貴州西部地區(qū)農(nóng)村民居抗震性能及震害分析*
——以威寧縣為例

陶 卓,李世杰,唐德龍,代興元

(貴州省地震局,貴州 貴陽(yáng) 550001)

0 引言

貴州位于南北地震帶南端,近年來(lái)發(fā)震的頻度和強(qiáng)度均處于我國(guó)平均水準(zhǔn)之上。威寧彝族回族苗族自治縣,隸屬畢節(jié)市,地處貴州省西北角,位于婭都-紫云斷裂西側(cè),屬于地震密度與強(qiáng)度都較大的威寧-晴隆區(qū)[1-3]。

威寧地區(qū)地震活動(dòng)頻繁,以中等-較強(qiáng)強(qiáng)度為主。有記錄以來(lái)的最大地震是1948年10月9日和10日石門坎發(fā)生的6.2級(jí)地震。有儀器記錄以來(lái),威寧地區(qū)發(fā)生了多次中、小震,其中最大一次地震是2009年3月22日的4.7級(jí)地震。

我國(guó)農(nóng)村地區(qū)震后人員傷亡重大的直接原因是由房屋倒塌造成,而房屋破壞占直接經(jīng)濟(jì)損失的85%～97%[4]。通過(guò)查閱相關(guān)資料,發(fā)現(xiàn)針對(duì)貴州省農(nóng)村民居抗震能力調(diào)查的相關(guān)研究較少,為了更好地了解和提高農(nóng)村民居抗震能力,對(duì)貴州省農(nóng)村民居現(xiàn)狀進(jìn)行抗震能力調(diào)查和評(píng)估工作是十分必要的。

本研究通過(guò)對(duì)威寧地區(qū)農(nóng)村民居開(kāi)展實(shí)地調(diào)研,收集當(dāng)?shù)氐湫徒ㄖ慕Y(jié)構(gòu)特征,來(lái)對(duì)抗震性能及震害情況進(jìn)行分析,針對(duì)其抗震設(shè)防存在的問(wèn)題提出對(duì)策建議,為貴州農(nóng)村民居抗震設(shè)防工作提供參考。

1 數(shù)據(jù)概況

1.1 建筑物數(shù)據(jù)概況

本研究采用抽樣調(diào)查的方式一共選取了威寧縣6個(gè)代表性鄉(xiāng)鎮(zhèn)的20個(gè)自然村(社區(qū))村鎮(zhèn)作為調(diào)查點(diǎn),進(jìn)行大量的實(shí)地調(diào)研,收集整理調(diào)研點(diǎn)概況信息。

表1 威寧縣實(shí)地調(diào)查點(diǎn)

威寧縣農(nóng)村地區(qū)建筑物以磚混結(jié)構(gòu)為主,所占比例約75%,多為底框結(jié)構(gòu),部分樓層有圈梁構(gòu)造柱,抗震性能較好;框架結(jié)構(gòu)房屋約占10%,建筑的質(zhì)量較好,框架結(jié)構(gòu)房屋基本達(dá)到當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防要求;磚木結(jié)構(gòu)房屋占比約10%,抗震性能較差;另有5%左右的土木結(jié)構(gòu)房屋和部分90年代建造的無(wú)圈梁構(gòu)造柱的老舊磚混結(jié)構(gòu)房屋。

表2 威寧主要建筑物類型

1.2 震害分析震例

本研究以2022年6月20日6時(shí)40分貴州畢節(jié)市威寧縣發(fā)生的4.4級(jí)地震為例,對(duì)文中震害分析情況進(jìn)行佐證。此次地震震源深度12千米,震中位置距離威寧縣66公里、赫章縣97公里,威寧縣中水鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)震感較強(qiáng),涉及的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有黑土河鎮(zhèn)、迤那鎮(zhèn)、石門鄉(xiāng)等地。

2 典型房屋抗震性能評(píng)價(jià)及震害分析

2.1 框架結(jié)構(gòu)

