新疆農(nóng)牧區(qū)民居房屋結(jié)構(gòu)類型與震害特征分析*

常想徳， 孫 靜， 譚 明

(新疆維吾爾自治區(qū)地震局，新疆 烏魯木齊 830011)

中國是世界上大陸地震最多的國家，地震災(zāi)害損失十分嚴(yán)重，大量震害調(diào)查結(jié)果顯示，地震造成的人員傷亡主要是由房屋倒塌造成，而經(jīng)濟(jì)損失的90%以上是由建筑物毀壞所致，在農(nóng)牧區(qū)，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后和居民抗震防災(zāi)知識(shí)缺乏等原因，房屋抗震能力普遍薄弱，地震時(shí)因房屋破壞而造成人員傷亡的現(xiàn)象更為嚴(yán)重[1-3]。

新疆是中國內(nèi)陸地震活躍地區(qū)，也是中國地震災(zāi)害最為嚴(yán)重的地區(qū)之一，其特殊的區(qū)域地震構(gòu)造背景，形成了新疆及其鄰區(qū)地震活動(dòng)頻度高和強(qiáng)度大的特征。2000年1月至2019年12月，新疆共計(jì)發(fā)生5級(jí)以上破壞性地震93次，其中6.0～6.9級(jí)地震12次，7.0級(jí)以上地震3次。這些破壞性地震總計(jì)造成291人死亡，5 326人受傷。

由于新疆各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不平衡，少數(shù)民族聚集區(qū)發(fā)展相對落后，民居建筑抗震設(shè)防水平差異問題非常突出，同時(shí)，新疆民居房屋的結(jié)構(gòu)特征和設(shè)防水平也有著顯著的時(shí)代特征[4]。本世紀(jì)以來，新疆農(nóng)村民居由基本不設(shè)防到安居工程的穩(wěn)步推進(jìn)與順利實(shí)施，在多數(shù)地區(qū)具備良好抗震性能的安居工程房屋已逐步替代了不具備抗震能力的老舊房屋。但目前，部分地區(qū)仍存在一定數(shù)量的簡易結(jié)構(gòu)類型的房屋。本文中通過梳理新疆歷年來破壞性地震中各結(jié)構(gòu)類型房屋的震害特征，分析其產(chǎn)生震害的原因，較全面的分析新疆農(nóng)牧區(qū)民居房屋的結(jié)構(gòu)類型特征及抗震性能差異，為提高農(nóng)村地區(qū)的防震減災(zāi)能力，使震前清楚不同結(jié)構(gòu)類型房屋的抗震薄弱環(huán)節(jié)，做到有的放矢的預(yù)防，為減輕農(nóng)牧區(qū)地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提供基礎(chǔ)資料。

1 新疆農(nóng)牧區(qū)房屋結(jié)構(gòu)類型研究現(xiàn)狀

新疆傳統(tǒng)的農(nóng)牧區(qū)房屋，大都是由當(dāng)?shù)氐慕ㄖそ嘲凑债?dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)習(xí)慣建造的，具有結(jié)構(gòu)簡單，建造樣式基本一致，造價(jià)低廉，易于就地取材的特點(diǎn)。自實(shí)施抗震安居工程以來，受各地州、區(qū)市經(jīng)濟(jì)、人文及自然地理等條件的影響，新疆農(nóng)牧區(qū)民居出現(xiàn)了許多新型的結(jié)構(gòu)形式[5-6]。

新疆從2004年開始實(shí)施的城鄉(xiāng)抗震安居工程，是要變被動(dòng)的震后救災(zāi)為震前主動(dòng)積極的防御，要求新建的抗震安居房，不管是何種結(jié)構(gòu)，都必須達(dá)到抗震的要求，并針對不同結(jié)構(gòu)類型的農(nóng)村民居制定出了詳細(xì)的基本技術(shù)要求，2006年張勇將新疆農(nóng)村抗震民居房屋結(jié)構(gòu)類型劃分為3大類：一類為單層磚混、磚木結(jié)構(gòu)，二類為土木結(jié)構(gòu)、木夾板、木構(gòu)架土坯、木構(gòu)架柳芭夾芯房屋，三類為石木結(jié)構(gòu)[7]。

晉強(qiáng)等將新疆民居主要結(jié)構(gòu)類型分為混合結(jié)構(gòu)、墻體自承重結(jié)構(gòu)及框架結(jié)構(gòu)，并將砌筑材料類型分為改性的生土、新型石膏土坯及棉花秸稈草磚[8]。

夏多田等根據(jù)承重材料的不同，將新疆村鎮(zhèn)建筑房屋分為，土木結(jié)構(gòu)房屋(分土坯墻承重，硬山擱檁房屋、木構(gòu)架承重房屋、木構(gòu)架承重夾土坯芯墻房屋及木板夾心結(jié)構(gòu)房屋)、磚木結(jié)構(gòu)、石木結(jié)構(gòu)房屋、磚混結(jié)構(gòu)房屋及其他新型結(jié)構(gòu)房屋5大類[6]。

