吉林省村鎮(zhèn)抗震民居建造研究

劉 方,張久慧,竇立軍,張奇志

(1.長(zhǎng)春工程學(xué)院吉林省土木工程抗震減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長(zhǎng)春 130012;2.吉林省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳,長(zhǎng)春 130051)

0 引言

我國(guó)是世界上遭受自然災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。近年來(lái)發(fā)生的幾次破壞性地震、泥石流和洪澇災(zāi)害中,農(nóng)村民居倒塌損毀是造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失的重要原因。

“小震致災(zāi)”甚至“小震大災(zāi)”是農(nóng)村地震災(zāi)害的顯著特點(diǎn)。這與農(nóng)村民居選址不合理,建筑質(zhì)量不高,抗震(災(zāi))能力不強(qiáng)是有著密切關(guān)系的。

受經(jīng)濟(jì)條件的制約,吉林省農(nóng)村民居絕大部分房屋未采取抗震設(shè)防措施,一旦發(fā)生破壞性地震,就會(huì)造成房倒屋塌,人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)就會(huì)受到嚴(yán)重威脅。為做好吉林省農(nóng)村抗震防災(zāi)工作,指導(dǎo)農(nóng)民建設(shè)具有抗震能力的房屋,吉林省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳和吉林省抗震防災(zāi)辦公室組織長(zhǎng)春工程學(xué)院土木學(xué)院以及吉林省抗震專家們共同編制了《吉林省村鎮(zhèn)抗震民居建造指導(dǎo)圖解》一書,該書適用于吉林省抗震設(shè)防區(qū)域內(nèi)的鎮(zhèn)鄉(xiāng)(村)中一、二層農(nóng)村磚房的建造。此科研項(xiàng)目被列為吉林省地方標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)計(jì)劃(吉建函【2010】414號(hào)),出書3萬(wàn)冊(cè),免費(fèi)發(fā)放到吉林省的大小村鄉(xiāng)鎮(zhèn),它是一項(xiàng)實(shí)實(shí)在在的惠民工程。

1 吉林省村鎮(zhèn)民居現(xiàn)狀以及發(fā)展方向

吉林省共轄有長(zhǎng)春、吉林、白山、四平、通化、遼源、白城、延邊、松原共 1個(gè)自治州、8個(gè)地級(jí)市、18個(gè)縣、20個(gè)縣級(jí)市、3個(gè)自治區(qū)。一般村鎮(zhèn)民居都是由當(dāng)?shù)啬嗤呓掣鶕?jù)當(dāng)?shù)亓?xí)慣建造,沒(méi)有設(shè)計(jì)圖紙,建筑材料往往是就地取材,沒(méi)有監(jiān)理以及質(zhì)檢,因而,建造質(zhì)量難以保障,結(jié)構(gòu)抗震更是無(wú)從談起。根據(jù)國(guó)家對(duì)農(nóng)村房屋建造的抗震要求,即 JGJ 161—2008《鎮(zhèn)(鄉(xiāng))村建筑抗震技術(shù)規(guī)程》的1.0.4條的規(guī)定,抗震設(shè)防烈度為6度及以上地區(qū)的村鎮(zhèn)建筑,必須采取抗震措施。那么根據(jù)2001年吉林省區(qū)劃,省內(nèi)共有629個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)處于抗震設(shè)防區(qū)域,其中抗震設(shè)防烈度為6度的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有444個(gè),占70.59%,抗震設(shè)防烈度為7度的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有167個(gè),占26.55%,抗震設(shè)防烈度為8度的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有18個(gè),占2.86%。

眾所周知,吉林省是農(nóng)業(yè)大省,工業(yè)實(shí)力不強(qiáng),其綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力在全國(guó)處于中下游水平。普通鄉(xiāng)村百姓不缺糧食,但活錢不多,在農(nóng)村自家建民房是天大的難事,尤其是建抗震防災(zāi)的房子更是聞所未聞。但是,近年來(lái)全球各地頻發(fā)的大地震、海嘯、龍卷風(fēng)、洪災(zāi)、泥石流等自然災(zāi)害對(duì)房屋建筑和人類生命財(cái)產(chǎn)造成極大破壞和威脅,不得不發(fā)人深思,讓人警醒。吉林省的永吉縣2010年就遭受嚴(yán)重水災(zāi),近幾年省內(nèi)又小震頻發(fā),因而災(zāi)后重建房屋以及新建村鎮(zhèn)房屋急需政府倡導(dǎo)和大力推薦抗震房屋的建設(shè)。目前,國(guó)家還沒(méi)有抗水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和泥石流的建筑標(biāo)準(zhǔn),而建造整體性較好的抗震房屋對(duì)于防治水災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和泥石流等自然災(zāi)害卻有一定效果,所以,根據(jù)抗震規(guī)程建造具有抗震能力的房屋是目前村鎮(zhèn)房屋建設(shè)的不二之選。

