農(nóng)村住宅抗震加固設(shè)計(jì)與施工

文／閆煜天 永昌縣建筑設(shè)計(jì)院 甘肅金昌 737200

引言：

隨著新時期國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)民眾的財(cái)富存量也在不斷的積累，這在一定程度上使得地震所帶來的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失處于不斷擴(kuò)大的趨勢?；谶@一現(xiàn)實(shí)問題，相關(guān)部門及人員通過針對農(nóng)村地區(qū)抗震性能不足的老舊住宅建筑進(jìn)行改造和加固，對于提高村民自身的安全性和住宅的舒適度而言，是非常必要的。

1.農(nóng)村住宅的結(jié)構(gòu)

1.1 生土結(jié)構(gòu)

生土結(jié)構(gòu)房屋主要指的是由生土墻作為承重構(gòu)件的房屋類型，這種結(jié)構(gòu)的房屋通常而言只有一層。生土結(jié)構(gòu)的房屋擁有較為長久的發(fā)展歷史，基本上是建國成立的初期便開始建造，在農(nóng)村地區(qū)不斷發(fā)展的過程中，墻體的風(fēng)化和開裂問題已經(jīng)十分明顯，給村民的日常生活埋下了非常嚴(yán)重的安全隱患[1]。這類結(jié)構(gòu)的房屋住宅在時代發(fā)展的當(dāng)下已經(jīng)不多見了，即使還存在一部分生土結(jié)構(gòu)的住宅，也已基本屬于是危房，被劃入了有待拆除和改造的部分。

1.2 木結(jié)構(gòu)

木結(jié)構(gòu)房屋主要指的是由木樁作為承重構(gòu)件的房屋類型。這一類型的房屋一般情況下每榀會有3-5 根立柱，墻體通常由生土墻、木板墻、砌體墻等構(gòu)成，或者由以上兩種及以上的結(jié)構(gòu)形式組合而成，包括了木樁木屋架、木樁木梁等。通過對傳統(tǒng)時期的地震情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，木結(jié)構(gòu)的住宅在抗震方面表現(xiàn)出了相對較好的性能，這主要是因?yàn)槠渥陨淼恼w性較好，構(gòu)件之間大多采用了穿枋的形式拉結(jié)而成，承載力較強(qiáng)，并且木骨架也因?yàn)樽陨淼淖灾剌^輕、荷載小的優(yōu)勢，能夠經(jīng)受住較大程度的變形。盡管我國的疆域遼闊，但森林資源還是處于一個相對匱乏的階段，因此木結(jié)構(gòu)在當(dāng)前農(nóng)村住宅建筑的過程中幾乎很少被使用。

1.3 石結(jié)構(gòu)

石結(jié)構(gòu)房屋主要指的是由石砌體為主要承重構(gòu)件的房屋類型，大致可以分為純石結(jié)構(gòu)、石木結(jié)構(gòu)等幾種形式。這種結(jié)構(gòu)形式的住宅在農(nóng)村地區(qū)較為普遍。石結(jié)構(gòu)的房屋墻面大多由不規(guī)則的塊石砌筑而成，其中施工人員自身的手藝起到了重要的影響作用。由于無規(guī)則的塊石在擺設(shè)的時候會因?yàn)槲恢玫牟煌沟盟鼈兊闹匦牟灰粯?，在墻面砌起來之后，上層的塊石在下層的擱置點(diǎn)上可能會形成一個彎矩，當(dāng)砂漿的強(qiáng)度不夠時，可能會出現(xiàn)側(cè)滑的情況，從而發(fā)生破壞。在地震的作用之下，石結(jié)構(gòu)搭建起來的住宅發(fā)生倒塌。即便沒有發(fā)生倒塌，當(dāng)塊石側(cè)滑到一定程度時，塊石之間可能會形成一個平衡點(diǎn)，使得墻面上會鼓出一塊，影響墻體的美觀性和居民居住的舒適度。

1.4 磚混砌體結(jié)構(gòu)