張守潔等人2013年根據(jù)各地民居傳統(tǒng)風(fēng)俗習(xí)慣和建筑材料實(shí)際，將新建和改造民居結(jié)構(gòu)類型分為磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)(包括“笆子墻”、木板夾心墻)、石木結(jié)構(gòu)、土木結(jié)構(gòu)、石膏土塊房等[2]。

2013年譚明等人將新疆傳統(tǒng)民居劃分為4大類：土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚砌體結(jié)構(gòu)及其他類。其中將土木結(jié)構(gòu)細(xì)分為土坯結(jié)構(gòu)、夯土墻結(jié)構(gòu)及木構(gòu)架-土坯墻結(jié)構(gòu)。其他類分為石結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)及磚土混合結(jié)構(gòu)等(1)譚明.新疆抗震安居房震害矩陣初步研究，2013.。

2013年9月至2015年5月間，溫和平等人在全疆完成了新疆民居房屋的大范圍抽樣調(diào)查工作。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，新疆除鄉(xiāng)鎮(zhèn)附近和城郊農(nóng)村區(qū)域建設(shè)有各類建筑樣式的2～3層磚砌體民居外，絕大多數(shù)區(qū)域的民居為單層結(jié)構(gòu)。將民居建筑類型主要?jiǎng)澐譃橥聊窘Y(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)及具抗震結(jié)構(gòu)的砌體結(jié)構(gòu)4種結(jié)構(gòu)類型。并將新疆民居劃分為6個(gè)典型區(qū)域：伊犁盆地區(qū)域，北天山經(jīng)濟(jì)帶區(qū)域，克拉瑪依市區(qū)域，阿勒泰區(qū)域，吐哈盆地區(qū)域，南疆及東天山區(qū)域[9]。

譚明等人將新疆安居工程建設(shè)分為2個(gè)階段[10]，第1個(gè)階段為2004～2010年，稱為“抗震安居工程”，目的是為廣大群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全提供基本保障，主要結(jié)構(gòu)類型包括，磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、木板夾芯結(jié)構(gòu)、木架構(gòu)-土坯墻結(jié)構(gòu)、石木結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆石膏-土坯墻結(jié)構(gòu)、木架構(gòu)-芭子墻結(jié)構(gòu)以及其他結(jié)構(gòu)(木結(jié)構(gòu)、編制木板房等)等主要8種結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)形式較多，分布不均勻，單體建筑面積相對較??；第2個(gè)階段為2011年以后，在新疆自治區(qū)人民政府主導(dǎo)下，把民居抗震與改善農(nóng)牧民生產(chǎn)生活條件、新農(nóng)村建設(shè)相結(jié)合，將“抗震安居工程”更名為“安居富民工程”，根據(jù)農(nóng)戶宅基地大小、家庭人口、經(jīng)濟(jì)條件和生活習(xí)慣等實(shí)際，建造達(dá)到抗震設(shè)防要求，同時(shí)提高建房標(biāo)準(zhǔn)，確保農(nóng)牧民住房面積合適(原則上每戶不低于80平方米)、功能設(shè)施齊全、建筑質(zhì)量可靠，符合地域特色的具有實(shí)用性和耐用性的有抗震能力農(nóng)牧民房屋。這不僅提升了農(nóng)牧民住房的抗震性能，還滿足了人民群眾對更高生活品質(zhì)的需求[4,11]。在此階段作為中國第二大牧區(qū)，新疆高位推動(dòng)并實(shí)施了“定居興牧工程”，徹底改變了牧民居無定所，實(shí)行農(nóng)牧結(jié)合的方式發(fā)展畜牧業(yè)，極大改善了牧民的生活條件，促進(jìn)了社會(huì)穩(wěn)定和民族團(tuán)結(jié)，改善了定居點(diǎn)局部生態(tài)環(huán)境[12-13]。截止目前，新疆農(nóng)牧區(qū)房屋結(jié)構(gòu)類型，逐步統(tǒng)一為以磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)為主的單層房屋和以磚混結(jié)構(gòu)為主的多層房屋。

自2016年起中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖全面實(shí)施后，新疆“安居富民工程”改稱為“農(nóng)村安居工程”，此類房屋嚴(yán)格按照，施工質(zhì)量高、抗震構(gòu)造措施齊全，在地震中均未造成破壞。

