村鎮(zhèn)既有石結(jié)構(gòu)房屋現(xiàn)狀調(diào)查

石家鑫 李鵬程 彭有開

(北京建筑大學(xué) 工程結(jié)構(gòu)與新材料北京市高等學(xué)校工程研究中心，北京 100044)

村鎮(zhèn)既有石結(jié)構(gòu)房屋現(xiàn)狀調(diào)查

石家鑫 李鵬程 彭有開

(北京建筑大學(xué) 工程結(jié)構(gòu)與新材料北京市高等學(xué)校工程研究中心，北京 100044)

通過對我國各地村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋的實地調(diào)查與資料整理，總結(jié)了村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋在我國分布的特點，同時就各個地區(qū)的不同種類型的石結(jié)構(gòu)房屋的特點對各地石結(jié)構(gòu)房屋進行了詳細的介紹，從單獨構(gòu)件入手分析，指出了不同種類村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋從承重構(gòu)件到房屋的整體抗震性能方面存在的問題。

石結(jié)構(gòu)，特點，抗震，問題

1 石結(jié)構(gòu)概述

石結(jié)構(gòu)即石砌體結(jié)構(gòu)，是一種以經(jīng)過加工的天然巖石為基材，輔以砂漿等粘結(jié)材料，經(jīng)人工按一定方式砌筑而成的結(jié)構(gòu)。石材是被人類最早認識和利用的天然材料之一，石結(jié)構(gòu)也是人類最早用于生活和居住的場所之一。

我國早期石砌體結(jié)構(gòu)多見于墓穴建造以及一些木構(gòu)建筑及磚砌建筑的補充。在山西、廣東、湖北等省及廣西柳江與北京周口店均發(fā)現(xiàn)有舊石器時代中晚期人類居住的天然巖洞。殷商時期的建筑遺址中,已發(fā)現(xiàn)有石質(zhì)柱礎(chǔ),足見石材應(yīng)用于中國建筑中已有悠久歷史。秦漢以后，石結(jié)構(gòu)得到很大發(fā)展，現(xiàn)存實物有石墓室、石祠、石闕、石窟寺、石塔、石橋以及石經(jīng)幢、石墓表、石牌坊等。中國古代以“石作”來稱呼石結(jié)構(gòu)建筑物的制作和安裝，制作工藝在宋代《營造法式》和清代《工程做法》中都有涉及。

2 既有村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋狀況

2.1 建筑材料

能夠用于建筑領(lǐng)域的石材有很多，村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)所采用的石材材質(zhì)主要為花崗巖，其他的還有大理巖和石灰?guī)r等。按照石材加工后的規(guī)則程度，石結(jié)構(gòu)所采用的石材又可分為料石和毛石。其中料石可以分為毛料石、粗料石和細料石。而毛石又可以細分為亂毛石和平毛石。天然的卵石和片石在一些地區(qū)的石結(jié)構(gòu)建筑中有時也會用于墻體的砌筑。一般砌筑工程中通常采用的砌筑砂漿有水泥砂漿、水泥混合砂漿和石灰砂漿，而用于石結(jié)構(gòu)砌筑中的傳統(tǒng)砂漿則通常為粘土混合砂漿和粘土砂漿。部分地區(qū)(如甘南地區(qū)的片石墻、山西的石仿木建筑等)甚至可以不使用砌筑砂漿而仍能保證部分石材的連接性。

2.2 組砌方式

北方的毛石墻的砌筑方式通常比較隨意。砌筑時一般采用鋪漿法砌筑，先從轉(zhuǎn)角處開始砌起，再向中間逐步砌筑。砌塊保證錯縫搭砌，砌塊之間較大縫隙使用砂漿填滿后嵌入碎石。閩南地區(qū)現(xiàn)有的和在建的石結(jié)構(gòu)料石墻體的砌筑方法主要有有墊片干砌后甩漿法、有墊片鋪漿法和無墊片鋪漿法三種[1]。對于卵石墻的砌筑方法主要有人字砌筑法和品字砌筑法兩種。

此外，還有一些特殊形式的石墻采用特殊的砌筑方法，如碎石墻，采用灌漿法砌筑，使石塊周圍充滿砂漿。片石墻則通常與料石墻的砌筑方式相同，多采用鋪漿法砌筑。

2.3 結(jié)構(gòu)構(gòu)件類型

石結(jié)構(gòu)房屋一般由基礎(chǔ)、墻、柱、屋(樓)蓋等構(gòu)件組成，基礎(chǔ)作為下部承重構(gòu)件，承受著上部承重墻和柱傳來的荷載，屋(樓)蓋則是建筑物中承受各層樓和頂層的各種荷載并傳給墻和柱的分隔構(gòu)件。一般情況下基礎(chǔ)都采用石砌基礎(chǔ)，砌筑材料多采用毛石，部分石結(jié)構(gòu)建筑的基礎(chǔ)會采用料石，少數(shù)情況下石墻下無基礎(chǔ)。

