我國東部地區(qū)農居建造特點及抗震性能分析

劉金龍，黨明昊，宣功奉，林均岐

(中國地震局地震工程與工程振動重點實驗室，中國地震局工程力學研究所，黑龍江 哈爾濱 150080)

我國是一個地震多發(fā)國家，地震發(fā)生頻率高且強度大[1]。從歷史上看，在絕大多數災害性地震中，農村地區(qū)的破壞都要超過城鎮(zhèn)[2]。造成這種現象的原因主要是農村地區(qū)經濟條件相對落后，房屋建造質量較差所致，同時也與農村人口抗震觀念相對薄弱有關[3]。隨著我國整體經濟水平的不斷提升，廣大農村地區(qū)的民居質量得到了很大的改善，農居建設的抗震意識也不斷增強，這些問題得到了一定的改善。然而，我國農村地區(qū)面積廣大且人口眾多，經濟發(fā)展水平差別較大，導致我國農村地區(qū)的房屋建筑種類千差萬別，即使是同一類房屋，由于建造工藝和建筑材料的不同也會對其抗震性能產生很大影響，另外一些老舊民居依然存在，這些房屋大多材料老化、腐蝕嚴重，基本無任何抗震措施[4-5]。這些房屋在將來的地震中會有怎樣的表現是一個值得關注的問題，科學合理的把握農村地區(qū)民居的建造特點及抗震性能，可以為地震災害評估及震后應急救援工作提供有力的數據支撐[6]。

對于我國農村民居抗震性能的調查和研究，部分學者已經開展了一些研究，如王蘭民等[1]對西北地區(qū)房屋的民房現狀及抗震技術進行了分析；姚新強等[4]對天津地區(qū)農居的抗震性能進行了調查與分析；王波等[3]對河北地區(qū)農村典型房屋的抗震能力進行了調查，并提出了相應的措施和建議來提高農村房屋的抗震性能；楊欽杰等[7]對廣西農村民居抗震性能進行了調查研究，總結了廣西農村民居抗震性能弱的原因并提出了建議；劉陽、郭子雄、黃群賢等[8-10]以福建為重點，通過現場普查的方式，對我國東南沿海地區(qū)村鎮(zhèn)住宅的結構類型及其安全性等級的分布特點進行了統(tǒng)計分析，對該地區(qū)村鎮(zhèn)住宅的安全性和耐久性問題進行了總結，并提出了相應的防災建議。當然，還有一些學者對不同地區(qū)的農居進行了調查和分析，這里不再一一介紹。分析發(fā)現，目前，大多數學者的研究限于經濟相對落后地區(qū)，對東部經濟發(fā)達地區(qū)農村房屋的研究相對較少。本文作者通過對我國東部地區(qū)房屋的實地考察，分析了房屋的建造特征，指出了東部地區(qū)農居中存在的抗震薄弱環(huán)節(jié)，為宏觀把握我國東部地區(qū)農居總體的抗震情況提供參考。

1 調查區(qū)域及調查方法

調查區(qū)域主要分布在山東、江蘇、安徽等3個省份，限于人力以及時間等因素，每個省份的調研點主要集中在地震重點監(jiān)視防御區(qū)內，因重點監(jiān)測區(qū)在每個省份的面積不等，所以每個省內的抽樣點也不盡相同，一般在每個縣內選擇2～3個自然村作為抽樣點，特殊情況下選擇1個，考慮到城中村建筑物的復雜性，在調查中同樣選取了幾個城中村作為抽樣點，表1所示是一些主要的抽樣點信息，這樣雖然不一定能夠準確代表一個省份的總體情況，但在至少一定程度上也能反映了該省份的一些真實信息。如果需要更加準確的結果，就要進行大面積的全面調查，這是非常困難的。在每個調研點，對該點所存在每一類型房屋，都需要選擇代表性一兩棟建筑物，采用入戶考察、測量、詢問等方法，對房屋的施工方式、建造年代、建筑材料、結構形式、基礎類型、房屋現狀等信息進行詳細記錄，把握該類型房屋的總體特性，并在后續(xù)的內業(yè)工作中進行相關的數據統(tǒng)計和處理。

表1 抽樣點列表及各類結構比例Table 1 List of sampling points and proportion of various structures %

續(xù)表

2 各類房屋建造特點及抗震性能

通過對山東、江蘇及安徽等地區(qū)的考察，發(fā)現我國東部地區(qū)農居主要以磚混結構和磚木結構為主，由表1的數據可以看出，兩類結構合計可以占農村房屋總體的90%以上，存在少數的鋼筋混凝土框架結構，同時還存在少數的土木、石木結構等老舊房屋，這些老舊民房多數已經無人居住，只有極少數的還有老人居住。