本文中主要依據(jù)新疆近些年來破壞性地震中房屋震害程度，結(jié)合造成房屋抗震性能差異的主要因素，如砌筑方式、建造材料、墻體材料、建造年代、墻體砌筑粘結(jié)材料及有無抗震構(gòu)造措施等，將新疆農(nóng)牧區(qū)民居房屋結(jié)構(gòu)類型劃分為土木-木架-石木簡易結(jié)構(gòu)類、磚木結(jié)構(gòu)類及磚混結(jié)構(gòu)類，并將土木-木架-石木簡易結(jié)構(gòu)類房屋細(xì)分為：夯土墻類(俗稱干打壘)、土坯墻類、磚土混合墻類、木構(gòu)架類及石木結(jié)構(gòu)類；將磚木結(jié)構(gòu)房屋細(xì)分為：無抗震措施的泥漿砌筑的磚木結(jié)構(gòu)房屋、無抗震措施的砂漿砌筑磚木結(jié)構(gòu)房屋及有抗震措施的磚木結(jié)構(gòu)房屋；將磚混結(jié)構(gòu)房屋細(xì)分為：無抗震措施的磚混結(jié)構(gòu)房屋和有抗震措施的磚混結(jié)構(gòu)房屋。將新疆民居房屋結(jié)構(gòu)類型劃分為3大類10小類，針對各小類的震害特征進(jìn)行總結(jié)分析。

2 農(nóng)牧區(qū)房屋各結(jié)構(gòu)類型震害特征分析

根據(jù)近些年新疆部分破壞性地震中房屋的震害現(xiàn)象，對細(xì)化分類后的各結(jié)構(gòu)類型房屋進(jìn)行震害特征梳理，并分析其產(chǎn)生破壞的原因。

2.1 土木-木架-石木簡易結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)類型房屋在2003年前廣泛分布于新疆南北疆農(nóng)牧區(qū)，從2004年開展的抗震安居、安居富民及定居興牧工程開展以來，具備抗震性能的房屋正逐步淘汰此類簡易結(jié)構(gòu)房屋，但是目前在農(nóng)村及牧區(qū)仍有一定數(shù)量的該類房屋。

該類房屋承重墻體多為夯土墻、土坯墻及塊石，屋頂由木梁及葦席、稻草等簡陋防水材料組成。房屋一般層高較低，開間及進(jìn)深均較小，房屋結(jié)構(gòu)是典型的脆性結(jié)構(gòu)。

該類房屋墻體結(jié)構(gòu)的材料強(qiáng)度低，無任何抗震構(gòu)造措施(僅少量房屋墻體間及轉(zhuǎn)角處含木柱)。屋面和墻體之間缺乏有效連接，房屋結(jié)構(gòu)的整體性差，房屋各構(gòu)件之間的連接薄弱，在水平地震力作用下，整個(gè)屋面產(chǎn)生推力破壞承重外墻[8,14-15]。此類土木結(jié)構(gòu)房屋大多數(shù)建設(shè)年代較早，年久失修，在新疆歷次破壞性地震中受災(zāi)程度最重，破壞范圍也最廣。將該類房屋細(xì)分為：夯土墻、土坯墻、磚土混合墻、木構(gòu)架及石木結(jié)構(gòu)5小類。

2.1.1 夯土墻類

此類夯土墻(俗稱干打壘)形式房屋是將半干半濕的黏性土逐層分段夯實(shí)，縱墻擱梁，山墻擱檁。此生土類建筑的物理特征是它的導(dǎo)熱系數(shù)小和熱惰性好，因此這類房屋具有良好的隔熱、保溫和防寒性能，能實(shí)現(xiàn)冬暖夏涼，節(jié)約能源的效果。但其最大的缺點(diǎn)是怕水，因新疆地區(qū)氣候干燥，降水量少，此類房屋分部較廣[16-17]。

震害特征及分析：該類型房屋震害表現(xiàn)為屋頂坍塌、承重墻體整體或局部倒塌(圖1a、b、c、d)及墻體結(jié)合部開裂等。此類型房屋多為建造時(shí)就地取材，有些房屋墻體材料為含粉砂類土，其墻體承載能力差，若未及時(shí)修繕或加固，其很容易遭受風(fēng)雨侵蝕，抗震能力極差。在2011年尼勒克—鞏留6.0級(jí)地震、2012年新源—和靜6.6級(jí)地震、2014年于田7.3級(jí)地震[18-19]及2016年阿克陶6.7級(jí)地震中此類房屋多數(shù)出現(xiàn)破壞。

2.1.2 土坯墻類

土坯墻類房屋，是由土坯塊做墻體砌筑材料，黏土泥漿粘結(jié)砌筑而成作為承重墻體，屋架和木梁擱置在土坯墻上，屋頂上部由草泥覆蓋。少數(shù)房屋屋頂有整體性較好木屋架(如阿圖什市)，其房屋層高約5 m，進(jìn)深約3 m，最大開間約5～6 m。該類型房屋缺少如木圈梁、木柱及拉結(jié)構(gòu)造等抗震措施，加之部分地區(qū)房屋因雨水沖刷、地基變形等因素地震前已出現(xiàn)不同程度損壞，房屋抗震性能顯著降低。

此類土坯墻房屋中，存在少量的土坯墻與墻內(nèi)木構(gòu)架共同受力形式的房屋。房屋墻體結(jié)合部設(shè)置了木柱，且墻體中均勻設(shè)置了木拉梁與木柱相連；屋頂由木料卯接成整體后安裝，屋蓋整體性能較好，屋頂鋪設(shè)草泥，整體結(jié)構(gòu)設(shè)置了多項(xiàng)合理抗震措施，有效地提高了結(jié)構(gòu)的整體性和抗倒塌性。

