建筑设计论文云南农村民居木结构抗震分析

　　摘要：通过参与2006年来云南省政府推出的改善农村住房安全的“民居防震保安工程”，即农村民居地震安全工程实施，结合自己在民居地震安全抗震加固工作实践经验，对即有农村传统木构架承重体系民居房屋木结构抗震加固措施作探讨，从房屋构造，震害机理分析等，对传统木构架承重穿斗式木架现有民居房屋结构抗震加固方面，提出一些提高其抗震性能的加固措施。

　　关键词：木结构房屋,抗震,加固措施,建筑设计论文投稿

　　一、云南省木结构民居房屋概况

　　据不完全统计，云南省广大农村房屋多建于80年代中期，其中砖混结构房屋占2.5%,木结构占（其中：砖木结构占8.5%；土木结构（木构架）占19%；其他70%,抗震性能低于设防烈度的占85%，其中需要抗震加固的占72%，需要拆除重建的占28%。由于广大农村民房抗震性能较差，地震灾害造成的损失尤为严重。面对频繁发生的地震灾害，抗震加固任务重，点多面广。

　　传统木构架承重体系砖木结构、土木结构是云南省广大农村及山区各民族（白族、彝族、纳西族、藏族、汉族等）最广泛、最基本的住房结构形式，是我国人民千百年来总结出来的有利抗震的木框架结构形式，但地震时破坏程度比其他结构形式严重，一般遭遇地震烈度为7度及7度以上的地震时，大多数会遭到不同程度的破坏或倒塌。而云南省农村住房大多数分布在有地震须抗震设防的地区和边远山区，现有的多数住房不可能有正式设计和抗震指导条件，且大部分年久失修、节点连接差、布局不合理、建材质量差等导致抗震性能差，缺乏应有的抗震能力，大量房屋一震即倒，一震即塌。

　　传统木构架房屋结构形式主要有6种：二层三柱穿斗架式、二层五柱山墙穿斗架式、二层四柱穿斗架式、二层六柱山墙穿斗架式、单层穿斗架式、单层山墙穿斗架式六种。在当前森林面积日益减少，可用木材量紧缺的情况下，为了建房减少木材用量，农村新建房屋穿斗构架多采用二层四柱穿斗架式。

　　多年来，农村民居建设从规划选址、设计施工、质量安全、抗震设防等环节都缺乏有效管理，致使农村民居建设质量低、抗震性能差，普遍存在安全隐患。如何最大限度地减轻地震等自然灾害造成的损失，保障人民群众生命财产安全，始终是全省经济建设和社会发展必须面对的重要问题。实施农村民居地震安全工程建设是全面落实科学发展观，科学防震、主动减灾，统筹城乡发展、扎实推进社会主义新农村建设和构建和谐社会的重大举措。

　　二、传统木构架承重体系民居房屋结构震害分析

　　传统木构架承重体系民居房屋结构是有利抗震的木框架结构形式，其绕度大，一般为单层或俩层，极少有三层情况，开间3～5间，屋面材料多为筒板瓦或小青瓦，楼面为木楼板，墙体材料多为土坯墙或土筑墙，墙厚40～90cm。通过对云南历史上最近几次大地震（通海7.7级、龙陵7.3级、丽江7.3级等）灾害调查统计分析，传统木结构虽然抗震好，但仍存在不利抗震问题。

　　地震时，地面竖向运动分量引起建筑物产生竖向震动、水平震动及鞭捎作用力。一是竖向震动对建筑物最高处震害最明显，对木构架房屋主要表现在瓦屋面、楼面、屋架及高出屋面的烟充等破坏；二是水平地震作用主要集中在节点上的水平集中力，对木构架主要表现在梁柱交接处节点位置；三是鞭捎作用主要对瓦屋面的局部、墙体局部破坏。地震力震害最大、破坏最强主要反映在节点处。所以加大节点加固是确保木结构整体稳定性的关键。(本文不考虑基础震害方面的影响，仅从上部结构震害考虑，提出加固措施)。

