大理麗江穿斗式木構(gòu)架構(gòu)造特點(diǎn)及房屋震害簡(jiǎn)述★

葉 陽(yáng)，楊健強(qiáng)，明小娜，王 杰，劉紹昌

(云南省地震局,云南 昆明 650224)

0 引言

云南省共有五種主要的木結(jié)構(gòu)尚在新建與使用,分別是穿斗式木結(jié)構(gòu)、抬梁式木結(jié)構(gòu)、井干式木結(jié)構(gòu)、平頂式木結(jié)構(gòu)和干欄式木結(jié)構(gòu),其中穿斗式木結(jié)構(gòu)數(shù)量最多、分布最廣,在麗江、大理、怒江、迪慶、楚雄、普洱、德宏、昭通、曲靖、臨滄、紅河、保山等地均有使用,根據(jù)區(qū)域、民俗、傳統(tǒng)的不同,不同區(qū)域的穿斗式木結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)又有所不同。不少學(xué)者對(duì)云南省木結(jié)構(gòu)的抗震能力、震害分析等進(jìn)行了研究,甘驚天[1]總結(jié)了劍川穿斗式木結(jié)構(gòu)構(gòu)造技術(shù)特征,論證了其建筑構(gòu)造技術(shù)的科學(xué)性;金昱成[2]提出一種經(jīng)濟(jì)性較好、實(shí)施便利性較高的木結(jié)構(gòu)鋼材增強(qiáng)加固阻尼器;聶雅雯[3]推導(dǎo)出云南穿斗式木結(jié)構(gòu)各類節(jié)點(diǎn)的M-θ關(guān)系理論計(jì)算公式,并通過(guò)對(duì)特征點(diǎn)的定義和計(jì)算得出節(jié)點(diǎn)的M-θ關(guān)系理論簡(jiǎn)化四折線模型,從而進(jìn)一步得出節(jié)點(diǎn)恢復(fù)力模型;高永林[4]對(duì)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑典型榫卯節(jié)點(diǎn):臺(tái)階透榫、梁下有枋臺(tái)階透榫、半榫以及燕尾節(jié)點(diǎn)模型開(kāi)展了基于木材摩擦機(jī)理和嵌壓特性的試驗(yàn)、數(shù)值模擬以及理論研究;孫俊[5]利用了 Yamada-Sun強(qiáng)度準(zhǔn)則,分析了榫根處材料達(dá)到強(qiáng)度極限時(shí)的榫頭受力情況。王丹[6]研究了摩擦因素對(duì)于木結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)區(qū)耗能的影響;孟萍等[7]針對(duì)當(dāng)前普通家庭經(jīng)濟(jì)情況,在不增加或只增加少量投資的情況下,提出加強(qiáng)木結(jié)構(gòu)房屋抗震措施的幾點(diǎn)建議,以提高村鎮(zhèn)木結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能;陸偉東等[8]對(duì)我國(guó)西南、西北地震高烈度地區(qū)的木結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行分析,并對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的主要震害進(jìn)行了總結(jié);何玲等[9]針對(duì)云南圣母結(jié)構(gòu)提出簡(jiǎn)便易行的加固手段提高村鎮(zhèn)木結(jié)構(gòu)房屋的抗震能力。

大理、麗江兩地均屬于地震易發(fā)區(qū),并且兩地穿斗式木結(jié)構(gòu)的木構(gòu)架榫卯組合、結(jié)構(gòu)形式均有差異,在麗江7.0級(jí)地震、景谷6.6級(jí)地震及漾濞6.4級(jí)地震中,可看到不少墻體倒塌,木構(gòu)架外露的穿斗式木結(jié)構(gòu),此時(shí)木構(gòu)架就是房屋最后一道防線,研究木構(gòu)架的構(gòu)造形式及往年震害對(duì)于研究穿斗式木結(jié)構(gòu)抗震性能尤為重要。

1 大理、麗江木構(gòu)架的構(gòu)造特點(diǎn)

在大理、麗江地區(qū),一棟獨(dú)立的穿斗式木結(jié)構(gòu)建筑一般是呈“四榀三開(kāi)間”的布局形式,由四榀木構(gòu)架分割出三個(gè)開(kāi)間(見(jiàn)圖1),這四榀木構(gòu)架又有不同的組合形式,一般有中間架和山架之分,山架與山墻相連,中間架則為內(nèi)分割墻的框架。麗江地區(qū)多采取山架與中間架不同的建造方式,大理地區(qū)部分采取山架與中間架相同的建造方式,另一部分則是山架與中間架不同。由于氣候干燥,為更好的防范火災(zāi),居民一般會(huì)將與墻體毗鄰的木構(gòu)件包裹進(jìn)墻體內(nèi)(見(jiàn)圖2)。

1.1 大理穿斗式木結(jié)構(gòu)木框架構(gòu)造特點(diǎn)

目前大理地區(qū)常見(jiàn)穿斗式木結(jié)構(gòu)的山架主要有三種形式,第一種是前后京柱不落地的形式;第二種是在京柱不落地的基礎(chǔ)上加站柱的形式;第三種是采取京柱落地的形式(見(jiàn)圖3)。