震害特征及分析：土坯墻房屋震害現(xiàn)象主要表現(xiàn)為屋頂整體或局部坍塌(圖1e、f)、承重墻體整體或局部倒塌(圖1g、h)、承重墻體縱橫墻交接處開裂、墻體外閃、墻體斜向及豎向裂縫、門窗洞角裂縫及洞口間墻體剪切裂縫、女兒墻及屋檐等非承重構(gòu)件損壞等[20-21]。該類房屋大多數(shù)建設(shè)年代較早，年久失修。房屋承重墻體建筑材料強(qiáng)度低，是典型的脆性結(jié)構(gòu)，無任何抗震構(gòu)造措施，屋面和墻體之間缺乏有效連接，房屋整體性很差，在水平地震力作用下，整個(gè)屋面產(chǎn)生推力破壞承重外墻[14-15]，如在2015年皮山6.5級(jí)地震Ⅷ度區(qū)內(nèi)的固瑪鎮(zhèn)老街多數(shù)此類結(jié)構(gòu)房屋倒塌破壞(圖1f)；在2017年塔什庫爾干5.5級(jí)地震中，一居民房屋(圖1e)屋面及墻體倒塌造成3名工人遇難。該類房屋門窗洞口上未設(shè)置過梁，或者僅放置窄細(xì)木條，搭接長度不夠，不能起到過梁的作用。土坯墻體本身強(qiáng)度低，地震來襲，造成局部應(yīng)力集中，門窗洞口上部角部墻體出現(xiàn)裂縫；房屋縱橫墻在砌筑時(shí)未在墻體交接處咬槎搭砌，縱橫墻間無可靠拉結(jié)，地震造成縱橫墻體間出現(xiàn)貫穿裂縫或墻體局部坍塌，如在2016年阿克陶6.7級(jí)地震中木吉鄉(xiāng)布拉克村村委會(huì)附近的此類房屋成片出現(xiàn)這種震害現(xiàn)象(圖1g、h)；屋面檁條或大梁簡單擱置于土墻墻頂(硬山擱檁)，梁下無梁墊，梁下墻體無暗柱或壁柱[20]，在地震動(dòng)作用下，梁下墻體產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，出現(xiàn)豎向裂縫。

2.1.3 磚土混合墻類

此類房屋，多為磚砌基礎(chǔ)，前墻為磚砌，其余墻體為土坯砌筑，或內(nèi)墻為土坯砌筑外墻為粘土磚砌筑(土坯墻和磚墻之間無有效可靠的連接，屬于典型的磚包皮墻體)，木屋頂，硬山擱檁，或部分有整體性較好的木屋架。僅少數(shù)磚包皮房屋建造質(zhì)量較好或經(jīng)過抗震加固外，此類房屋因其墻體材料的差異性和結(jié)構(gòu)整體性較差等因素，在地震中易發(fā)生破壞。

震害特征及分析：這類房屋土坯墻和磚墻之間沒有可靠的連接，在地震中外側(cè)墻體倒塌、墻體上部屋檐及女兒墻塌落的現(xiàn)象較為普遍(圖1i、j)，地震時(shí)群眾撤離到屋外過程中被震落屋檐碎塊砸傷也是造成人員受傷的原因之一[22]。

部分地區(qū)針對此類房屋開展了抗震加固措施，如精河縣大河沿子鎮(zhèn)的此類房屋，在2017年精河6.6級(jí)地震之前，在當(dāng)?shù)卣鞑块T的大力支持與指導(dǎo)下，針對此結(jié)構(gòu)類型的房屋采取了墻體間增設(shè)鋼筋拉結(jié)等抗震加固措施，極大提高了房屋結(jié)構(gòu)的整體性，在地震中Ⅶ度區(qū)內(nèi)此類房屋抗震性能表現(xiàn)良好，未出現(xiàn)墻體倒塌等現(xiàn)象，僅少數(shù)房屋承重墻體出現(xiàn)裂縫(圖1k、l)。

2.1.4 木構(gòu)架類

該類木構(gòu)架結(jié)構(gòu)房屋主要包括夾板墻(木板夾心)與笆子墻類房屋。夾板墻木架類房屋主要為2004年之前建設(shè)的抗震類房屋。此類房屋將黏性土放在木夾板之間夯實(shí)，木夾板與梁或檁有連接，是一種簡單的抗震房；笆子墻木架結(jié)構(gòu)房屋為較早的抗震安居房結(jié)構(gòu)形式之一，木制地圈梁、屋頂圈梁和木制立柱，木架主體完成后使用樹條或紅柳條編制成笆子作圍護(hù)墻，之后再內(nèi)外墻附草泥，當(dāng)?shù)厮追Q笆子墻。