2.1 磚混結構

東部地區(qū)的磚混結構主要可分為兩類，一類是20世紀80～90年代建造的缺少抗震構造措施的老舊磚混結構，本文稱為“磚混結構(一)”，另一類是2000年以后建造的具有較好抗震構造措施的磚混結構，文中稱為“磚混結構(二)”。

磚混結構(一)，該類房屋一般為1～2層，如圖1～圖6，有些房屋剛建成時為1層，后來經過擴建成為2層，且這種類型的房屋不在少數。多采用毛石或塊石基礎，石料較少的地區(qū)也會采用磚砌基礎，如安徽地區(qū)，磚基礎較多，少數房屋設有地梁。地梁上一般采用24 cm厚磚墻承重，實心黏土轉居多，水泥砂漿或混合砂漿砌筑，少數墻體中設有圈梁，但幾乎都沒有設置構造柱，值得注意的是，在蘇南張家港等地區(qū)，很多房屋的墻體是空斗墻，如圖8所示，這種墻體的穩(wěn)定性很差，抗震能力非常不好。絕大多數采用的是預制板樓板，且目前少數新建的房屋也在采用預制板，所采用的預制板見圖7，這些預制板一般只在受拉面配置少量的鋼絲，配筋率比較低，且預制板采用平整切割技術，預制板之間不能相互搭接，預制板與墻體之間也缺少可靠的錨固。有些房屋為了隔熱以及防水，在樓板上起脊做成坡屋頂，坡屋頂的做法與磚木結構相同，硬山擱檁式結構體系，較少采用木屋架，一般用水泥棒做梁，直接搭在橫墻上，上面鋪木板、秸稈或蘆葦等材料，再抹泥、掛瓦。

圖1 江蘇徐州金山橋辦事處楊莊村 圖2 江蘇東?？h城鄭莊村Fig.1 Yangzhuang village, Jinshanqiao community, Xuzhou city Fig.2 Zhengzhuang village, Donghai county, Jiangsu province

圖3 江蘇張家港市南新村磚混 圖4 安徽靈璧縣楊疃鎮(zhèn)小徐家村Fig.3 Nanxin village, Zhangjiagang city, Jiangsu province Fig.4 Xiaoxujia village, Lingbi county, Anhui province

圖5 山東汶上縣郭樓鎮(zhèn)崔園村 圖6 山東鄒城縣鋼山街道辦蘇莊村Fig.5 Cuiyuan village, Guolou town,Shandong province Fig.6 Suzhuang village, Zoucheng county, Shandong province

圖7 墻皮脫落的空斗墻 圖8 民居中采用的預制板Fig.7 Cavity wall with peeling skin Fig.8 Prefabricated panels used in residential buildings

磚混結構(二)，該類磚混結構房屋大多建于2000年以后，如圖9～圖12，大部分為2層，一般采用毛石基礎或磚砌基礎，基礎上有地梁，24 cm磚墻承重，安徽部分地區(qū)常采用多孔磚砌筑，幾乎都設有圈梁和構造柱，大多采用整體現澆鋼筋混凝土樓板，整體性較好。

圖9 江蘇新沂市唐店鎮(zhèn)姚湖村 圖10 安徽固鎮(zhèn)縣孟城村門東組Fig.9 Yaohu village, Xinyi city, Jiangsu province Fig.10 Mengcheng village, Guzhen county, Anhui province

圖11 山東郯城縣馬頭鎮(zhèn)楊莊 圖12 江蘇張家港市城區(qū)谷城巷Fig.11 Yangzhuang, Matou town, Shandong province Fig.12 Gucheng lane, Zhangjiagang city, Jiangsu province

兩者之間的比例在各個地區(qū)不是很統(tǒng)一，有些地區(qū)設防類多一些，但有些則非設防類多些，總體來看，目前整個東部農居中，兩類磚混房屋的數量基本相當。但隨著時間的推移，相信設防磚混的數量會逐漸增加，而非設防類磚混則會相應減少。

2.2 磚木結構

磚木結構，是指建筑物中豎向承重結構的墻、柱等采用磚或砌塊砌筑，屋蓋主要采用木結構的一種結構形式。這種結構形式的房屋由于建造簡單，材料價格低廉，施工方式便捷，在我國農村中被廣泛應用，在我國東部地區(qū)同樣如此，特別是在20世紀80年代以前，這種房屋是農村的主流房屋，現在依然占據相當的比例，可占總體房屋的40%以上。該區(qū)域的磚木結構房屋正房通常3～4間，如圖13～圖16，采用毛石基礎，少數地區(qū)采用磚砌基礎，幾乎沒有地梁，24 cm厚黏土磚墻承重，石灰砂漿做粘結物，沒有設置圈梁和構造柱，硬山擱檁式結構，屋內一般采用木屋架，采用圓木或水泥棒做檁條，檁條兩端搭在山墻或木屋架上，檁條上鋪蘆席、木板、水泥板等材料做望板，如圖17，上面抹泥后掛瓦。