磚混砌體結(jié)構(gòu)房屋主要指的是以磚砌體作為承重構(gòu)件的房屋類型。這種結(jié)構(gòu)的住宅在農(nóng)村地區(qū)是較為普遍的，同時也是當(dāng)前農(nóng)村房屋住宅建筑最為常用的一種流行形式。相較于石結(jié)構(gòu)的房屋來說，磚混砌體結(jié)構(gòu)的住宅施工速度更快、結(jié)構(gòu)的整體性更強(qiáng)。在當(dāng)前地震災(zāi)害不斷發(fā)生，且居民對地震這類自然災(zāi)害的危害性認(rèn)知逐漸深入的背景下，農(nóng)村地區(qū)在對房屋住宅進(jìn)行修筑的過程中，開始嘗試應(yīng)用抗震構(gòu)造[2]。但由于部分居民自身的素質(zhì)相對不高，在危機(jī)意識稍顯薄弱，因此在實(shí)踐的過程中很難從整體出發(fā)對住宅加固的細(xì)節(jié)進(jìn)行把握。

2.農(nóng)村住宅的抗震缺陷

農(nóng)村地區(qū)大多數(shù)住宅都是施工人員依靠自己的手藝砌筑起來的，盡管我國在不斷發(fā)展的過程中已經(jīng)擁有了相對規(guī)范的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，但農(nóng)村建房依舊更多的依靠工人自身的建筑經(jīng)驗(yàn)和建筑技術(shù)。從農(nóng)村地區(qū)施工隊(duì)伍的現(xiàn)狀來看，由于農(nóng)村始終沒有建立起一支專業(yè)的施工隊(duì)伍，住宅建筑團(tuán)隊(duì)更多的是由農(nóng)民自發(fā)組建而成，缺乏一定的專業(yè)理論和專業(yè)素質(zhì)，導(dǎo)致工人的安全意識和建筑水平相對較低。同時，在住宅施工過程中，施工隊(duì)伍的隨意性較高，難以按照施工設(shè)計(jì)和規(guī)范進(jìn)行操作，使得監(jiān)督管理流于形式。工人在砌筑房屋的過程中，通常會將縱橫墻的交接處和房屋四角分開進(jìn)行砌筑，這就使得住宅上下通縫，導(dǎo)致住宅的剛度和抗側(cè)能力相對較低[3]。從材料的角度來看，由于農(nóng)村建設(shè)市場的管理不夠規(guī)范，劣質(zhì)的建筑材料隨處可見。一方面，農(nóng)民自身的建材理論知識相對匱乏；另一方面，農(nóng)民在進(jìn)行材料選擇的時候一味的追求低廉的價格。兩方作用之下，導(dǎo)致工人在應(yīng)用材料的時候通常會出現(xiàn)砂漿和混凝土強(qiáng)度不足的問題。以砂漿為例，目前所使用的砂漿通常是在現(xiàn)場配置而成，由于水泥的用料較少，大部分材料為細(xì)骨料，這類材料雖然具有一定的強(qiáng)度，但同時也存在保水性較差的問題，在使用之后往往會出現(xiàn)外墻滲漏現(xiàn)象，降低了砌體的強(qiáng)度，給住宅埋下了安全隱患。

3.農(nóng)村住宅抗震加固的設(shè)計(jì)