該類房屋在廣大農(nóng)村易于推廣，其具有建造時(shí)取材便利、結(jié)構(gòu)受力明確、柱與梁布設(shè)靈活、自重較小及結(jié)構(gòu)輕質(zhì)等特點(diǎn)，抗震性能好，墻體不易產(chǎn)生整體倒塌等破壞[19,23]。在新疆多次地震中在保護(hù)群眾生命安全，減少地震災(zāi)害損失方面發(fā)揮了重要作用。但是其結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，耐久性較差，隨著時(shí)間的推移，木架結(jié)構(gòu)抗震房屋使用的維護(hù)成本將逐漸上升，抗震能力也會(huì)逐漸降低[24]。

震害特征及分析：該類房屋在低烈度時(shí)墻體不易產(chǎn)生整體倒塌現(xiàn)象，一般不會(huì)造成大面積破壞，但在高烈度區(qū)這類房屋震害現(xiàn)象較為明顯，表現(xiàn)為一面或兩面墻體倒塌，屋蓋塌落(圖1m、n、o)，墻體草泥局部或較大面積脫落(圖1p)，部分房屋墻體兩側(cè)草泥均脫落。此類房屋出現(xiàn)破壞的原因主要是木梁、柱各節(jié)點(diǎn)連接不牢固所致[25]。在地震作用下，節(jié)點(diǎn)不僅要承受水平力，還要承受拉扭作用，因此節(jié)點(diǎn)處很容易產(chǎn)生拉脫、折榫現(xiàn)象，導(dǎo)致木構(gòu)架的局部破壞或全部塌落[5]。此外，由于雨水侵蝕和木制老化等原因造成墻體整體強(qiáng)度下降，且草泥與笆子墻粘合度較低也是此類房屋出現(xiàn)破壞的主要原因[10,18]。同樣，木板夾芯墻木構(gòu)架結(jié)構(gòu)房屋在早期經(jīng)歷過地震的檢驗(yàn)，體現(xiàn)出良好的抗震性能，但隨著使用年限的增加，其耐久性及舒適性方面的缺點(diǎn)逐漸凸現(xiàn)。如在2011年新疆阿圖什—伽師交界5.8級(jí)地震中，災(zāi)區(qū)此類房屋出現(xiàn)嚴(yán)重破壞現(xiàn)象(圖1p)。

2.1.5 石木結(jié)構(gòu)類

石木結(jié)構(gòu)房屋主要分布在牧區(qū)，牧區(qū)居民點(diǎn)分布較為分散，地形主要為山間盆地，河流溝谷階地及山間坡地等，受交通與經(jīng)濟(jì)條件的限制，此類房屋大多為當(dāng)?shù)鼐用窬偷厝〔亩ǎ绕湓诮煌ú槐愕钠h(yuǎn)高原地區(qū)此類房屋數(shù)量較多(如阿克陶縣與塔什庫爾干縣高原山區(qū))。該類房屋承重墻體主要為片塊石、卵石等天然材料由粘土砌筑而成，屋頂結(jié)構(gòu)為先搭建房梁后在其上擱置短木條作為椽子，在椽子上鋪設(shè)草席后覆蓋房泥，此類房屋砌筑材料粘結(jié)強(qiáng)度較差，結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度低，抗震性能較差。

震害特征及分析：房屋破壞形式主要為屋頂與承重墻體整體或部分坍塌毀壞(圖1q、r、s)、房屋墻角塌落損壞、承重墻體貫穿裂縫等現(xiàn)象。部分片塊石砌筑的房屋多采用內(nèi)外墻分別砌筑方式，內(nèi)外墻間缺乏有效連接(圖1r、t)，房屋墻體結(jié)構(gòu)自身整體性很差，同時(shí)，這類房屋多數(shù)建造年代較早，大多未及時(shí)維修加固，墻體主要由黏土做為粘結(jié)劑砌筑而成，材料強(qiáng)度差異極大，塊石或卵石之間粘結(jié)強(qiáng)度極差，且部分老舊房屋屋頂房泥較厚，再加上存在施工質(zhì)量差和受場地條件的影響，在地震中破壞較為嚴(yán)重，造成人員傷亡，如在2016年阿克陶6.7級(jí)地震中Ⅷ度區(qū)內(nèi)的布拉克村開科阿特克居民點(diǎn)，地震造成該地牧民房屋及棚圈成片倒塌毀壞[26]，造成布拉克村卡拉其居民點(diǎn)一此類房屋倒塌致1人死亡(圖1s)。2017年塔什庫爾干5.5級(jí)地震造成8人死亡，其中致5人死亡的房屋均為此結(jié)構(gòu)類型(或其墻體由土坯與石塊混合砌筑)(圖1q)。

2.2 磚木結(jié)構(gòu)