京柱不落地的山架總共有三根落地柱(左右檐柱、中柱),其中京柱不落地,京柱立于大插之上,前京插與后京插為兩個(gè)獨(dú)立構(gòu)件,通過(guò)穿插的方式連接前京柱、中柱、后京柱,同理前大插與后大插也為兩根獨(dú)立構(gòu)件,通過(guò)從左右兩側(cè)穿插的方式連接前檐柱、中柱、后檐柱,并托起前京柱與后京柱,前承重與后承重同理;三根穿坊則是通長(zhǎng)一根,京穿坊穿過(guò)前京柱、中柱和后京柱,其余兩根穿過(guò)前后檐柱和中柱。榫卯節(jié)點(diǎn)構(gòu)造詳見(jiàn)表1。

表1 大理麗江山架節(jié)點(diǎn)

加站柱的山架主體和京柱不落地的山架形式相同,區(qū)別則是在前京柱的正下方會(huì)設(shè)置一根站柱,站柱加在承重之上,大插之下,上下端做騎馬榫叉騎在承重上,架于穿坊下(見(jiàn)圖4(a)),部分山架會(huì)在承重下的穿坊部也加一根站柱撐于地面。

還有一種京柱落地的山架,這種山架目前在大理地區(qū)新建的穿斗式木結(jié)構(gòu)中使用較少,主要是因?yàn)槟緲?gòu)件原材料獲取難度加大,因此第三種山架形式現(xiàn)存較少。

大理地區(qū)部分穿斗式木結(jié)構(gòu)民居會(huì)選擇中間架與山架不同的修建方式,中間架修建方式較多,少數(shù)會(huì)繼續(xù)保留中柱,多數(shù)為了使自身內(nèi)部空間靈活使用,會(huì)選擇中柱不落地甚至取消中柱的做法,并以駝墩代替京柱,駝墩花樣繁多,可以根據(jù)自身需求選擇造型,以中間插暗梢的方式來(lái)連接上下構(gòu)件(見(jiàn)圖4(b),圖5)。

1.2 麗江穿斗式木結(jié)構(gòu)木框架構(gòu)造特點(diǎn)

麗江地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu)山架共有四根落地柱,三架梁、二架梁和大叉均是獨(dú)立整體,在各個(gè)柱子上部開(kāi)槽,自上而下整體往下安裝(見(jiàn)圖6(a),圖7),加以上京柱、前京柱和后京柱固定連接,將所有單獨(dú)的構(gòu)件拉結(jié)在一起,榫卯結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)表1。

麗江地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu)形式相對(duì)統(tǒng)一,均為山架與中間架不同的建造形式,中間架取消中柱(見(jiàn)圖6(b)),以駝墩代替京柱,京柱與前后檐柱之間分別作為房間和走廊使用。

1.3 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

大理、麗江地區(qū)目前新建鄉(xiāng)鎮(zhèn)穿斗式木結(jié)構(gòu)民宅多以實(shí)用為主,因此簡(jiǎn)化了許多紛繁復(fù)雜的榫卯結(jié)構(gòu)連接形式,最主要使用的榫卯結(jié)構(gòu)有四種(見(jiàn)表1):1)燕尾榫,又名大透榫,榫頭上寬下窄,具有良好的連接性;2)直榫,通長(zhǎng)等寬;3)二蹬榫,與中原地區(qū)的銀錠報(bào)肩榫類似,不同的是榫肩處會(huì)做一個(gè)收分;4)箍頭榫,自上而下的卡入柱頭開(kāi)槽處。另外騎馬榫及暗梢多見(jiàn)于中間架站柱和駝墩的拼裝(見(jiàn)圖8)。

2 常見(jiàn)震害形式

2.1 屋頂?shù)恼鸷?/h3>

兩地穿斗式木構(gòu)架的屋頂均采用“兩椽支一”的形式修建,兩根椽子之間鋪設(shè)一片瓦片,瓦片為云南本地小青瓦,瓦片與瓦片之間采用石灰連接,石灰里常摻秸稈、稻草等。一般需要3 a～5 a更換一次,否則黏結(jié)強(qiáng)度會(huì)下降,但是現(xiàn)實(shí)中鮮有住戶會(huì)主動(dòng)翻修,因此梭瓦掉瓦為最常見(jiàn)的震害現(xiàn)象。