3.1 砌體住宅抗震加固

常規(guī)的結(jié)構(gòu)加固方式主要包括了圈梁構(gòu)造柱加固法、增大截面加固法等，這些方式盡管在實(shí)踐的過程中具有一定的優(yōu)勢，但卻很少用于農(nóng)村住宅的抗震加固?；诖耍聲r期的農(nóng)村住宅抗震加固設(shè)計(jì)，必須更具針對性，必須在不影響村民日常生活、不影響住宅建筑功能的正常使用的前提下進(jìn)行。多層砌體住宅抗震加固方案的設(shè)計(jì)，需要結(jié)合住宅所處場地的具體條件、修筑要求等，針對農(nóng)村地區(qū)實(shí)際可能發(fā)生的抗震問題，選擇更加契合的抗震加固方式。常用的砌體住宅加固方案通常包括了外加圈梁構(gòu)造柱加固、外套結(jié)構(gòu)加固、外墻外側(cè)加固、內(nèi)部加固等，不同的加固設(shè)計(jì)在施工的過程中具有不同的特點(diǎn)和側(cè)重。施工人員在進(jìn)行加固施工的時候需要根據(jù)住宅的抗震性能進(jìn)行方案的選擇[4]。比如，當(dāng)住宅的結(jié)構(gòu)抗震承載力滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但圈梁構(gòu)造柱等抗震措施相對不足的時候，施工人員可以選擇使用外加圈梁構(gòu)造柱加固方式；當(dāng)圈梁構(gòu)造柱等加固措施滿足相關(guān)要求，但結(jié)構(gòu)的抗震承載力不足的時候，施工人員可以選擇外墻外側(cè)加固的方案；當(dāng)圈梁構(gòu)造柱等抗震措施和結(jié)構(gòu)抗震承載力均沒有滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的時候，施工人員可以嘗試采用外加圈梁構(gòu)造柱和外墻外側(cè)加固相結(jié)合的方式，或者在住宅場地具有可外擴(kuò)空間的情況下，使用外套結(jié)構(gòu)加固的方式進(jìn)行加固處理。施工人員需要明確的是，對農(nóng)村地區(qū)的住宅進(jìn)行抗震加固設(shè)計(jì)和施工，需要切實(shí)解決住宅抗震性能不足的問題。基于這一認(rèn)知，施工人員在進(jìn)行加固設(shè)計(jì)的時候，必須遵循可實(shí)施性和針對性的基本原則，提高加固設(shè)計(jì)方案的有效性。

3.2 混凝土住宅的加固

比較常見的混凝土結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系主要包括有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)，以及框架剪力墻組合結(jié)構(gòu)等。對于框架結(jié)構(gòu)的住宅，設(shè)計(jì)人員及施工人員可以采取消能減震、增設(shè)抗震墻等方式進(jìn)行整體加固處理。對于剪力墻結(jié)構(gòu)的住宅，相關(guān)人員可以通過增大住宅的外圍剪力墻截面的方式進(jìn)行加固。對于框架剪力墻組合結(jié)構(gòu)的住宅，相關(guān)人員可以采用增設(shè)抗震墻的方式進(jìn)行加固。需要明確的是，增大截面、增設(shè)鋼絞線、粘貼鋼板或纖維布等抗震加固方式，可以直接作用于框架梁柱和抗震墻等構(gòu)件之上，但也會直接影響到居民的正常生活[5]。對于混凝土結(jié)構(gòu)住宅的抗震加固設(shè)計(jì)而言，相關(guān)人員可以結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)住宅的具體類型進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工。比如，施工人員在對框架結(jié)構(gòu)的住宅進(jìn)行消能裝置和抗震墻的增設(shè)時，如果住宅內(nèi)部構(gòu)件有明確的加固需求，施工人員還需要盡可能的將加固的影響控制在最小范圍之內(nèi)，并且還要避免對門窗洞口產(chǎn)生明顯的影響。同時，施工人員應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行加固施工的過程中，預(yù)見框架結(jié)構(gòu)住宅在加固的過程中可能產(chǎn)生的諸多問題，例如樓層承載力分配不均、因加固不當(dāng)造成的強(qiáng)梁弱柱等，以便能夠在施工中做到及時應(yīng)對。再比如，施工人員在對剪力墻結(jié)構(gòu)住宅進(jìn)行加固的時候，如果此類住宅內(nèi)部同樣有加固的需求，那么施工人員還需要盡量采取局部墻體加固的方式，以此將加固施工的影響降至最低。