磚木結(jié)構(gòu)是以粘土磚墻作為豎向承重構(gòu)件，屋頂采用木質(zhì)構(gòu)件，硬山擱檁或采用整體木屋架形式，屋頂鋪覆草泥或在之上覆蓋瓦片，該結(jié)構(gòu)主要由墻體承擔(dān)豎向承重、抗剪等要求，其豎向荷載相對較小，木材有較好的彈性、順紋受拉及橫紋抗剪能力較強(qiáng)，部分房屋屋架縱橫向支撐連接形成空間體系，可以有效地起到抗震作用，所以磚木結(jié)構(gòu)房屋在廣大農(nóng)村地區(qū)分布廣泛[27]。早期在經(jīng)濟(jì)水平相對較高的北疆地區(qū)數(shù)量較多，但隨著抗震安居工程的不斷實(shí)施，分布的范圍日益擴(kuò)大，數(shù)量也逐漸增多。本文中將磚木結(jié)構(gòu)房屋細(xì)分為無抗震措施的泥漿砌筑磚木結(jié)構(gòu)房屋、無抗震措施的砂漿砌筑磚木結(jié)構(gòu)房屋及有抗震措施的砂漿砌筑磚木結(jié)構(gòu)房屋。

2.2.1 無抗震措施的泥漿砌筑磚木結(jié)構(gòu)

該類房屋多為居民自建，承重墻體為泥漿砌筑的磚墻且灰縫飽滿度較差，此類房屋施工質(zhì)量差，缺少構(gòu)造柱、拉結(jié)筋及圈梁等抗震構(gòu)造措施，多數(shù)房屋開間大，窗間墻過窄，整體抗震性能較差，在地震中破壞的比例較高。

震害特征及分析：震害現(xiàn)象為屋頂整體或局部坍塌、墻體結(jié)合部倒塌、墻體外閃、墻體剪切裂縫及門窗洞口裂縫(圖2a、b、c、d、e)。造成此類破壞的原因在于房屋墻體為粉土粘結(jié)砌筑而成，墻體整體強(qiáng)度低，且房屋普遍較高，開間較大，窗間墻過窄，縱橫墻體間無拉接、砌筑質(zhì)量較差。

2.2.2 無抗震措施的砂漿砌筑磚木結(jié)構(gòu)

該結(jié)構(gòu)類型房屋同樣多為居民自建房屋，承重墻體為砂漿砌筑的磚墻且灰縫飽滿度較好，建造及施工質(zhì)量較高，抗震性能較好，但該類型房屋多數(shù)缺少圈梁及構(gòu)造柱等抗震措施。

震害特征及分析：該類型房屋在地震中較少發(fā)生倒塌等嚴(yán)重破壞的情況，其震害現(xiàn)象主要為門窗洞角裂縫、墻體豎向與斜向裂縫、縱橫墻交接處裂縫(圖2f、g、h、i、j)，這類房屋，門窗洞口上多數(shù)未設(shè)置過梁，或者過梁延伸較短，不能起到過梁的作用，部分房屋屋面梁直接置于洞口上方，或者洞口以上45°范圍內(nèi)，地震時(shí)造成局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生洞口上部角部墻體出現(xiàn)裂縫。屋面檁條或大梁簡單擱置于磚墻墻頂(硬山擱檁)，梁下無梁墊或者墊梁，地震動(dòng)作用使梁下墻體局部受集中荷載作用，產(chǎn)生豎向裂縫。部分房屋窗間墻過窄，在地震力作用下產(chǎn)生橫向裂縫。房屋四角、縱橫墻連接處未設(shè)置構(gòu)造柱或在砌筑時(shí)未在墻體交接處咬槎搭砌，縱橫墻間無有效拉結(jié)[21-22]。如在2012年新源—和靜6.6級(jí)地震現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)科蒙鄉(xiāng)一處砂漿砌筑磚木結(jié)構(gòu)房屋中在2011年尼勒克—鞏留6.0級(jí)地震后在裂縫墻體上粘貼的報(bào)紙?jiān)诒敬蔚卣鹬辛验_(圖2j)。

2.2.3 有抗震措施的砂漿砌筑磚木結(jié)構(gòu)

此類房屋建造時(shí)基礎(chǔ)由混凝土澆筑而成，建筑材料均滿足規(guī)范要求，墻體四角和內(nèi)外墻交接處均設(shè)構(gòu)造柱，墻體上下設(shè)圈梁，部分房屋其墻體采用空心黏土磚砌筑，質(zhì)量較輕，經(jīng)試驗(yàn)檢測，墻體承載力大于普通黏土磚墻體，且空心砌塊可達(dá)到保溫隔熱的目的。該類房屋耐久性、舒適性及抗震性能都更好。

