具有抗震性能的云南省农村穿斗式木结构房屋

具有抗震性能的云南省农村穿斗式木结构房屋

高建国⁽¹⁾

云南省是我国地震发生频繁、灾害严重的省份之一。全省129个县(市、区)有102个处于地震烈度Ⅶ度以上的高烈度区，地震频率高、分布广、强度大、灾损重。平均每年有3次5级以上地震，每3年有2次6级以上地震，每8年有1次7级地震，地震频率之高，危害程度之大，是其他省份所没有的。损失最为严重的就是农村民居，约占灾损总量的80%以上。⁽²⁾

1913年12月21日夜半，云南峨县(今峨山彝族自治县)发生7级地震，死伤近3000人。1914年初，云南省行政公署实业司决定选派地质专家去震区考察。张鸿翼是唯一的当选者。省行政公署实业司为此下发了第四号委任令。张鸿翼考察后于1月25日上交了《峨山地震调查报告》。报告中提出了救灾对策:“此后之建筑，当以木制为最良，而地盘宜坚，材质宜固，墙壁宜薄，窗格宜细，构造宜取轻便坚实。……砂砖以少用为宜，是耐震家屋之大略也。”

峨山地震57年后，1970年1月5日凌晨1时，毗邻1913年峨山地震震中，又发生7.7级地震。峨山县79%的房屋损坏，17%的人口死伤。按照张鸿翼“六宜”原则建造的耐震家屋(穿斗木架房)，表现出较好的抗震性能:Ⅶ度区内一般完好，Ⅷ度区内基本完好，Ⅸ度区内多数倾斜、少量倒塌，X度区内仍有一些房屋残存。事实表明，张鸿翼的善后对策极具远见卓识，不仅对当时当地的防震减灾有指导作用，就是对现今乃至今后很长时期全国各地的防震减灾仍有借鉴价值。⁽³⁾

2010年7月16日笔者到云南省通海县考察地震遗址，在极震区高大乡陶茂村发现一座古建筑开元寺，就是穿斗式建筑。据说在1970年发生地震时，全村房屋全部倒塌，唯独开元寺未倒塌。

图1　云南省通海县高大乡陶茂村开元寺

一、穿斗式房屋的抗震性能

穿斗式房屋具有一定的抗震性能。穿斗式木结构房屋由柱、梁、穿枋等构件组成，构造形式比较多。在房屋外形上，穿斗式木骨架房屋有一坡水(偏厦房)和两坡水之分，常用的有三柱式木构架、五柱式木构架的两坡房屋，多为两层或带有阁楼的两层房屋。屋面一般为瓦屋面，立柱和横梁是横向主要承重构件。柱子之间两两用横梁(通常是两层叠合梁)拉结，梁柱结合处用燕尾榫接(燕尾榫)。横梁下用一根方木贯通柱子，俗称穿枋。穿枋是在横向将木结构连接成整体的构件，其作用是:①将柱和梁构成平面体系;②将结点挤紧，使梁柱结合处形成刚性结点，保证木构架横向刚度和稳定性。

柱脚处有地脚梁等纵横向连接构件。纵向各榀木构架之间在不同标高处用连系梁连结，屋面处连系梁与檩叠合，楼盖处除连系梁外，隔栅与横梁连接也起横向连接作用，接头处均为榫接(燕尾榫)，可阻止连接点移动。木构架在水平方向的稳定性必须靠山墙维持。穿斗式木构架房屋的墙体属非承重隔墙。山墙是悬臂构件。

穿斗式木构架房屋具有以下特点:

(1)承重体系和围护结构分开。类似现代框架结构，承重主要由木构架承担，墙体作为围护结构。平面布局灵活多样，可满足不同的使用要求。

(2)有较好的抗震性能。穿斗木结构的结点用榫接，如扣榫、银锭榫，榫接可以增强结构的整体性，以减少震害;梁柱结点吸收的能量多，结构轻，地震荷载小，弹性好，变形后恢复力大，周期比较长，不容易和坚实的土壤发生共振。江南乡镇老式房屋以木屋架承重片砖空斗外围护墙居，内隔墙一般由质地较轻的材料构成，地震对其破坏往往是外围护墙体外闪、外倾或外倒，“墙倒架不塌”、“墙倒架立”的情况甚多⁽⁴⁾符合中国地震局提出的“大震不倒”原则。

(3)就地取材和较好地适应各地气候条件。承重结构用木材，围护结构用夯土墙、土坯墙、卵石墙、木板墙、竹笆墙等，这些建筑材料在当地都是比较容易取用的。

(4)施工技术简单。⁽⁵⁾

二、穿斗式房屋的抗震加固

根据国务院《关于加强防震减灾工作的通知》(国发〔2004〕25号)和《关于实施农村民居地震安全工程意见的通知》(国办发〔2007〕1号)的文件精神，云南省委、省政府高度重视，在2006年试点的基础上决定:从2007年开始，全面启动实施农村民居地震安全工程，把它作为农村危房改造、提高民房抗震性能、改善农村人居环境、关注民生的重要工作来抓，并列入省政府年度重点督查项目之一。

2007年，全省计划实施16.6万户建设任务，共涉及70个县(市、区)，实际完成21.01万户，其中加固改造完成14.34万户，拆除重建完成6.67万户。2008年，全省计划完成20万户农村民居地震安全工程建设任务，共涉及125个县(市、区)，省级下达17万户，其余3万户由各州(市)自筹资金配套完成，实际完成24万户，其中加固改造15.6万户，拆除重建8.4万户。