　　1、纵向稳定性差，震后木构架歪斜、变形或倒塌。一般木结构房屋不设地圈梁或地脚牵梁，所以柱基础稳定性差，整体刚性不足，同时纵向受开间布局影响，木梁、柱连接榫接部位容易脱节，榫头连接处榫头容易拨出，导致屋架整体纵向失稳，结构丧失整体性而造成的破坏是房屋破坏中最严重。柱同一截面处开槽面积达柱截面积的40%以上，很大地削弱了柱垂直刚度。

　　2、外墙土坯墙或土筑墙，易倒塌，墙体与构架连接不牢靠，墙柱连接整体性差。墙体在楼层处、墙柱连接位置，由于墙体包柱、包梁导致墙体截面积最小、最薄弱，加之连接缺少拉结措施或拉结措施设置不但，没有很好的咬槎，地震时维护墙体容易倒塌，是造成人员伤亡和损失的主要原因。宜倒塌墙体部位主要集中在悬墙、大叉以上山墙、L转角墙位置。

　　3、木穿斗架在楼面处木柱断面削弱最大（削弱面大50%），地震时柱在楼面处容易扭断或折断造成穿斗架倒塌。由于穿斗在楼面处承重梁、连系梁、牵心梁等分别从前、后、左、右垂直交接在柱轴，与柱榫接相连，削弱了柱有效截面积，又无特殊处理接缝缝隙措施，所以该位置受地震力影响最不利的节点位置。该节点地震力复杂，主要承受柱子传来的轴向力、剪力和梁传来的弯矩、剪力作用，受拉力、受扭转、受剪切、受轴压等破坏，造成一是脱榫，二是柱在该位置折断或扭断造成整体构架失稳倒塌。

　　4、柱与柱基（木柱与柱脚石）连接不牢，地震时柱与柱碓易错位，失稳，造成上部结构倒塌。由于传统木结构房屋施工中均无柱与柱脚有效连接措施，所有结构均为是柱直接落在柱脚石上，靠柱及上部荷载压力稳定。排架间，柱与柱跟部又无牵梁等水平方向固定，受地震力影响时柱失稳，构架歪斜或倒塌。

　　5、屋架受地震力影响瓦屋面滑落，屋面檩条脱落，是地震力破坏最普通的形式。当前农村土木结构房采用最多的是小青瓦、筒板瓦屋面构造，少数地区也有采用波形石棉瓦、镀锌铁皮瓦、木板、石板屋面。大部分瓦干铺或局部做浆铺在椽子上。受地震力影响瓦屋面下滑容易造成人员伤亡。

　　三、防治或减轻木构架承重体系房屋结构震害主要措施

　　针对木结构房屋抗震中存在的问题，加强抗震构造措施，增强抗震能力，结构加固要最大限度保证在设定的地震列度强度内地震来临时结构不倒塌，达到减少人员伤亡及财产损失的目的。在对木结构房屋民房改造、抗震加固中应重点采取以下措施。

　　加强房屋的纵向稳定，提高房屋整体性，避免房屋构架纵向失稳。

　　（1）、在屋盖屋架大叉以上加纵向支撑。如在两端间及隔间中柱顶部加木剪刀撑或木斜撑，断面80×150木枋或角钢L5×45×45（剪刀撑或斜撑因地制宜可以用木材或角的的钢）。用d12×120自攻螺栓与木柱或正中挂枋连牢。确保地震作用力下屋架纵向稳定。

　　（2）、在木柱脚处加锁脚枋（地脚、地连系梁），断面木枋120×180，加强木柱脚处锚固（柱脚石以柱有可靠的连接）。对于裸露外柱（走廊柱）可浇筑钢筋混凝土外包柱脚。