部分地區(qū)的屋蓋上，采用方形磚塊作為望板材料，如圖18，將其平鋪在椽子上，并在上面抹泥后掛瓦，這種方磚與水泥板不同，水泥板面積較大，在檁條上比較穩(wěn)定，但方磚面積較小，比較零散，整體鋪在椽子上的穩(wěn)定性很差，易在地震中掉落。另外，有些地區(qū)的磚木結構房屋，由于年代久遠或地基下沉等原因，導致墻體開裂，如圖19～圖20。

圖13 徐州市銅山區(qū)劉集鎮(zhèn)車村 圖14 山東鄆城縣陳坡鄉(xiāng)西楊莊村Fig.13 Che village, Liuji town, Tongshan district, Xuzhou city Fig.14 Xiyang village, Yuncheng county, Shandong province

圖15 安徽蒙城縣楚村鎮(zhèn)趙莊 圖16 安徽濉溪縣劉橋鎮(zhèn)周大莊Fig.15 Zhaozhuang, Mengcheng county, Anhui province Fig.16 Zhoudazhuang, Suixi county, Anhui province

圖17 江蘇徐州地區(qū)水泥板望板 圖18 山東菏澤地區(qū)木屋蓋Fig.17 Cement plate watchboard used in Xuzhou area Fig.18 Typical wooden roof in Heze, Shandong province

圖19 江蘇徐州市五號井社區(qū) 圖20 安徽濉溪縣劉橋鎮(zhèn)周大莊Fig.19 No.5 Jing community, Xuzhou city, Jiangsu province Fig.20 Zhoudazhuang, Suixi county, Anhui province

2.3 其他結構

通過調查，發(fā)現在我國東部地區(qū)的農居中，除了磚混結構和磚木結構，還存在少量的土木結構以及石木結構房屋，這些房屋數量比較少，但與鋼筋混凝土框架結構不同，因為其抗震能力很差，同樣作為重點研究。

土木結構：多建于20世紀60～70年代，如圖21～圖22所示，該類房屋在安徽北部、魯西南以及蘇北地區(qū)仍有少數存在，基礎采用毛石砌筑，夯土墻承重，墻體厚度約45～50 cm，部分房屋在墻體表面抹一層維護性的面層，該抹面層的泥內混合了米糠，使這種泥的粘結性較好，且能較好的防護雨水沖刷，保證了墻體在數十年之后仍然比較完好。通?？v向3間，硬山擱檁，設2個木屋架，沿縱向搭木檁條，木檁兩端直接擱置在山墻上，中間架在木屋架上，檁條上鋪秫秸把、蘆葦、木條等材料做望板，上面抹泥后掛瓦(個別老屋采用油氈+毛草的形式)，如圖27所示。

圖23 江蘇盱眙縣河橋鎮(zhèn)蔣郢村 圖24 山東龍口市蘆頭鎮(zhèn)庵夼村Fig.23 Jiangying village, Xuyi county, Jiangsu province Fig.24 Ankuang village, Longkou city, Shandong province

圖25 江蘇盱眙縣城北社區(qū) 圖26 江蘇盱眙縣城北社區(qū)一角Fig.25 Chengbei community in Xuyi county, Jiangsu province Fig.26 A corner of Chengbei community in Xuyi county

石木結構：該類房屋一般為20世紀70年代以前建造，有些房屋的建造年代很早，甚至有400多年歷史的古代建筑依然有人居住，如圖23～圖26。該類房屋在一些石材豐富的山區(qū)仍有一定的數量，如山東、江蘇淮安等地區(qū)。一般為3間，大多為老人居住，其主要特征是房屋墻體全部采用毛石砌筑，采用大塊毛石作基礎，石砌墻體承重，一般在門窗洞口的兩邊或墻角處砌磚，硬山擱檁式結構體系，木屋架，坡屋面瓦頂。其建造方式大概如下：因當地為山區(qū)，就地取材，在山上采毛石作為原料砌筑墻體，墻體一般厚50 cm，石塊之間沒有粘結材料，有些在墻體表面用水泥砂漿勾縫。基礎同樣由毛石砌筑，地基下挖約1 m深，基礎上直接砌墻。硬山擱檁式結構，一般在3間房中間沿縱向設置兩道木屋架，木檁或水泥棒架設在屋架上，有些房屋在檁條上面搭毛竹作為椽子，椽子上鋪木板、蘆席、葦笆、或毛氈等材料做望板，沒有椽子的望板直接鋪在檁條上，再抹一層泥后掛瓦，如圖28所示。