墻體通?？煞譃椋毫鲜瘔?、毛石墻、卵石墻、片石墻和夾板墻。料石墻是采用料石和砂漿砌筑的墻體。毛石墻是指采用不規(guī)則毛石砌筑，石縫采用各種砂漿或無砂漿填充的墻體。片石墻是在大石之間嵌小石并填充粘土鋪筑，局部采用小石片填縫找平的墻體。夾板墻是指外墻采用石材砌筑，內(nèi)墻采用填充材料填充的墻體。大部分石結(jié)構(gòu)房屋都采用石柱石梁，但對于石柱和石梁的類型在規(guī)范中都進行了嚴格的規(guī)定，以避免承重構(gòu)件在使用中發(fā)生脆性斷裂。而木結(jié)構(gòu)承重的石結(jié)構(gòu)房屋則通常采用木柱木梁。

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國內(nèi)石結(jié)構(gòu)常見的樓蓋體系包括石板樓蓋、木板樓蓋和混凝土板樓蓋，其中混凝土樓蓋的抗震性能最好。

2.4 分布及地區(qū)特點

我國現(xiàn)有石結(jié)構(gòu)主要分布于東北、東部、東南沿海地區(qū)以及云貴高原、青藏高原和其他山地地區(qū)。主要分布省市有北京、山東、江蘇、浙江、福建、貴州、廣西、四川、山西、陜西、河北唐山等地區(qū)。

北京市的石結(jié)構(gòu)房屋大部分存在于多山地區(qū)，其中尤以門頭溝區(qū)的存量較大。北京地區(qū)的村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋形式與大多數(shù)傳統(tǒng)的南方石結(jié)構(gòu)房屋不同，通常采用木屋架石墻承重結(jié)構(gòu)，即采用木梁、木柱以及石砌墻體作為主要承重構(gòu)件，這一點不同于南方的石梁石柱石墻石樓板承重方式。也有部分房屋采用傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)承重形式，石砌墻體僅作為圍護結(jié)構(gòu)存在，而這種形式的房屋則恰恰沿襲了我國傳統(tǒng)建筑“墻倒屋不塌”的理念。北京地區(qū)的村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋絕大多數(shù)均為單層的平房，石砌墻體砌筑采用亂毛石和平毛石配以三合土或低等級砂漿，部分墻體采用磚石混合砌筑。石砌體房屋通常兩面山墻，正面石墻上開門窗洞，房屋門窗洞口通常采用磚砌或木門窗框。少量磚石砌體的房屋在房屋四角設(shè)置構(gòu)造柱，極少有房屋設(shè)置水平圈梁(見圖1)。

陜南山區(qū)也存在許多石結(jié)構(gòu)民居，在鎮(zhèn)巴、安康、西鄉(xiāng)山區(qū)很普遍。陜南山區(qū)的石結(jié)構(gòu)房屋也有著其不同于其他地區(qū)石結(jié)構(gòu)房屋的結(jié)構(gòu)形式。其民居通常只有兩山墻和后墻三面墻，有的直接利用山崖作為后墻，正面通常采用木裝修。當(dāng)?shù)胤课莩２捎媚疚菁埽越?jīng)過雕刻的石礎(chǔ)作為柱基，墻體采用石砌墻或夯土墻。房屋基礎(chǔ)通常采用卵石砌筑。在紫陽地區(qū)的民居還采用石板屋頂。

貴州的鎮(zhèn)寧、安順等布依族地區(qū)盛產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石料，當(dāng)?shù)氐氖Y(jié)構(gòu)房屋多為干欄式樓房或半邊樓(前半部正面看是樓，后半部背面看是平方)式的石板房。布依族的石板房多數(shù)是采用木屋架，除了一些必要的梁、柱等承重構(gòu)件外，多數(shù)都是采用石材。不同于其他石結(jié)構(gòu)民居的是，布依族的石板房采用的石材是當(dāng)?shù)貜V泛分布的頁巖，而且石板房上的“瓦”通常也是采用當(dāng)?shù)氐捻搸r。

東南沿海地區(qū)的村鎮(zhèn)建筑也大量采用了石結(jié)構(gòu)，尤以閩南地區(qū)為主(見圖2)。福建省的村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋保有量至少達到1億m2，占村鎮(zhèn)建筑總量的60%[2]。閩南地區(qū)石結(jié)構(gòu)房屋主要有三類：純石結(jié)構(gòu)、石混結(jié)構(gòu)和單層純石結(jié)構(gòu)加蓋多層磚混結(jié)構(gòu)。純石結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)、承重墻、柱、梁、板等構(gòu)件都是由石材組成。石混結(jié)構(gòu)的承重墻由條石砌筑而成，而其屋(樓)蓋則采用預(yù)制的鋼筋混凝土屋(樓)蓋，這一類石結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能一般要好于純石結(jié)構(gòu)房屋。單層純石結(jié)構(gòu)加蓋多層磚混結(jié)構(gòu)則是在原有的石結(jié)構(gòu)建筑上加蓋多層磚混結(jié)構(gòu)，以達到增大使用空間的目的。這類在石結(jié)構(gòu)房屋上加層的房屋約占純石結(jié)構(gòu)總量的40%。加層部分一般采用磚混結(jié)構(gòu),增加層數(shù)一般為1層～3層。