云南省在广大农村实施农村民居地震安全工程建设，是在既无先例，又无经验和技术标准的情况下进行的，各级党委、政府遵循全面发动、科学规划、分类指导、经济适用、抗震安全的原则，积极探索，取得了初步的经验，概括起来主要体现在以下“五个结合”上:

一是把农村民居地震安全工程建设与社会主义新农村建设相结合;

二是把农村民居地震安全工程建设与村庄规划、村容村貌整治相结合;

三是把农村民居地震安全工程建设与区域特色经济发展相结合;

四是把农村民居地震安全工程建设与民俗特点和民居风格相结合;

五是把农村民居地震安全工程建设与全面提高农村综合减灾能力相结合。

云南穿斗房的加固可分为柱脚，柱、梁、穿枋和墙体三个部分。

柱脚的加固。大多数抗震加固的研究都采用摩擦耗能原理。将梁与柱的节点简化为半刚性、半铰接节点，在地震作用下，榫卯连接处摩擦滑移耗能，形成良好的隔震消能结构体系。但在调查中，发现农房梁柱断面一般都较小，榫卯削弱木构件的承载面积，使节点处的承载力降低，地震中产生脱榫现象，而立柱与柱脚石无连接(图3)，在地震中滑移过大而使木构架倾斜甚至倒塌。基于此，采用立柱与柱脚石固接的方法，具体做法是:柱脚用螺栓及铁件锚固在基础上(图4)。⁽⁶⁾

图2　云南省通海县高大乡陶茂村开元寺庙柱脚被地震震离柱脚石中心

图3　Ⅷ度区柱脚与柱脚石用螺栓及铁件的连接

柱、梁、穿枋等构件的加固，更加保证其牢固性，在破坏性地震发生时不倒塌，不歪斜。加固的材料有用扁铁(图5)和角铁(图6)。

图4　云南省通海县高大乡陶茂村穿斗房的内部加固

图5　穿斗房的内部加固^［5］

墙体的加固。农村房屋的围护墙多采用土坯墙，而土坯墙与木构架封锁拉接。地震时，构架与墙体变形不协调，因而在大震中，出现“墙倒架正”或“墙倒架歪”。因此，采用木牵梁、墙揽等将土坯墙与木构架拉接在一起(图7、8、9)，使土坯墙在地震中不至于立刻倒塌，给人一个逃生的时间。这样一来，因土坯墙自重大，地震时会将较大的水平惯性力传到木构架上，对木构架的抗震不利。

图6　Ⅷ度区木牵梁与木柱的连接

1—木板夹(50mm×50mm);2—木柱;3—螺栓(Φ10);4—木牵梁;5—土坯墙;6—钉(Φ14)

图7　墙揽与木构架的连接

1—木销;2—檩条;3—双面扒钉;4—木墙揽;5—垫块(30mm×30mm×2mm);6—钉(Φ5);7—瓜柱;8—墙揽(250mm×50mm×5mm)

图8　木牵梁与木柱、墙揽与木构架的连接⁽⁷⁾

三、穿斗式房屋的抗震加固实效

汶川地震发生后，云南省昭通各县(区)震感强烈、受灾严重，数万间房屋受损。然而昭通市2007年加固改造和恢复重建的房屋共1.6万户无一受损。⁽⁸⁾

2006年8月30日四川攀枝花—会理发生6.1级地震，由于该县与会理县相邻，震感非常强烈，导致全县民房严重受损。但通过检查，实施了农村民居地震安全加固改造的21户民房，承重墙、屋架、房脊、柱均完好无损(图10、11)，未实施农村民居地震安全工程的农户民居多数损坏程度达中等破坏等级以上。如永定镇店子村委会新村组陈加贤家住房通过加固改造，在“8·30”地震中，整幢房屋没有受到损坏，而同村没有经过加固改造的民居，大部分均已成为危房，墙体拉裂、屋架拉脱、屋梁塌陷等现象普遍存在，基本已无法居住;维的乡夜可腊村委会夜布乍组农户徐士云家，2008年8月初房屋进行了抗震加固处理，在地震中他家的房屋仅仅只是墙体有几处细小的裂痕，其他一切正常，尤其是梁、架、柱完好无损。⁽⁹⁾

图9　改造前的危房

图10　改造后的危房

【注释】

(1)*高建国，中国地震局地质研究所研究员、硕士生导师，主要研究方向为自然灾害综合研究。项目名称:国家科技支撑计划重点项目课题“综合风险鉴别与防范技术研究”(课题编号: 2006BAC18B06);国家科技支撑计划重点项目课题“亚洲巨灾综合风险评估技术及应用研究”(课题编号: 2008BAC44B01)。

(2)韩忠庆、杨廷元:《云南农村民居抗震安全工程建设》，载《建设科技》2009年第13期，第26～27页。

(3)高继宗、张鸿翼:《中国地震现场考察的先行者》，载《中国减灾》2008年第12期，第52页。

(4)郭增建、陈鑫连:《地震对策》，地震出版社1986年版，第406页。

(5)谷军明、缪升、杨海名:《云南地区穿斗木结构抗震研究》，载《工程抗震与加固改造》2005年S1期，第205～210页。

(6)何玲、潘文、杨正海等:《单层穿斗木农房的抗震性能研究》，载《建筑技术开发》2007年第6期，第24～26页。

(7)韩忠庆、杨廷元:《云南农村民居抗震安全工程建设》，载《建设科技》2009年第13期，第26～27页。

(8)陈建民:《玉溪褚井村抗震民居的样本》，载《创造》2008年第7期，第36～37页。

(9)韩忠庆、杨廷元:《云南农村民居抗震安全工程建设》，载《建设科技》2009年第13期，第26～27页。