四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)改良做法

雍 軍

(成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院 四川 成都 610106)

四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)改良做法

雍 軍

(成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院 四川 成都 610106)

四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)采用榫卯連接方式在地震中是有利于減震、耗能的，但結(jié)構(gòu)中隔墻與主體木架構(gòu)在水平力作用下變形不同步，且隔墻不能為主體木架構(gòu)提供有效的側(cè)向支撐，因此在地震作用下穿斗式木結(jié)構(gòu)體系側(cè)向柔軟導(dǎo)致變形過大而容易發(fā)生嚴(yán)重破壞。本文用木剪力墻做法代替四川傳統(tǒng)穿斗式木結(jié)構(gòu)隔墻做法，墻體與主體木架構(gòu)能有效連接，同為木制材料，又可保證墻體與主體木架構(gòu)變形協(xié)調(diào)一致，從而可以大大提升穿斗式木結(jié)構(gòu)民居抵抗地震的能力。

鄉(xiāng)村民居；穿斗式木結(jié)構(gòu)；木剪力墻；改良

引 言

2008年四川汶川地震過后，我國(guó)西部地區(qū)地震頻發(fā)，相繼發(fā)生較大的地震有青海玉樹地震、四川蘆山地震、云南魯?shù)榈卣鸬?，給人民生命財(cái)產(chǎn)造成極大損失。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在數(shù)次地震中，鄉(xiāng)村建筑受災(zāi)情況遠(yuǎn)比城鎮(zhèn)建筑更嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，2013 年4 月20 日，四川省雅安市蘆山7.0 級(jí)地震，共造成196 人遇難， 21 人失蹤，死難者中約90%以上為農(nóng)村人口，基本上由建筑物倒塌所引起。城鎮(zhèn)建筑在設(shè)計(jì)及建造中多嚴(yán)格考慮了抗震要求，具備一定抗震能力。而鄉(xiāng)村建筑大多為村民自建房，以民間建造經(jīng)驗(yàn)為主，特別是四川鄉(xiāng)村很有特色的穿斗式木結(jié)構(gòu)民居更是如此。目前四川地區(qū)鄉(xiāng)村建筑主要分為磚混結(jié)構(gòu)、穿斗式木結(jié)構(gòu)、磚木混合結(jié)構(gòu)三類，近些年磚混結(jié)構(gòu)在農(nóng)村較普遍，但在經(jīng)濟(jì)條件落后及交通不便的偏遠(yuǎn)山區(qū)，農(nóng)戶則更愿意選擇取材方便、成本更低的穿斗式木結(jié)構(gòu)作為居住住房。目前這類木結(jié)構(gòu)建筑，新建較少，多數(shù)建成時(shí)間較長(zhǎng)，其中不乏年代久遠(yuǎn)、房齡達(dá)數(shù)十年以上的房屋，大多經(jīng)歷過數(shù)次地震影響結(jié)構(gòu)受損明顯但仍在使用，如再遇強(qiáng)震來襲，其抗震能力令人十分擔(dān)憂。穿斗式木結(jié)構(gòu)曾經(jīng)是我國(guó)南方地區(qū)民居的主要建筑結(jié)構(gòu)類型，其柱直接承檁、榫卯連接的方式不但體現(xiàn)了極強(qiáng)的中國(guó)民居特色，同時(shí)還具有良好的抗震能力，這種承載中國(guó)悠久歷史文化的建筑結(jié)構(gòu)類型不應(yīng)該消失，而應(yīng)該由我們發(fā)揚(yáng)、改良及傳承下去。因此，對(duì)廣大農(nóng)村地區(qū)的穿斗式木結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的改良是一項(xiàng)惠民利國(guó)工程。

一、四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及缺陷

四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)除了我國(guó)南方穿斗式木結(jié)構(gòu)柱承檁、榫卯連接等特點(diǎn)外，還有自身特點(diǎn)，主要是房屋橫向柱數(shù)少，橫向落地柱數(shù)通常在3-5根之間，多為奇數(shù)；橫向落地柱柱距小，在1m-2.5m之間；落地柱通常就地取材，柱徑不大，在10cm-20cm之間。墻體類型主要有磚墻、夯土墻、篾條泥墻，墻體不承擔(dān)豎向荷載，僅起隔墻作用，與主體木架構(gòu)僅以砂漿、泥漿或篾條插入柱子相連接。墻體厚度在5-6cm左右，夯土墻要更厚些。