2.2 墻體的震害

穿斗式木構(gòu)架房屋的墻體只起圍護(hù)作用不起承重作用,兩地的外圍護(hù)墻多采用土坯墻、夯土墻和磚墻的形式,由于墻體與木構(gòu)架在地震中會(huì)相互作用[10],且老舊建筑的圍護(hù)墻往往采取縱墻與橫墻單獨(dú)修建的形式,縱橫墻連接不緊密,導(dǎo)致墻體的受損率也相對(duì)較高。地震發(fā)生后,在烈度較低的地區(qū),常見(jiàn)的震害形式有:1)墻體開(kāi)裂(見(jiàn)圖8(a));2)墻角處的受損(見(jiàn)圖8(b));3)墻體與木構(gòu)架脫開(kāi)(見(jiàn)圖8(c));4)山尖墻受損(見(jiàn)圖8(d))。在高烈度地區(qū),常見(jiàn)的墻體震害形式主要表現(xiàn)為墻體的坍塌,當(dāng)?shù)卣鹆Ψ较蚱蛴谏綁r(shí)易導(dǎo)致山墻坍塌(見(jiàn)圖8(e)),當(dāng)?shù)卣鹆Ψ较蚱蛴诤髩r(shí)易導(dǎo)致后墻坍塌(見(jiàn)圖8(f)),在極震區(qū),墻體可能會(huì)出現(xiàn)全部坍塌,僅木構(gòu)架挺立的情況(見(jiàn)圖8(g))。

2.3 木構(gòu)架的震害

木構(gòu)架作為穿斗式木結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件,也是地震中的最后一道防線。地震過(guò)后,烈度較低的地區(qū)常見(jiàn)的木構(gòu)架震害現(xiàn)象為榫卯節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)拔榫現(xiàn)象,多出現(xiàn)于檁條、縱向穿坊(見(jiàn)圖9(a)),在高烈度地區(qū),木構(gòu)架可能出現(xiàn)的震害有:1)木構(gòu)件的損壞(見(jiàn)圖9(b));2)木框架的歪斜(見(jiàn)圖9(c))。若節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件損壞嚴(yán)重,則會(huì)導(dǎo)致木框架局部坍塌甚至毀壞(見(jiàn)圖9(d))。

3 結(jié)論

本文通過(guò)大量實(shí)地調(diào)研,通過(guò)調(diào)研結(jié)果,歸納了大理、麗江地區(qū)目前常見(jiàn)的穿斗式木結(jié)構(gòu)民居的建筑構(gòu)造特點(diǎn),并通過(guò)麗江7.0級(jí)地震、漾濞6.4級(jí)地震、洱源5.5級(jí)地震等往年地震資料,總結(jié)云南地區(qū)穿斗式木結(jié)構(gòu)的震害特點(diǎn),得出以下結(jié)論:

1)相對(duì)于現(xiàn)代建筑中“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)方式,木結(jié)構(gòu)則是處于一種“弱節(jié)點(diǎn),強(qiáng)構(gòu)件”的形式,木框架的震害往往先出現(xiàn)于節(jié)點(diǎn)處,木構(gòu)件的折斷、開(kāi)裂,也多源自于卯口截面開(kāi)洞的削弱處。

2)在低烈度區(qū),主要出現(xiàn)的是非承重構(gòu)件的損壞,例如梭瓦掉瓦現(xiàn)象以及圍護(hù)墻的損壞(墻角受損、山墻、后墻的損壞),在檁條與檁條的連接部位和縱向穿坊與柱的連接部位易出現(xiàn)拔榫現(xiàn)象,可能會(huì)導(dǎo)致部分木檁條和椽子的掉落。在高烈度區(qū),穿斗式木結(jié)構(gòu)的圍護(hù)墻可能會(huì)局部坍塌或是全部坍塌,僅剩木框架支撐,此時(shí)木結(jié)構(gòu)的承載力取決于榫卯節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度,若榫卯節(jié)點(diǎn)喪失承載力,則會(huì)導(dǎo)致木結(jié)構(gòu)的局部坍塌甚至整體倒塌。

3)為加強(qiáng)穿斗式木結(jié)構(gòu)抗震性能,建議推廣琉璃瓦和樹(shù)脂瓦的使用,漾濞6.4級(jí)地震和雙柏5.1級(jí)地震中,使用琉璃瓦的屋頂近乎完好;加強(qiáng)外圍護(hù)墻縱墻與橫墻的連接強(qiáng)度,建議使用帶鋼筋混凝土圈梁及構(gòu)造柱的磚墻作為外圍護(hù)墻,并加強(qiáng)墻體與柱子之間的拉結(jié)(如在木構(gòu)架節(jié)點(diǎn)處與墻體進(jìn)行鐵件加固,在墻體上打孔,穿過(guò)鋼絞線等柔性鐵件材料將二者綁扎在一起),防止二者在地震中相互作用加劇損壞。注重對(duì)木構(gòu)件的加固和維護(hù),避免因使用年限的增加使構(gòu)件強(qiáng)度下降過(guò)大。

4)從云南歷年穿斗式木結(jié)構(gòu)震害資料來(lái)看,穿斗式木結(jié)構(gòu)較難滿足現(xiàn)行抗震設(shè)防要求,對(duì)于“小震不壞、中震可修、大震不倒”的理念還難以滿足。由于木結(jié)構(gòu)使用年限較長(zhǎng),在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi),將會(huì)有大量的穿斗式木結(jié)構(gòu)隨著使用年限的增長(zhǎng),導(dǎo)致其構(gòu)件強(qiáng)度的降低,應(yīng)注重對(duì)此類建筑的維護(hù)和加固[11-13]。