圖27 土木房屋內部 圖28 石木房屋內部Fig.27 The interior of a timber-and-earth building Fig.28 The interior of a timber-and-stone building

圖29 民居的煙囪 圖30 屋頂的羅馬柱裝飾Fig.29 The chimney of a building Fig.30 Roman columns on the roof of a building

3 存在的問題及薄弱環(huán)節(jié)分析

通過對東部3個省份的調查和分析，發(fā)現我國東部地區(qū)的農居尚存在以下幾個方面的問題：

(1)大部分老舊磚混房屋缺少抗震構造措施，預制板應用還很廣泛，抵抗大震的能力不強。這些房屋有的是一些老舊房屋沿襲下來一直使用，因為政策等原因沒有得到改造；有些則是由老舊磚木房屋等經過擴建改造形成的磚石混結構，結構形式混亂，受力復雜，容易在地震中遭到嚴重破壞甚至倒塌。

(2)磚木結構在農居中所占的比例還比較高，抗震能力薄弱，特別是有些地區(qū)的建筑由于處于采空區(qū)，多處發(fā)生了不均勻沉降，導致房屋出現了明顯的裂縫，很多房屋非常危險，需要進行拆除重建或抗震加固，以提高農居整體抗震能力。

(3)土木、石木房屋依然存在，雖然很少有人居住，不會造成大面積的人員傷亡，但房屋年代久遠，腐蝕嚴重，其破壞可能帶來一定的經濟損失，也可能導致應急救援環(huán)境的困難。

(4)一些中小城市的城中村中，多種類型房屋并存，很多房屋年久失修，抗震能力弱，且道路通暢性不好，救援條件很差，需要引起重視。

(5)民居中部分非結構構件設置不合理，如羅馬柱(安徽地區(qū)較多)、煙囪、女兒墻、大門樓等，見圖29-圖30，這些構件容易發(fā)生地震破壞，進而導致人員傷亡。

(6)經濟發(fā)達的地區(qū)，房屋質量不一定都好，比如張家港、煙臺等地區(qū)，這些地區(qū)整體房屋質量可能很好，但仍舊存在一定比例抗震能力很弱的房屋，如空斗墻房屋、石木房屋等，也需要引起重視。

(7)多數地區(qū)人口空心化問題嚴重，村內多為老幼婦孺，缺少青壯年勞力，在災害來臨時自救互救的能力嚴重不足。

4 應急救援處置要點

通過上面對我國東部房屋存在的問題及薄弱環(huán)節(jié)的分析，可以有針對性的提出相應的對策和處置要點如下：

(1)對抗震能力不足的老舊磚混、磚木、土木、石木房屋，以及煤礦采空區(qū)的開裂房屋等抗震薄弱環(huán)節(jié)，采取改造、加固、搬遷等措施提高抗震能力。

(2)應加強防震減災知識的宣傳和普及，特別是房屋抗震知識的普及，引導百姓在建設房屋時，在房屋結構安全和裝修兩個方面合理分配財力，不能為了僅僅美觀而忽略了結構的安全。

(3)對那些易損壞的附屬建筑，比如獨立煙囪、女兒墻、羅馬柱、院墻門樓等，采取拆除或加固等，避免地震時傷人。

5 總結

文中以山東、江蘇和安徽3個省份為代表，通過實地考察和調研，分析了我國東部地區(qū)民居的總體特點，介紹了各類民居的結構特點和建造方式，比較了各類民居抗震性能的差異，指出了東部地區(qū)民居存在的問題及薄弱環(huán)節(jié)，并給出了有針對性的建議。

(1)在我國東部經濟發(fā)達的地區(qū)，依然存在一定數量的老舊房屋。且由于經濟發(fā)展不平衡問題，個別地區(qū)的房屋質量還比較差，比如蘇北地區(qū)、山東菏澤等地區(qū)，磚木結構房屋在農村還比較普遍。

(2)在江蘇省南部一些地區(qū)，雖然經濟條件很好，但還存在很多抗震能力非常薄弱的磚混結構房屋，采用空斗墻、預制板并且缺少抗震構造措施的老舊磚混房屋還依舊使用。

(3)大部分土木、石木結構等房屋已經棄用，雖然無人居住，但這些房屋依然可能成為地震中致人傷亡的誘因，需要引起重視。