由于以上特點(diǎn)，墻體與主體木架構(gòu)不容易有效連接，墻體不能為主體結(jié)構(gòu)提供必要的側(cè)向剛度及水平變形，因此四川鄉(xiāng)村地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu)主體側(cè)向剛度十分有限，加之穿斗式木結(jié)構(gòu)年代久遠(yuǎn)維護(hù)不夠，榫卯緊固不足，在地震中容易導(dǎo)致榫頭脫出、柱腳移位等現(xiàn)象，由此引發(fā)該類結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞甚至倒塌。據(jù)統(tǒng)計(jì)[2]，四川省雅安市蘆山7.0 級(jí)地震中，穿斗式木結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重的主要形式有：榫卯連接處榫頭脫出、柱腳位移嚴(yán)重導(dǎo)致房屋過度傾斜甚至倒塌；墻體(特別磚墻、夯土墻)倒塌嚴(yán)重。相比較歐美民居使用較多的輕型木結(jié)構(gòu)，穿斗式木結(jié)構(gòu)榫卯連接的做法更利于減震、耗能，但因?yàn)樽陨聿牧先毕?、隔墻不能與主體木架構(gòu)保持同步的水平位移，穿斗式木結(jié)構(gòu)在地震中容易產(chǎn)生過大變形最終導(dǎo)致破壞，這是穿斗式木結(jié)構(gòu)最大的缺陷所在。本文參考輕型木結(jié)構(gòu)做法，用木制剪力墻做法代替穿斗式木結(jié)構(gòu)隔墻做法，即可保證墻體與主體木架構(gòu)有效連接以顯著增強(qiáng)房屋整體性，同為木制材料，又可保證墻體與主體木架構(gòu)協(xié)調(diào)變形一致，能大大提升穿斗式木結(jié)構(gòu)抵御強(qiáng)震的能力。

二、四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)的改良

(一)四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)慣用尺寸

四川地區(qū)鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)通常采用三間四扇五柱或三間四扇三柱的平面布局形式。其中，間是指開間數(shù)，通常為房屋縱向。扇，在房屋橫向，是由柱(落地柱、瓜柱)、穿枋等組成的橫向排架。柱指同一扇上落地柱數(shù)之和。圖1為四川地區(qū)鄉(xiāng)村民居三間四扇五柱穿斗式木結(jié)構(gòu)橫向排架慣用尺寸，三間四扇三柱柱距慣用尺寸與三間四扇五柱基本相同，只是無前后二根檐柱。

圖1 三間四扇五柱穿斗式木結(jié)構(gòu)

(二)墻體改良做法

經(jīng)分析可知，在地震中穿斗式木結(jié)構(gòu)榫卯連接處榫頭脫出、柱腳位移嚴(yán)重，除了節(jié)點(diǎn)連接處緊固度不夠外，主要是由于結(jié)構(gòu)體系自身比較柔軟，隔墻不能為主體木架構(gòu)提供有效的側(cè)向支撐及協(xié)調(diào)變形，導(dǎo)致在水平地震作用下主體木架構(gòu)會(huì)產(chǎn)生過大的水平位移。磚墻、夯土墻這類隔墻屬脆性材料，變形能力有限，不能與主體木架構(gòu)保持協(xié)調(diào)變形，加之與主體木架構(gòu)連接不牢固，因此在地震中極易倒塌。

將穿斗式木結(jié)構(gòu)普遍采用的隔墻(磚墻、夯土墻、篾條泥墻)替換為木制剪力墻，并保證木制剪力墻與主體木架構(gòu)柱子、穿枋等構(gòu)件之間的有效連接，連接方式采用釘連接。木制剪力墻由龍骨和覆面板構(gòu)成，根據(jù)四川地區(qū)鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)構(gòu)件慣用尺寸(磚墻60mm厚、篾條泥墻50-60mm厚、柱徑100-200mm、穿枋截面寬50-70mm高100-200mm),木制剪力墻宜與原房屋墻體厚度保持一致，以保證四川地區(qū)民居穿斗式風(fēng)格特征。因此，龍骨采用SPF規(guī)格材38×89對(duì)分成兩片38×44，木剪力墻體厚度為龍骨截面高44加其兩側(cè)覆面板厚度(20以內(nèi))，在60-70mm之間，與原來墻體厚度基本保持一致。具體構(gòu)造做法如圖2，施工工藝為先連接水平龍骨到穿枋(或地腳梁)，再連接豎向龍骨到柱子(或水平龍骨)，最后連接墻體兩側(cè)覆面板到墻體龍骨。改造后木剪力墻墻面效果見圖1，根據(jù)需要可在墻面粉刷涂料飾面。