威寧縣框架結(jié)構(gòu)包括標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)和自建框架結(jié)構(gòu),是政府駐地、公用房屋、移民安置惠民工程、新建商品房和部分鄉(xiāng)村新建房屋的主要建筑形式。標(biāo)準(zhǔn)建造框架多分布于城市市區(qū),自建框架多分布于城鎮(zhèn)和農(nóng)村。不同年代建造的框架結(jié)構(gòu)存在差異,早期建設(shè)房屋樓板多使用空心預(yù)制板,現(xiàn)多使用現(xiàn)澆樓板?？蚣芙Y(jié)構(gòu)是抗震能力良好的房屋結(jié)構(gòu),在威寧縣占比為10%。

框架結(jié)構(gòu)設(shè)有構(gòu)造柱、剪力墻等,整體抗震能力良好。除商品房和安置房有高層外,當(dāng)?shù)乜蚣芙Y(jié)構(gòu)房屋多為2～4層,標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)均按當(dāng)時(shí)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)建設(shè),抗震能力在VII左右,部分學(xué)校的新建房屋可達(dá)VIII度,滿足抗震設(shè)防要求。鄉(xiāng)村自建的框架結(jié)構(gòu)沒(méi)有統(tǒng)一的規(guī)范,層數(shù)、層高、柱、梁截面和配筋也各不相同,因此抗震能力不盡相同,但基本能達(dá)到抗震設(shè)防要求。

框架結(jié)構(gòu)房屋的組成結(jié)構(gòu)一般是框架梁柱和鋼筋混凝土樓板,由梁和柱組成的框架共同抵抗水平荷載和豎向荷載。墻體一般情況僅承擔(dān)圍護(hù)分隔作用,貴州地區(qū)多采用240 mm厚的墻砌筑而成,梁柱與墻體之間有拉結(jié)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)空間布設(shè)靈活,混凝土現(xiàn)澆制成的框架梁柱,整體性好,剛度大,抗震性能好。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異,一些村鎮(zhèn)的自建框架結(jié)構(gòu)構(gòu)造合理、施工良好、抗震能力強(qiáng);而一些經(jīng)濟(jì)相對(duì)較差的地區(qū),自建框架房屋的抗震能力偏弱,構(gòu)造不滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

地震作用下,框架結(jié)構(gòu)的震害主要發(fā)生在梁端、柱端和梁柱節(jié)點(diǎn)處。地震發(fā)生時(shí),框架和填充墻共同抵抗地震作用,填充墻與框架之間連接薄弱,同時(shí)墻體受剪承載力低,易發(fā)生墻面斜裂縫,并沿柱周邊開(kāi)裂[5]。

2.2 磚混結(jié)構(gòu)

磚混結(jié)構(gòu)是在貴州地區(qū)占比最大的結(jié)構(gòu)形式,主要為自建的磚混結(jié)構(gòu)和部分政府、學(xué)校、衛(wèi)生院等公共建筑設(shè)施。威寧屬貴州地震較多的地區(qū),防震意識(shí)較貴州其他地區(qū)較高,部分設(shè)有圈梁和構(gòu)造柱的磚混結(jié)構(gòu)房屋,有相對(duì)較好的抗震能力,大多數(shù)區(qū)域設(shè)防烈度達(dá)到VI度,部分房屋能達(dá)到VII度。

磚混結(jié)構(gòu)為磚墻承重或墻體和構(gòu)造柱混合承重,由鋼筋混凝土或木梁柱板等構(gòu)件構(gòu)成的混合結(jié)構(gòu)體系。磚混結(jié)構(gòu)房屋還具有總高小、開(kāi)間小、梁跨度小等特征,加之有構(gòu)造柱和封閉圈梁,總體上具有較好的抗震性能。但因占比大、分布廣、質(zhì)量參差不齊等原因,使得這類房屋抗震能力也不盡相同。