　　增强外墙墙体稳定，设置外墙与柱拉结措施，做到外墙体在地震时只能往外倒，不伤及室内人员，具体采取以下措施。

　　（1）、沿外墙内侧层高1／2处曾设木牵梁（断面80*100侧放）或顺墙板一道与木柱连牢，地震时使得外墙不往内倒。

　　（2）、维护墙体外侧采用铁丝、木牵梁、墙揽等与木构架进行拉结，提高墙与柱的整体结合性。

　　（3）、外墙在穿枋以上或三角屋架下弦以上的山间墙换用灰条墙、木板墙、花格墙等轻质墙。减轻墙体重力，可以大大减轻地震力造成的墙体损坏。

　　（4）、外墙外侧宜做粉刷，特别对既有外墙裂缝、脱落部位进行砂浆填实。

　　（5）、有条件的地方，宜将土墙改换为砖砌体或空心砖维护墙，新砌体砌筑时应该按照砌体抗震施工规范砌筑，切实做好抗震措施。

　　3、改进木骨架节点连接的构造，减少柱断面的消弱，曾强柱与挂枋、穿枋、梁等连接性能。

　　木穿斗架式结构分别从纵向、横向、树向节点处，将穿枋、梁、牵心、挂枋、承重木等与柱的连接改用铁件及螺栓与木柱连牢，防止地震力时榫的脱节。（见节点加固图9）

　　4、针对屋架受地震力影响瓦屋面滑落，屋面檩条脱落，的破坏形式。重点加强对屋架结构、瓦屋面的加固和固定措施。

　　（1）、屋面檩条扒钉、铁丝或螺栓与木构架连接；

　　（2）、小青瓦屋面全部换成有做浆实铺屋面，设置挂瓦条等防滑落措施的瓦屋面，防止受地震力影响时瓦屋面下滑造成的人员伤亡。

　　四、结论

　　科学研究已经证明，地震是伴生地球的一种自然灾害，只要地球存在一日，地震就存在一天，时刻都威胁着人类，当前人类对地震的认知有限，无法预报地震的时代，面对地震灾害我们是无奈，如何把房屋建的坚固耐震，提高现有房屋抗震性能，是全世界科学家、工程界工程师的历史使命。探索现有农村民房构架抗震加固措施，提高广大现有民居房屋抗震性能，是当前农村民居建设的重要任务，是将灾害造成的损失降到最低，最大限度保护人民财产安全的重要途径。

　　地震属于“天灾”，是不以人的意志为转移的，而房屋因地震倒塌，造成大量的人员伤亡和财产损失，却是“人祸”，是因为我们在地震灾害来临前没有把房屋建好、加固好；地震是不可抗力，但房屋倒塌，却是可抗力。新建房屋可以从选址、结构、材料等方面因势利导，已有房屋重点加固结构和维护墙体，提高抗震性能，切实制定增强木结构整体抗震性能的加固方案。

　　引导村民自己的村庄自己建，自己的房子自己盖，结合实际制定实施方案提高农村民居地震安全。针对不同房屋结构和农居经济条件，制定农房民居拆除重建、加固改造多套方案，着重解决抗震能力低的问题社会力量支持农村民居地震安全工程建设。整合各种资源，统筹各方力量，把地震安全工程建设与社会主义新农村建设结合起来；把地震安全工程建设与扶贫开发、移民搬迁工作结合起来；把地震安全工程建设与全面提高农村综合减灾能力结合起来。既提高农村民居抗震防震能力，也提高抵御其它自然灾害的能力，全面提高农村综合抗灾防灾能力。是当前政府引导农村抗震的摘要措施。

　　所以地震安全房屋结构加固意义重大，对即有建筑震前加固已经被证明是行之有效的方法。

　　参考文献

　　[1]周光全，2008年云南地震灾害损失，云南省地震救灾指挥部应急救援处。

　　[2]冯志成叶建成赵正洪，云南农村抗震防灾建房指南，云南民族出版社。

　　[3]云南省农村民居地震安全工程技术导则（试行），云南省建设厅编印。

　　[4]大理州农村民居抗震防灾技术指南,大理州农村民居地震安全工程办公室大理州土木建筑学会大理州规划建设局。

　　[5]GB50223-2008建筑工程抗震设防分类标准.

　　[6]王亚勇，汶川地震建筑震害启示，中国建筑科学研究院.

　　[7]GBG303-88木结构工程施工规范.

　　[8]王则毅杨盛和,房屋结构抗震,重庆大学出版社.