甘孜州鄉(xiāng)城白藏房生土民居房屋抗震技術探討

【摘 要】白藏房是具有傳統(tǒng)建筑風格的地域性建筑，墻體采用當?shù)爻Ｒ姷奶烊煌馏w材料，進行夯實成型，與木構件組合承載，屬土木混合結構。為了降低白藏房建設中的木材消耗，同時改善生土墻體的強度及房屋的整體抗震性能，從墻體材料、房屋場地選擇、建筑、結構和施工等方面提出了若干建議。

【關鍵詞】白藏房； 生土改良； 結構設置； 抗震技術

【中圖分類號】TU352.11【文獻標志碼】A

0 引言

鄉(xiāng)城縣位于川西北地區(qū)，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，民房抗震存在安全隱患。鄉(xiāng)城縣海拔高，森林樹木生長緩慢，傳統(tǒng)建造的白藏房，屬于土木混合結構［1］，需要大量砍伐樹木，對生態(tài)環(huán)境是巨大破壞。為全面貫徹“實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”，重點專項是推行“綠色宜居村鎮(zhèn)技術創(chuàng)新”，并落實“產(chǎn)業(yè)興旺、生態(tài)宜居、鄉(xiāng)風文明、治理有效、生活富?！钡目傄螅揽靠萍紕?chuàng)新引領和支撐建設具有中國特色的社會主義新農(nóng)村、培育農(nóng)村發(fā)展新動能、助推扶貧攻堅，解決我國當前城鄉(xiāng)區(qū)域發(fā)展不平衡、不充分的緊迫任務，實現(xiàn)全面建成小康社會的必然要求。鄉(xiāng)城縣的天然木材越來越少，很多人進入深山老林砍伐木材，不僅破壞了環(huán)境，所建造的房屋還不能達到相應的抗震要求。經(jīng)調(diào)研，目前正在施工的鋼筋混凝土白藏房外墻由生土拌合夯實，這樣情況下外墻墻面容易發(fā)生開裂；內(nèi)部所有隔墻（非承重墻）墻材料使用的是混凝土實心磚，重量大，藏民只是簡單把其用于填充隔墻，完全沒有拉結、構造柱等構造措施，一旦發(fā)生地震，極易發(fā)生倒塌，造成生命財產(chǎn)損失。如果不考慮抗震措施，新型白藏房甚至不如千百年來傳統(tǒng)土木結構白藏房安全。

當前，對于白藏房生土建筑進行研究，在人類社會進入生態(tài)文明的今天，其意義更加深遠。已超出解決貧困地區(qū)的住房、改善窯居環(huán)境的研究，也不僅僅是對文化遺產(chǎn)的發(fā)掘與整理。

基于上述分析，課題研究針對鄉(xiāng)城縣政府對傳統(tǒng)白藏房民居采用鋼筋混凝土結構代替木材結構進行優(yōu)化設計研究。在不改變白藏房特色民居結構風貌的前提下，開展對房屋墻體材料改進、內(nèi)部結構的抗震性能優(yōu)化設計和對低成本環(huán)境友好型替代材料的研究，并提出有利于試點推廣的方案、機制和政策建議，積極助推川西北農(nóng)房生態(tài)示范區(qū)建設。

1 墻體材料改良

白藏房墻體，選用當?shù)爻Ｒ姷纳敛牧?，?jīng)夯實而成，如圖1所示。待墻體施工完成后（圖2），墻面用白漿粉飾。在夯筑室內(nèi)地面時，特別采用當?shù)氐陌⒏峦粒谕罗瑫r期就已經(jīng)被用作建筑材料［2］，其主要成分為硅質(zhì)石灰石［3］，不同地域的成分含量有所區(qū)別。外墻厚度在0.5～2.0 m之間，較一般生土結構墻體的厚度大，內(nèi)墻面豎直，外墻面隨高度增加向內(nèi)收窄，墻體的橫截面呈梯形，收分角度為5°～7°，比例為1/10-1/60［4］。圖3為建成后的白藏房。