(二)政策補(bǔ)貼不斷下調(diào)，將壓縮企業(yè)的盈利空間，倒逼產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，加速淘汰落后產(chǎn)能，促進(jìn)行業(yè)資源向優(yōu)質(zhì)企業(yè)集中，產(chǎn)業(yè)的集中度將進(jìn)一步提高，繼續(xù)保持和鞏固光伏產(chǎn)業(yè)在全球的領(lǐng)先地位。

磚混結(jié)構(gòu)的墻體多為磚砌體,易在地震作用下墻體出現(xiàn)裂縫。其主要震害表現(xiàn)為:墻體出現(xiàn)貫穿性通透交叉裂縫或斜裂縫,嚴(yán)重時(shí)局部倒塌;出屋面樓梯間鞭梢效應(yīng)明顯;部分構(gòu)造柱的底部有裂縫和混凝土剝落的現(xiàn)象;相鄰建筑物會(huì)出現(xiàn)相互擠壓碰撞,易出現(xiàn)局部破壞。

2.3 磚木結(jié)構(gòu)

威寧地區(qū)仍現(xiàn)存少量磚木結(jié)構(gòu),主要包括自建房屋和少量公共建筑設(shè)施。這些房屋年代較老,無(wú)抗震構(gòu)造措施,抗震性能差,不能滿足當(dāng)?shù)乜拐鹪O(shè)防要求。

磚木結(jié)構(gòu)房屋承重墻為磚墻,屋頂為木屋架,縱橫墻混合承重,無(wú)構(gòu)造柱和圈梁。該類結(jié)構(gòu)墻體強(qiáng)度不夠,房屋整體性較差,多采用硬山擱檁,木屋架與承重墻之間缺乏有效的連接。磚木結(jié)構(gòu)房屋在遭遇地震時(shí),可能出現(xiàn)墻體開(kāi)裂、梭瓦和瓦片掉落,嚴(yán)重時(shí)墻體外閃,導(dǎo)致屋頂木架塌落,甚至整體倒塌。

2.4 土木結(jié)構(gòu)

威寧地區(qū)仍現(xiàn)存少量土木結(jié)構(gòu),多用于附屬生產(chǎn)用房,無(wú)人居住。該類房屋普遍修建于20世紀(jì)70、80年代,房屋年代老舊,屋頂瓦片易掉落,屬于不設(shè)防的房屋。

土木結(jié)構(gòu)的承重墻為土坯、土塊砌墻或土夯墻,屋頂和梁是由木材制成。土木結(jié)構(gòu)多為縱橫墻混合承重,該類結(jié)構(gòu)墻體強(qiáng)度很低,抗剪和抗扭能力都很差;屋頂和墻體之間連接很弱,縱橫墻交界處連接也很弱,房屋整體性很差,所以該類結(jié)構(gòu)抗震性能極差。地震中土木結(jié)構(gòu)房屋在各類房屋中會(huì)最先被破壞,豎向裂縫在墻體和縱橫墻連接處較為常見(jiàn)。屋頂出現(xiàn)較多移位和塌落,嚴(yán)重時(shí)幾乎完全倒塌。

3 農(nóng)村民居抗震設(shè)防問(wèn)題分析

受地區(qū)地形限制,當(dāng)威寧縣遭遇VII度地震破壞時(shí),易引發(fā)次生災(zāi)害(圖13)。而區(qū)域內(nèi)有大量房屋建設(shè)于陡坡、河岸,因此極易因地震引發(fā)的次生災(zāi)害造成人員財(cái)產(chǎn)損失。

圖1 貴州省南北地震帶新劃分圖

圖2 威寧縣地震構(gòu)造及震中分布圖

圖3 威寧縣石門坎6.2級(jí)地震烈度圖及震害破壞圖

圖4 威寧縣4.4級(jí)地震烈度圖

圖5 威寧縣框架結(jié)構(gòu)