震害特征及分析：此類有抗震構(gòu)造的磚木結(jié)構(gòu)房屋在新疆絕大多數(shù)的破壞性地震中均未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞現(xiàn)象，僅在2015年皮山6.5級(jí)地震的極震區(qū)(9度區(qū)異常點(diǎn))內(nèi)少量有抗震構(gòu)造措施的磚木結(jié)構(gòu)民房出現(xiàn)嚴(yán)重破壞和中等破壞情況，極個(gè)別房屋出現(xiàn)屋頂塌落毀壞現(xiàn)象(圖2k)，其他震害現(xiàn)象為墻體斜向或豎向開裂、山墻外閃、橫縱墻連接處開裂及屋頂水平錯(cuò)位等(圖2l)[28]。造成破壞的主要原因?yàn)榇祟惙课菰诘卣鹬性馐艿挠绊懥叶瘸^當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)防烈度，地震中很多公用房屋也出現(xiàn)了嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象。在2017年塔什庫爾干5.5級(jí)地震中此類結(jié)構(gòu)房屋外表完好，房屋內(nèi)部墻體僅出現(xiàn)輕微可見裂縫，其緊鄰的石木結(jié)構(gòu)房屋倒塌毀壞(圖2m、n)。這些有抗震措施的房屋震害現(xiàn)象與周軼剛、熊立紅等人通過對新疆磚木結(jié)構(gòu)的安居房進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)得出的研究結(jié)果較為吻合，即有抗震措施的房屋遭遇等于或低于抗震設(shè)防烈度時(shí)一般不會(huì)出現(xiàn)明顯破壞，因此，設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁是提高砌體房屋抗倒塌能力的一種有效措施，新疆安居房屋具有良好的抗震能力[29-30]。

圖2 磚木及磚混結(jié)構(gòu)房屋震害照片

2.3 磚混結(jié)構(gòu)

此類房屋墻體為磚砌體，屋蓋或者樓蓋采用鋼筋混凝土構(gòu)件。有單層或者多層，農(nóng)村民居多為單層，屋頂分坡頂和平頂。該類型房屋主要集中在縣、鄉(xiāng)、鎮(zhèn)政府及兵團(tuán)團(tuán)部、連部所在地。居民自建的房屋基本沒有采取抗震措施，建筑施工質(zhì)量較差，抗震性能不高。本次研究將該類房屋分為無抗震措施的磚混結(jié)構(gòu)和有抗震措施的磚混結(jié)構(gòu)2小類。

2.3.1 無抗震措施的磚混結(jié)構(gòu)

該類民居房屋為未經(jīng)抗震設(shè)防的自建房，由泥漿或水泥標(biāo)號(hào)較低砂漿砌筑而成，材料強(qiáng)度和砌體整體強(qiáng)度很低，房屋屋頂構(gòu)件多采用預(yù)制板，建造年代久遠(yuǎn)，施工質(zhì)量差，缺乏抗震構(gòu)造措施，抗震性能較差。

震害特征及分析：該類房屋震害現(xiàn)象主要為墻體豎向及斜向裂縫，門窗洞口裂縫，屋頂預(yù)制板間裂縫(圖2o、p)。磚混結(jié)構(gòu)承重墻屬于脆性材料，砌筑而成的結(jié)構(gòu)也屬脆性[31]，在地震力作用下門窗洞口等應(yīng)力集中部位及墻體內(nèi)部出現(xiàn)裂縫；預(yù)制板未座漿，與墻體粘結(jié)度不夠，在地震力作用下預(yù)制板結(jié)合部位出現(xiàn)明顯裂縫。如在2017年精河6.6級(jí)地震中一水電站多棟職工住房屋頂樓板間出現(xiàn)裂縫(圖2p)。此外，受場地條件的影響在2016年新源5.0級(jí)地震中，喀拉布拉鄉(xiāng)克孜勒塔勒村居民房屋墻體受地基沉降影響破壞嚴(yán)重(圖2q、r)。上述震害現(xiàn)象，直觀地表明了圈梁在房屋建筑中發(fā)揮著重要作用，如增強(qiáng)縱橫墻體的連結(jié)、增強(qiáng)其整體性、約束墻面裂縫的開展及抵抗由于地震或其他原因(如地基不均勻沉降、溫度裂縫等)對房屋的破壞作用等[32]。

2.3.2 有抗震措施的磚混結(jié)構(gòu)

目前在建的安居工程房屋多為空心磚砌筑的墻體承重，鋼混現(xiàn)澆屋頂(或木屋頂)，房屋四角和縱橫墻交接處均設(shè)有構(gòu)造柱，墻體上下設(shè)圈梁。部分地區(qū)房屋基礎(chǔ)埋深達(dá)1.7 m，卵礫石混凝土壘砌的條形基礎(chǔ)，部分房屋外墻墻面覆有保溫材料。房屋抗震性能優(yōu)越，在歷次地震中未出現(xiàn)破壞。2017年精河6.6級(jí)地震災(zāi)后整體重建的托里鎮(zhèn)葉里斯南也肯村(圖2t)，航拍照片顯示該村房屋整齊靚麗，單體外形美觀，在2018年10月14日精河5.4級(jí)地震中無一出現(xiàn)破壞，抗震性能表現(xiàn)良好。在2017年塔什庫爾干5.5級(jí)地震災(zāi)害調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)在庫科西魯克鄉(xiāng)瓦窯本村存在四代抗震安居房屋同框出現(xiàn)(圖2s)，各結(jié)構(gòu)類型的有抗震措施的民居房屋均未出現(xiàn)破壞。