3.3 新型抗震加固方式

除了常規(guī)的一些農(nóng)村住宅抗震加固設(shè)計(jì)之外，新時期建筑領(lǐng)域的不斷優(yōu)化升級，使得越來越多的住宅抗震加固技術(shù)得以提出并實(shí)踐，在應(yīng)用的過程中同樣取得了相對突出的成效。減隔震加固技術(shù)是一種全新的抗震加固技術(shù)，其所具有的減輕地震影響的作用，在蘆山地震中得到了證實(shí)。半主動控制地震技術(shù)，作為一種通過使用電流來對外部構(gòu)件加以控制的方式，可以提高住宅的抗震效果。主動控制地震技術(shù)是一種基于半主動技術(shù)的升級，施工單位在改造農(nóng)村住宅的過程中，在住宅內(nèi)設(shè)置傳感系統(tǒng)，能夠及時感知到地震的程度，然后再通過反作用力來降低地震對住宅的破壞程度，由此達(dá)到保護(hù)和加固的作用。被動控制地震技術(shù)，主要是通過將住宅內(nèi)部的系統(tǒng)支撐點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)張，并在此基礎(chǔ)上增加其中一部分結(jié)構(gòu)的動能。這一技術(shù)能夠提高住宅自身的內(nèi)部抗震能力[6]。當(dāng)前我國對于被動抗震加固技術(shù)的應(yīng)用，主要包括有擺動、支撐和混合等技術(shù)。部分農(nóng)村地區(qū)在使用這一加固技術(shù)的時候，通常還會借助風(fēng)的作用力來強(qiáng)化整個住宅的抗震強(qiáng)度，通過將地震對住宅產(chǎn)生的動能進(jìn)行吸收和轉(zhuǎn)化，以便能夠在保護(hù)村民生命財(cái)產(chǎn)安全的前提下，緩解地震對住宅的破壞程度。除此之外，部分農(nóng)村地區(qū)會結(jié)合區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件和住宅結(jié)構(gòu)，將主動控制地震技術(shù)和被動控制技術(shù)進(jìn)行混合使用，通過將兩者的優(yōu)勢進(jìn)行結(jié)合，以便能夠?qū)崿F(xiàn)內(nèi)外部抗震加固能力的同步增強(qiáng)。當(dāng)前可選擇的住宅抗震加固技術(shù)相對豐富，設(shè)計(jì)和施工人員可以結(jié)合農(nóng)村所在區(qū)域的實(shí)際情況和住宅改造的現(xiàn)實(shí)條件進(jìn)行綜合分析和靈活選擇，以此提高農(nóng)村住宅抗震加固的針對性和實(shí)效性。

4.農(nóng)村住宅抗震加固的施工

在對農(nóng)村住宅進(jìn)行抗震加固施工作業(yè)的時候，施工單位需要首先綜合考慮住宅的特點(diǎn)、住戶的要求等，有針對性的對施工方案進(jìn)行設(shè)計(jì)和編制。在施工之前，施工單位、監(jiān)理單位以及設(shè)計(jì)單位等，需要共同對農(nóng)村地區(qū)的地震等級、實(shí)際情況、住宅現(xiàn)狀進(jìn)行全面且細(xì)致的檢查，針對重點(diǎn)加固部位進(jìn)行記錄。在檢查的過程中，如果相關(guān)人員發(fā)現(xiàn)有加固設(shè)計(jì)圖紙未包含的部分，需要在記錄和留存資料的情況下，及時和其他單位進(jìn)行溝通，并在原有的抗震加固方案上進(jìn)行補(bǔ)充和調(diào)整[7]。此外，施工單位還需要結(jié)合過往住宅抗震加固施工過程中存在的問題和風(fēng)險，對此次施工中可能出現(xiàn)的問題，如裂縫發(fā)展、構(gòu)件開裂、房屋傾斜等問題進(jìn)行提前預(yù)警和判斷。對于前期監(jiān)測環(huán)節(jié)就已經(jīng)能夠確定的危險源，施工人員需要采取專項(xiàng)應(yīng)對措施加以處理；對于前期監(jiān)測難以查明的問題成因，施工人員需要秉持“前期預(yù)防、中期應(yīng)對、后期維護(hù)”的基本原則，確保整個施工過程的安全性和實(shí)效性。在施工的過程中，施工單位還需要對施工中會用到的構(gòu)件的尺寸進(jìn)行測量，在發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出入時，需要及時與其他各方進(jìn)行協(xié)商和討論。同時，對于施工過程中可能出現(xiàn)的細(xì)節(jié)問題，例如混凝土緊密度不夠、鋼筋銹蝕、墻體粉化等，施工人員需要在發(fā)現(xiàn)之初采取及時的應(yīng)對措施，在應(yīng)對不及的時候立即停工處理。