圖6 6月20日威寧縣4.4級(jí)地震框架結(jié)構(gòu)震害特征

圖7 威寧縣磚混結(jié)構(gòu)

圖8 6月20日威寧縣4.4級(jí)地震磚混結(jié)構(gòu)震害特征

圖9 威寧縣磚木結(jié)構(gòu)

圖10 6月20日威寧縣4.4級(jí)地震磚木結(jié)構(gòu)震害特征

圖11 威寧縣土木結(jié)構(gòu)

圖12 6月20日威寧縣4.4級(jí)地震磚木結(jié)構(gòu)震害特征

圖13 威寧縣遭遇VII度破壞時(shí)次生災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)圖

同時(shí),該區(qū)域內(nèi)仍有少量抗震性能差的磚木、土木結(jié)構(gòu)房屋。結(jié)合本文實(shí)地調(diào)查得到的威寧地區(qū)實(shí)際情況,分析出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因應(yīng)有以下幾個(gè)方面:

(2)經(jīng)濟(jì)條件制約。部分農(nóng)村居民修建房屋時(shí)為了降低造價(jià),選擇不設(shè)構(gòu)造柱、圈梁或減少圈梁數(shù)量,以減少鋼筋水泥的花費(fèi);修建房屋時(shí)由于經(jīng)費(fèi)問(wèn)題分層分次修建,導(dǎo)致砌塊材料、構(gòu)筑形式不統(tǒng)一,房屋整體性較差。

(3)設(shè)計(jì)施工不規(guī)范。農(nóng)村修建房屋大多根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和功能需求自行設(shè)計(jì),隨意性較強(qiáng),此類房屋未考慮抗震設(shè)防,存在設(shè)計(jì)不合理的情況。當(dāng)?shù)氐氖┕すと舜蠖鄾](méi)有接受專業(yè)培訓(xùn),不能保證施工質(zhì)量,導(dǎo)致建筑抗震能力受影響。

(4)政府監(jiān)管不到位。農(nóng)村民居建設(shè)缺少政府部門的監(jiān)督管理,導(dǎo)致農(nóng)村民居出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理、施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、房屋抗震性能達(dá)不到要求等現(xiàn)象。

4 加強(qiáng)農(nóng)村民居抗震設(shè)防的建議

為最大限度地減少破壞性地震對(duì)農(nóng)村居民生命財(cái)產(chǎn)的損失,提高農(nóng)村住宅的抗震性能,提出以下建議:

(1)提高抗震設(shè)防科普知識(shí)宣傳力度和廣度,改變貴州沒(méi)有地震的傳統(tǒng)觀念,提高農(nóng)村房屋抗震安全意識(shí)。

(2)加強(qiáng)房屋抗震設(shè)計(jì)技能培訓(xùn)。為農(nóng)村建筑工匠提供系統(tǒng)性培訓(xùn),研究不大幅提高建筑成本的設(shè)計(jì)方案,來(lái)提高農(nóng)村民居的施工質(zhì)量和抗震能力。

(3)完善農(nóng)村建筑建設(shè)監(jiān)管制度。相關(guān)部門需加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村建筑的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收等過(guò)程的監(jiān)管力度,加強(qiáng)建設(shè)管理,提供技術(shù)指導(dǎo)。

5 結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)對(duì)威寧地區(qū)典型農(nóng)村民居的抗震性能及震害分析,發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)村民居抗震性能薄弱主要是由于居民抗震設(shè)防意識(shí)薄弱、施工設(shè)計(jì)不規(guī)范。因此應(yīng)提高抗震設(shè)防科普知識(shí)宣傳力度和廣度,改變傳統(tǒng)觀念,為民居建設(shè)提供培訓(xùn)和指導(dǎo),通過(guò)農(nóng)村民居的抗震性能來(lái)最大限度減輕地震災(zāi)害損失,實(shí)現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)防目標(biāo)。