3 結(jié)論

(1) 房屋結(jié)構(gòu)的抗震性能受建筑的建造年代、結(jié)構(gòu)類型、材料強(qiáng)度、抗震措施、施工質(zhì)量等多因素影響，各結(jié)構(gòu)類型的房屋在地震中破壞程度差異明顯。總體來看石木類簡易結(jié)構(gòu)房屋抗震性能最差，磚混結(jié)構(gòu)房屋總體抗震性能較好。土木-木架-石木簡易結(jié)構(gòu)類與不具備抗震措施的磚木結(jié)構(gòu)房屋因缺乏必要的抗震構(gòu)造措施，結(jié)構(gòu)整體性差，在破壞性地震中出現(xiàn)破壞的比例最大，是造成人員傷亡的主要民居結(jié)構(gòu)類型。

(2) 從新疆的歷次地震災(zāi)害中發(fā)現(xiàn)，房屋的震害除受房屋本身抗震性能影響外，其震害的產(chǎn)生與場地的工程地質(zhì)條件關(guān)系較為密切，如部分民居建于河谷漫灘、低階地之上，地下水位較高，部分房屋建在山梁邊坡上，當(dāng)遭遇地震波時(shí)，這種場地對地震波具有明顯的放大效應(yīng)，或產(chǎn)生砂土液化致使房屋地基失穩(wěn)造成破壞。如，2003年2月24日巴楚—伽師6.8級(jí)地震[33]、2013年3月11日阿圖什5．2級(jí)地震[34]、2013年12月1日新疆柯坪縣5．3級(jí)地震[35]、2011年10月16日新疆精河縣5．0級(jí)地震[36]、2011年11月1日新疆尼勒克—鞏留6.0級(jí)地震[20]及2015年7月3日新疆皮山6.5級(jí)地震[37-38]災(zāi)區(qū)房屋震害均出現(xiàn)受場地條件影響的情況。

(3) 房屋的破壞還受歷年地震、降水及凍融等多種自然災(zāi)害累積疊加破壞，造成地震中房屋破壞現(xiàn)象加重。如在2016年2月11日新疆新源5.0級(jí)地震[39]與2011年11月1日新疆尼勒克—鞏留6.0級(jí)地震中[20,40]，震前災(zāi)區(qū)房屋因豐富的降雨及凍融變形，加重了震害，2013年3月11日阿圖什5．2級(jí)地震[34]及2012年6月30日新疆新源—和靜交界6.6級(jí)地震[41]災(zāi)區(qū)房屋受震前多次地震影響造成房屋震害加重。

(4) 安居工程房屋總體抗震性能良好，其實(shí)施最大限度的減少了人員傷亡與災(zāi)害損失，僅皮山6.5級(jí)地震中少量房屋因超越當(dāng)?shù)卦O(shè)防烈度出現(xiàn)嚴(yán)重或中等破壞程度現(xiàn)象外，其余地震中安居工程房屋均未出現(xiàn)明顯破壞，在減少人員傷亡及災(zāi)害損失方面的效果較為突出。自2000年以來新疆地震共造成人員死亡291人，其中，自2004年實(shí)施安居工程以來共造成人員死亡12人，約占死亡總?cè)藬?shù)的4%，安居工程的實(shí)施創(chuàng)造了2005～2015年間地震零死亡的成績。2016年阿克陶6.7級(jí)地震僅造成1人死亡，無人受傷。2015年皮山6.5級(jí)地震距離縣城僅7 km，災(zāi)區(qū)人口65萬人，地震僅致3人死亡。2016年呼圖壁6.2級(jí)地震距離烏魯木齊95 km，無人員傷亡；2017年8月9日精河6.6級(jí)地震，造成36人受傷，無人員死亡。

(5) 當(dāng)前新疆部分地州的農(nóng)區(qū)或牧區(qū)仍存在一定數(shù)量的簡易結(jié)構(gòu)類房屋，這類房屋因城鎮(zhèn)化建設(shè)多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)民或牧民季節(jié)性居住房屋，房屋空置率較高，此類房屋建造年代較早抗震性能極差。還有部分地區(qū)有些農(nóng)戶在搬入安居工程房屋后，將原先居住的老舊房屋變?yōu)閺N房或庫房等生活用房，還有些農(nóng)戶雖已有安居房但未入住，此類情況安全隱患極大，建議政府部門應(yīng)采取引導(dǎo)群眾徹底拆除危舊房屋并宣傳引導(dǎo)有安居房的群眾禁止入住老舊房屋。建議新疆各級(jí)地方政府加大不具備抗震設(shè)防能力房屋的拆除力度。

文中房屋震害調(diào)查資料均來自相對應(yīng)破壞性地震現(xiàn)場工作隊(duì)，僅以此篇獻(xiàn)給近20年來在新疆地震應(yīng)急、地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估及農(nóng)村安居工程建設(shè)中作出貢獻(xiàn)的前輩。