5.提高農(nóng)村住宅抗震性能的建議

5.1 選擇合適場地，確保形式合理

農(nóng)村地區(qū)在進(jìn)行住宅建設(shè)和加固施工的時候，需要盡可能的避開土質(zhì)疏松且易滑坡的坡地，避開河岸和湖邊，避開陡坡、軟弱土、液化土、人工填土等區(qū)域，同時還需要避開于抗震不利的地段，例如山頂或山脊等。在進(jìn)行住宅的建設(shè)和加固之前，施工人員需要首先對選址區(qū)域進(jìn)行勘探，必要的時候可以通過挖探坑的方式讓專業(yè)的地質(zhì)勘查人員對地基進(jìn)行確認(rèn)。此外，所確定的房屋平面需要盡可能的減少凹凸問題，磚混結(jié)構(gòu)的住宅墻體需要布置均勻?qū)ΨQ，讓住宅的抗震性能保持在良好的狀態(tài)。需要施工改造人員明確的是，磚混結(jié)構(gòu)的住宅可能會在一定程度上限制住宅的自由分隔，同時采用這一結(jié)構(gòu)的村民通常會在房屋裝修的時候忽視對抗震墻的設(shè)置，因此施工人員需要在進(jìn)行建設(shè)和加固的過程中，同時兼顧室內(nèi)的裝修，以便能夠確保住宅平面形式合理，且體型更為簡潔。對于非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，例如女兒墻、樓梯、雨棚等部分的設(shè)計(jì)和施工，施工人員同樣需要明確這些構(gòu)件對整個住宅安全性的重要影響作用。女兒墻設(shè)壓頂，能夠避免墻體開裂；避免使用預(yù)制懸挑樓板，能夠維護(hù)住宅的穩(wěn)定性；確保雨棚滿足抗傾覆的要求，能夠提高房屋的耐久性。

5.2 控制加固材料，確保材料質(zhì)量

為了確保農(nóng)村住宅的抗震性能滿足國家規(guī)定的要求，施工單位需要在結(jié)合農(nóng)村住宅實(shí)際加固需求的情況下，對施工材料進(jìn)行選擇。通常來說，鋼筋、混凝土是住宅抗震加固施工期間最為重要的原材料，施工單位在依照方案進(jìn)行原材料的購買時，需要指派專業(yè)人員進(jìn)行材料的選擇和采購，以便能夠確保所選擇的材料都滿足設(shè)計(jì)和施工的要求。此外，在選擇原材料供應(yīng)商的時候，施工單位務(wù)必對施工單位的信譽(yù)度和供貨能力進(jìn)行選擇，并且還需要在材料進(jìn)場之前對材料的智聯(lián)檢測證明報(bào)告進(jìn)行核準(zhǔn)，對于重要施工區(qū)域使用的材料，施工單位還需要對該部分材料的質(zhì)量進(jìn)行復(fù)查。施工單位通過堅(jiān)決杜絕質(zhì)量不達(dá)標(biāo)材料進(jìn)入施工現(xiàn)場，能夠有效避免在施工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題，從而在源頭處為住宅的抗震加固質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