2 吉林省村鎮(zhèn)抗震民居建造的結(jié)構(gòu)類型

村鎮(zhèn)民居多為1層或2層的建筑,因而可以遵照J(rèn)GJ 161—2008《鎮(zhèn)(鄉(xiāng))村建筑抗震技術(shù)規(guī)程》(后面簡(jiǎn)稱“規(guī)程”)的要求進(jìn)行建設(shè),但是,如果村鎮(zhèn)民居采用為3層或3層以上的建筑,就應(yīng)該按照GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(后面簡(jiǎn)稱“規(guī)范”)來(lái)建設(shè)。

抗震規(guī)程中有砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、生土結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu),共4種結(jié)構(gòu)形式。接下來(lái)探討吉林省可以采用哪些結(jié)構(gòu)類型。

吉林省地處平原,石材匱乏,加之石材加工成易于砌筑的料石太麻煩,且石材的導(dǎo)熱系數(shù)太大,冬冷夏熱,不利于東北(嚴(yán)寒)的環(huán)保節(jié)能要求,因而不應(yīng)采用石結(jié)構(gòu),只是利用石材優(yōu)于磚材的抗凍融性能,將毛石用于基礎(chǔ)用料。

吉林省的土質(zhì)黏性無(wú)法與黃土高坡的土質(zhì)相比,要靠加入稻草來(lái)增加黏性和防裂,而且生土墻強(qiáng)度太低,不要說(shuō)抗震防災(zāi),就是小小的老鼠都會(huì)在生土墻上隨意開洞,因而,吉林省不采用生土結(jié)構(gòu)。

吉林省雖有興安嶺和長(zhǎng)白山的天然林木資源,但是為了環(huán)保,國(guó)家限制林木的采伐,加之木材極易著火和生蟲,耐久性和防火性不好,考慮木結(jié)構(gòu)是由木柱承重的,其維護(hù)結(jié)構(gòu)排除了前面的石材和生土,就剩木材和砌體了,而木材又不防火耐久且資源匱乏,所以只有磚砌體來(lái)做維護(hù)結(jié)構(gòu)。吉林省地處嚴(yán)寒地區(qū),為了保溫需要,外墻墻體厚度都在370 mm以上,即便是用非承重的磚砌體砌墻也可以輕松蓋一兩層的房子,所以沒(méi)必要再用木柱子來(lái)承重。但是,省內(nèi)農(nóng)村林木較多的地區(qū),房屋建筑時(shí)就地取材,多用三角形木屋架和瓦做屋蓋,其防水性和耐久性都不錯(cuò)。

綜上所述,吉林省村鎮(zhèn)抗震民居建造的結(jié)構(gòu)類型就可確定下來(lái):基礎(chǔ)采用毛石條形基礎(chǔ),墻體采用砌體結(jié)構(gòu)承重,屋蓋為鋼筋混凝土屋蓋或三角形木屋蓋。

3 吉林省村鎮(zhèn)抗震民居建造的標(biāo)準(zhǔn)

吉林省村鎮(zhèn)抗震民居建造的標(biāo)準(zhǔn)是以擬建房屋所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度來(lái)確定的,而不是由震級(jí)決定的。

這是因?yàn)橐淮蔚卣鹬挥幸粋€(gè)震級(jí),但烈度并不止一個(gè) ,離震中近的地方烈度高,破壞大;反之烈度低,破壞小。下面以唐山地震為例說(shuō)明這一情況。1976年7月28日唐山大地震,震級(jí)為里氏7.8級(jí),震中極震區(qū)恰好位于市區(qū),烈度達(dá)到11度,震后一片廢墟,全市死亡24.2萬(wàn)人,傷16.4萬(wàn)人,財(cái)產(chǎn)損失100億元。這次地震中,離唐山40 km的寧河縣烈度為9度;離唐山90 km的天津市烈度為8度;150 km外的北京受到的影響為6度;360 km外的石家莊有強(qiáng)烈震感,烈度為5度。因此說(shuō)某房屋可抗7度(烈度7度)地震,這種說(shuō)法較為科學(xué)。說(shuō)抗7級(jí)地震就顯得不夠明確,因?yàn)橐粋€(gè)7級(jí)地震是可以對(duì)應(yīng)許多烈度的,所以,房屋抗震標(biāo)準(zhǔn)是以抗震設(shè)防烈度來(lái)確定的。

4 吉林省村鎮(zhèn)抗震民居建造的措施

根據(jù)吉林省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳下發(fā)的吉林省鄉(xiāng)鎮(zhèn)抗震設(shè)防烈度區(qū)劃一覽表,查找擬建房屋所在地區(qū)的抗震設(shè)防烈度,再根據(jù)抗震設(shè)防烈度查找規(guī)范或規(guī)程中相應(yīng)的抗震技術(shù)措施。如房屋層數(shù)和總高度限值,最小墻厚,房屋承重橫墻最大間距,房屋局部尺寸限值,配筋磚圈梁最小縱向配筋以及砂漿強(qiáng)度和厚度,預(yù)制梁、板在支座上的支撐長(zhǎng)度,配筋磚圈梁交接(轉(zhuǎn)角)處的鋼筋搭接做法,承重磚墻轉(zhuǎn)角構(gòu)造做法,后砌非承重隔墻拉結(jié)做法,雙坡木屋蓋的坡度、支撐體系及其連接、錨固等措施。