圖2 穿斗式木結(jié)構(gòu)木制剪力墻構(gòu)造做法

(三)墻體改良優(yōu)勢(shì)

在日本民居木結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)構(gòu)架法中，木剪力墻可以用交叉斜撐而不用墻體覆面板來抵抗水平剪力[3]，但對(duì)于四川鄉(xiāng)村地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu)，使用墻體覆面板比交叉斜撐更具優(yōu)勢(shì)。因?yàn)椋核拇ㄠl(xiāng)村穿斗式木結(jié)構(gòu)較普遍的地區(qū)多為偏遠(yuǎn)山區(qū)，施工技術(shù)力量薄弱，使用墻體覆面板比使用交叉斜撐對(duì)施工技術(shù)要求更低，木剪力墻施工質(zhì)量更有保障；使用墻體覆面板連接可形成墻體規(guī)整中空，方便填塞保溫隔熱材料如玻璃棉等，可以顯著改善墻體保溫隔熱性能，能大大提升鄉(xiāng)村民居的舒適性。造價(jià)方面，木剪力墻所用材料主要為龍骨 SPF規(guī)格材38×89、覆面板OSB板(結(jié)構(gòu)膠合板或硬質(zhì)纖維板)及麻花釘，材料市面價(jià)格均不高，施工技術(shù)簡(jiǎn)單，當(dāng)?shù)仄胀ㄞr(nóng)戶勞動(dòng)力培訓(xùn)幾天即可按照要求自行施工。

三、四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)改良的意義及前景展望

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前四川鄉(xiāng)村地區(qū)有約10%的民居采用穿斗式木結(jié)構(gòu)，且建造年代較其它建筑結(jié)構(gòu)類型更久遠(yuǎn)，這些木結(jié)構(gòu)建筑普遍年久失修、保養(yǎng)不足，加之近幾年來數(shù)次受強(qiáng)震影響主體結(jié)構(gòu)不同程度受損，其抗震能力比建造初期已經(jīng)大幅下降，成為了廣大農(nóng)戶生命財(cái)產(chǎn)安全的極大威脅。目前穿斗式木結(jié)構(gòu)大多在四川偏遠(yuǎn)山區(qū)，農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)條件落后，如果所有改良項(xiàng)目由政府專項(xiàng)資金負(fù)責(zé)，按照每戶材料約1萬元共約50萬戶統(tǒng)計(jì)，材料費(fèi)共計(jì)約50億元(改良施工技術(shù)簡(jiǎn)單易操作，每戶自出房屋改造勞動(dòng)力)，墻體經(jīng)過改良后可顯著提高四川鄉(xiāng)村地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu)房屋的抗震能力及使用壽命。因此四川鄉(xiāng)村民居穿斗式木結(jié)構(gòu)的改良工程具有重大深遠(yuǎn)的惠民意義。在此基礎(chǔ)上，也可向全國(guó)其它穿斗式民居大量存在的省份特別地震頻發(fā)的地區(qū)推廣，具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

[1]中國(guó)地震局．四川蘆山地震傷亡情況[EB/OL]. http://www.cea．gov．cn/publish/dizhenj2013004024.China Earthquake Administration． Casualties of Lushan earthquake[EB/OL].

[2]周鐵鋼，錢相博，張冰冰． 蘆山地震農(nóng)村房屋震害調(diào)查與分析[J]．地震工程與工程振動(dòng)，2013，33( 3 ) : 53-58．ZHOU Tiegang，QIAN Xiangbo，ZHANG Bingbing． Investigation and analysis of damage to rural houses in Lushan earthquake[J]．Journal of earthquake engineering and engineering vibration，2013，33( 3 ) : 53-58．

[3]菊池重昭.(日)建筑木質(zhì)構(gòu)造[M]．中國(guó)電力出版社出版，2010.

[4]陸偉東，鄧大利，居興鵬等. 中國(guó)木結(jié)構(gòu)建筑分布及其震害[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，8：464-469

[5]曹芳，董龍彬，祁香文. 輕型木結(jié)構(gòu)在震后房屋重建工程中的應(yīng)用探究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，2：109-111

雍軍(1977-)，男，從事建筑結(jié)構(gòu)抗震工作，成都大學(xué)建筑與土木工程學(xué)院，講師，碩士，研究方向：木結(jié)構(gòu)建筑。