5.3 減少能量輸入，明確設(shè)計(jì)方案

住宅抗震的實(shí)際效果，與設(shè)計(jì)人員具有直接的關(guān)聯(lián)。設(shè)計(jì)人員在對抗震加固方案進(jìn)行設(shè)計(jì)的時候，如果能夠提前對農(nóng)村地區(qū)的地質(zhì)條件做出判斷、能夠提前預(yù)測區(qū)域內(nèi)地震災(zāi)害的影響力和破壞力，則能夠結(jié)合分析所得的結(jié)果對住宅結(jié)構(gòu)的形變能力進(jìn)行整體規(guī)劃和細(xì)節(jié)調(diào)整。設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合農(nóng)村住宅所處的地理位置和周邊環(huán)境，對住宅結(jié)構(gòu)變形的數(shù)值進(jìn)行估算，并以此為基礎(chǔ)來對抗震加固的措施進(jìn)行選擇和優(yōu)化，以便能夠更好的應(yīng)對地震帶來的破壞力，減少地震的能量輸入。其次，施工人員在對住宅建設(shè)和改造工程進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃的時候，可以適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合當(dāng)前我國的抗震數(shù)據(jù)，結(jié)合農(nóng)村地區(qū)的住宅結(jié)構(gòu)和住宅所在區(qū)域的地震頻率等，對住宅的抗震效果進(jìn)行綜合分析之后再進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，施工單位相關(guān)人員需要對住宅結(jié)構(gòu)的抗震規(guī)則進(jìn)行了解，以便能夠提高抗震加固設(shè)計(jì)方案的可行性和實(shí)效性，確保農(nóng)村住宅的抗震能力能夠得到有效提升。

5.4 模擬地震作用，考慮住宅條件

除了加固技術(shù)之外，提高住宅抗震效能的方式還有很多，例如直接位移設(shè)計(jì)、位移影響系數(shù)等。直接位移設(shè)計(jì)主要是在施工之前，首先對材料的極限數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)期位移，以便能夠得到住宅抗震性能的相關(guān)數(shù)據(jù)。這一設(shè)計(jì)方法盡管能夠?qū)ψ≌目拐鹦ЧM(jìn)行預(yù)測，但同時也存在一定的局限性，即所獲數(shù)據(jù)不夠精準(zhǔn)，難以測量出績效數(shù)據(jù)之外的抗震效果。位移影響系數(shù)主要是通過對住宅的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，以此獲得住宅最大期望位移值，以此來對地震的作用力進(jìn)行模擬和判斷。農(nóng)村地區(qū)的住宅更多為獨(dú)棟住宅，因此相較之下更加適用于這一模擬方法。其次，由于住宅在遭受地震后會發(fā)生不同程度的損壞，這種損壞既包括了地震的動能，又與住宅自身的質(zhì)量存在關(guān)聯(lián)。因此，施工單位進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)，在保證基礎(chǔ)設(shè)施條件相同的情況下，需要盡可能的控制住宅本身的重量。比如，軟土層地基區(qū)域的住宅層數(shù)如果太高，那么則會因?yàn)槌霈F(xiàn)頭重腳輕的問題而產(chǎn)生更大的破壞性。

結(jié)語：

農(nóng)村地區(qū)的住宅結(jié)構(gòu)形式豐富多樣，不同結(jié)構(gòu)的住宅其適用的抗震加固方式也存在明顯的區(qū)別。隨著新時期國家對農(nóng)村住宅抗震加固改造設(shè)計(jì)和施工的重視程度不斷提高，基于新農(nóng)村住宅產(chǎn)業(yè)化建設(shè)發(fā)展的研究也越來越多。需要注意的是，農(nóng)村住宅的抗震加固是一項(xiàng)復(fù)雜且系統(tǒng)化的工程，其在設(shè)計(jì)和施工的過程中涉及的技術(shù)問題較多?；诖?，相關(guān)部門人員在進(jìn)行農(nóng)村住宅抗震加固的過程中，還需要結(jié)合實(shí)際情況來對住宅的抗震性進(jìn)行進(jìn)一步的研究，在此基礎(chǔ)上對抗震加固的措施加以完善，以便助力農(nóng)村住宅抗震綜合改革工程的全面展開。