很多地區(qū)的地震表明,砌體結(jié)構(gòu)的震害主要是墻體開裂倒塌,預(yù)制樓板脫離支座掉落。那么引起墻體倒塌的原因可能是震后砂土液化引起基礎(chǔ)沉陷,或者是墻體承載力不足,或者是墻體拉結(jié)不夠?qū)е缕矫嫱馐Х€(wěn)等。針對(duì)以上問(wèn)題,可以選擇在穩(wěn)定基巖,堅(jiān)硬土,開闊、平坦、密實(shí)、均勻的中硬土等有利地段建設(shè)。避開軟弱土,液化土,條狀突起的山嘴,高聳孤立的山丘,非巖質(zhì)的陡坡,河岸和邊坡的邊緣,平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層(如故河道、疏松的斷層破碎帶、暗埋的塘浜溝谷和半填半挖地基)等不利地段。嚴(yán)禁在地震時(shí)可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷裂帶上可能發(fā)生地表錯(cuò)位的部位進(jìn)行建設(shè)。由于吉林省的凍土深度在1.3 m～2 m之間,所以基礎(chǔ)埋深應(yīng)該置于凍土深度以下?；A(chǔ)圈梁可以采用現(xiàn)澆的鋼筋混凝土圈梁,能夠提高房屋的整體性,防止地基的不均勻沉降,做法見圖1。樓層標(biāo)高處可以適當(dāng)放寬,設(shè)置配筋磚圈梁即可,做法見圖2和圖3。

圖1 基礎(chǔ)做法

圖2 預(yù)制樓蓋配筋磚圈梁做法

圖3 現(xiàn)澆樓蓋增筋替代圈梁做法

采用配筋磚圈梁或在轉(zhuǎn)角和連接處設(shè)置墻體拉結(jié)鋼筋,以增加砌體的延性。如果能夠設(shè)置一些構(gòu)造柱,則抗震效果會(huì)更好。由現(xiàn)澆鋼筋混凝土圈梁、構(gòu)造柱、樓(屋)蓋所形成的砌體結(jié)構(gòu),其整體性是最好的。做法見圖4至圖6。

圖4 構(gòu)造柱與墻體拉結(jié)做法

圖5 承重磚墻轉(zhuǎn)角構(gòu)造做法

圖6 后砌非承重隔墻拉結(jié)做法

由于木屋蓋與下部砌體結(jié)構(gòu)是2種不同的結(jié)構(gòu)體系,所以要保證其協(xié)同工作能力,那么它們的連接以及三角形木屋架的自身穩(wěn)定性就顯得尤為突出。木屋蓋的自重較輕,容易遭受風(fēng)災(zāi)破壞,因此,木屋架房屋宜采用雙坡屋蓋,且坡度不宜大于30°。木屋架在墻上的最小支承長(zhǎng)度為240 mm,支座處鋪設(shè)木墊板。木墊板下應(yīng)鋪設(shè)砂漿墊層,木墊板與木屋架之間應(yīng)采用鐵釘或扒釘連接。為了保證傳力路徑的合理性,山墻處應(yīng)優(yōu)先選擇放置屋架,其次才是硬山隔檁(比放屋架經(jīng)濟(jì))。如果采用硬山隔檁須要采用墻攬以加強(qiáng)屋蓋與墻體的拉結(jié)。做法見圖7～圖10。當(dāng)抗震設(shè)防烈度為8度時(shí)不應(yīng)采用硬山隔檁屋蓋,因?yàn)橛采礁魴_屋蓋與墻體共同工作能力差。

圖7 木屋架支撐體系(剪刀撐)做法

圖8 山墻、山尖墻的墻攬?jiān)O(shè)置示意圖

圖9 木屋架在墻上支承示意圖

圖10 內(nèi)隔墻墻頂與屋架下弦拉結(jié)示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

2011年是我國(guó)十二五規(guī)劃的第一年,大力開發(fā)村鎮(zhèn)抗震民居建設(shè),推廣技術(shù)、普及知識(shí)、抗震防災(zāi)、利國(guó)利民。通過(guò)對(duì)吉林省村鎮(zhèn)抗震民居建造的研究,可以向具有同等條件的東北三省進(jìn)行推廣和普及。

[1]JGJ 161—2008,鎮(zhèn)(鄉(xiāng))村建筑抗震技術(shù)規(guī)程[S].

[2]劉方,張久慧,竇立軍.吉林省村鎮(zhèn)抗震民居建造指導(dǎo)圖解[M].長(zhǎng)春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社,2011:1-110.