 工程抗震, (1):43—48.[本文引用:1次]
[2]洪海春等,2009.江苏省农村民居抗震措施与加固方法研究. 震灾防御技术, 4(2):223—232.[本文引用:1次]
[3]郝天珧等,1997.中国东部及其邻域地区地球物理场特征与大地构造意义. 地球物理学报, 40(5):67—69.[本文引用:1次]
[4]王兰民等,2006.农村民居的地震破坏特征与震害预测. 震灾防御技术, 1(4):337—344.[本文引用:1次]
[5]袁中夏,2006.我国农村民居地震安全工作推进现状及国外经验. 震灾防御技术, 1(4):365—370.[本文引用:1次]
[6]中华人民共和国住房和城乡建设部,2008.镇(乡)村建筑抗震技术规程(JGJ161-2008). 北京:中国建筑工业出版社 [本文引用:1次]


Evaluation of Earthquake Resistant Capability and Reinforcement Methods for Rural Mud-Thatched Cottages in Heilongjiang Province
Yang Jinshan*, Wei Qinghai, Chen Yu and Yu Zhongyuan
Earthquake Administration of Heilongjiang Provinve,Harbin 150090,China
Abstract

Seismic safe of rural buildings, as one of the most important branch of earthquake disaster mitigation, has long been interlinked with immediate interests of peasant deeply. Based on the local characteristics of Heilongjiang province, and combined with the program of rural building basic seismic-safe work report of Heilongjiang province, we conducted sampling survey and analyzing for evaluation of earthquake resistant capability and reinforcement methods for rural mud-thatched cottages in Heilongjiang province. The conclusion repealed that the problem of poor capability of mud-thatched cottages against earthquake mainly caused by 6 types of construct flaws: i.e. roof over-load, poor structure connectivity, poor architecture integrity, unreasonable bay and depth, irrational size of doors and windows and discrepancy of shearing resistance of diaphragm wall. Taking Tang Yuan country as an example, we discussed the reinforcement measures of rural mud-thatched cottages. Finally, some suggestions were proposed for the shock resistance of rural buildings based on policy guidance and professional skill.



主办单位:中国地震台网中心
版权所有:《震灾防御技术》编辑部
地址:北京西城区三里河南横街5号,   邮编:100045
邮箱:zzfy2006@126.com   电话:59959251;59959139;59959462
访问人数:1239847
黑龙江省农村泥草房抗震性能鉴定与加固措施研究
杨金山* 韦庆海 程宇 余中元
《震灾防御技术》, DOI:10.11899/zzfy20100306