3 存在主要問題

地基基礎(chǔ)方面，村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)建筑通常不太注重建筑的選址，對于地基的處理也常常存在問題，這導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的地基和基礎(chǔ)存在一定程度的隱患，會造成基礎(chǔ)的不均勻沉降、地面凹陷等問題。

承重構(gòu)件方面，在既有石結(jié)構(gòu)的民居中，有些房屋的梁、板等受彎構(gòu)件采用石梁石板這類材料。然而石材的特性決定了石梁石板的抗彎性能很差，容易開裂或者發(fā)生脆性破壞。

墻體砌筑方面，主要問題在于砌筑方法的不合理性。比如北方常用的亂毛石的鋪漿砌法以及閩南地區(qū)運用最廣的有墊片干砌甩漿法(見圖3，圖4)，有實驗表明，以這些砌筑方法砌筑的墻體其抗震性能極差。

使用材料方面，部分地區(qū)的石結(jié)構(gòu)房屋砌筑承重墻體采用亂毛石，使用這類材料作為承重墻材料，無法保證墻體的整體性，地震下墻體容易松散倒塌。還有一些地區(qū)石結(jié)構(gòu)房屋的砌筑砂漿采用粘土甚至直接采用干砌法，無法保證石材與石材之間的粘結(jié)，整體性差。結(jié)構(gòu)本身方面，有些石結(jié)構(gòu)房屋的墻體橫墻過長，抗平面外倒塌的能力較差。有些墻體則存在縱橫墻連接處不可靠的問題(見圖5，圖6)。

還有部分地區(qū)的部分石結(jié)構(gòu)建筑存在結(jié)構(gòu)體系不合理、構(gòu)件跨度過長或是懸挑過長以及附屬構(gòu)件不安全的問題。這些問題也都會給石結(jié)構(gòu)房屋抗震帶來安全隱患。

4 結(jié)語

自2008年汶川8.0級大地震起，我國近五年來自然災(zāi)害頻發(fā)，其中尤以地震災(zāi)害為首。這五年間國內(nèi)共發(fā)生了大大小小的地震二十余起，震級高于6.0級的地震不下10起，其中還有近期發(fā)生的云南景谷6.6級地震以及汶川、玉樹、雅安等震級7.0級以上的地震多起。如此多的地震給國家和人民帶來了巨大的生命和財產(chǎn)損失。石結(jié)構(gòu)房屋作為農(nóng)村地區(qū)常見的房屋類型之一，由于部分農(nóng)村地區(qū)發(fā)展的相對落后，建造條件和技術(shù)的相對不成熟，往往導(dǎo)致地震來臨時房屋成片倒塌，造成巨大的人員傷亡，所以對于農(nóng)村地區(qū)既有石結(jié)構(gòu)房屋的抗震加固已是迫在眉睫。

[1] 郭子雄，黃群賢，柴振嶺，等.石結(jié)構(gòu)房屋抗震防災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)研究與展望[J].工程抗震與加固改造,2009,31(6):47-51.

[2] 劉 陽，郭子雄，楊 勇，等.閩南地區(qū)農(nóng)村住宅安全性現(xiàn)狀及防災(zāi)建議[J].華僑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007,28(1):63-67.

[3] 周 云.我國石結(jié)構(gòu)房屋抗震性能研究進展[J].工程抗震與加固改造,2006,28(4):106-110.

[4] 謝珂珩.羌族建筑及其抗震性能分析[J].藝術(shù)與設(shè)計,2008(11):83-86.

Present situation investigation of rural stone masonry structures

Shi Jiaxin Li Pengcheng Peng Youkai

(BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,BeijingHigherInstitution

EngineeringResearchCenterofCivilEngineeringStructureandRenewableMaterial,Beijing100044,China)

On basis of on-the-spot investigation and data collection， this paper summarizes the characteristics of distribution of the rural stone masonry structures in China. At the same time, according to the characteristics of different types of stone masonry structures of various regions， to introduce every kind of stone structures in detail. Starting from the single components, points out the different existing problems of different stone masonry structures.

stone masonry structure, characteristics, aseismic, problems

2015-02-10

石家鑫(1990- )，男，在讀碩士； 李鵬程(1990- )，男，在讀碩士； 彭有開(1985- )，男，博士，講師

1009-6825(2015)11-0029-02

TU363

A