摻加石灰是提高土體強度的有效途徑之一。石灰屬于傳統(tǒng)的氣硬性建筑材料，因為與空氣中的CO2發(fā)生化學反應，形成CaCO3，在生土材料加入石灰得以改進生土墻體的力學性能。相關的研究有：在生土材料中加入石灰后，土體的孔隙結構有所改善，抗壓強度、抗剪強度及剪切模量等較素土均有提高，收縮變形明顯減小，受力性能得到提高［5］。通過在土體中摻加不同比例的石灰（3%，5%，7%和9%），在不同齡期，分別對灰土試塊的收縮性、無側(cè)向抗壓強度和劈裂抗拉強度等指標進行了室內(nèi)試驗，結果表明：灰土的收縮變形值較素土降低，抗壓及抗拉強度值亦有所提高［6］。在黃土夯筑墻和干制坯中摻入石灰，通過制作灰土體積比為1∶10的試塊，試驗結果表明：強度較原黃土有一定的提高［7］。在攀西地區(qū)常見的昔格達生土材料中，摻入磨細的生石灰粉，按灰土體積比例為2∶10和1∶9，分別進行實驗，并摻入重量比為0.5%的碎稻草，以增強土體韌性，改善土體抗裂性能，試驗表明：土體的抗壓強度均有提高［8］。在生土材料中單摻石灰，通過改變石灰的摻加量，對各試塊進行強度試驗，結果發(fā)現(xiàn)：當石灰摻量為10%時，對生土的強度影響最大，效果明顯［9］。在膨脹土中加入石灰作為改良劑，然后對膨脹土的物理、力學性能進行了試驗，表明其壓實性、膨脹性以及承載比等指標均有明顯的改善［10］。

從上述研究資料及經(jīng)驗可以看出，摻加石灰對提高生土材料的強度有一定作用，在白藏房的生土墻體中，加入適當?shù)氖覄荼貢岣邏w的強度和整體性，提高抗震性能。

2 建房場地選擇

場地對房屋抗震有明顯的影響，選擇適宜的場地是建房中至關重要的內(nèi)容。GB 50011-2010（2016年版）《建筑抗震設計規(guī)范》［11］對不同類別的地段對建筑抗震的影響程度進行了分類。

2.1 房屋選址

選址具體要注意幾點：

（1）選擇地勢平坦、開闊、土層密實、均勻或穩(wěn)定巖體等有利的地段。

（2）不宜在軟弱土層、可液化土層、河岸、湖邊、古河道、陡坡、松軟的人工填土以及孤突的山頂或山脊等不利地段建房。

（3）不應在可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流以及有活動斷裂、地下溶洞等危險地段建房。在此類危險地段上，即使上部結構的安全滿足要求，但如果遇到地震等自然災害，次生災害的發(fā)生會影響建筑物及人的生命財產(chǎn)安全。

2.2 安全場地的主要標志

安全的場地具有特征：遠離河岸、斷裂帶、古河道；場地比較平整，地基土質(zhì)密實，周圍沒有滑坡、落石等不良地質(zhì)現(xiàn)象；離斜坡邊緣要有足夠的安全距離；房子與高大塔架、樹木的距離較遠。

3 建筑及結構布置注意事項

地震作用下，為了使墻體及構件受力均勻，避免發(fā)生過大的應力集中現(xiàn)象，房屋墻體的平面布置中，應避免拐角或突出。縱橫向承重墻及柱等結構構件宜均勻布置，不宜錯開，在平面內(nèi)宜對齊，沿豎向應上下連續(xù)；在同一軸線上，窗間墻的寬度宜均勻。此外，多層房屋的樓層不應錯層，不應采用板式單邊懸挑樓梯。在同一高度內(nèi)采用相同材料的承重構件［11］。

4 房屋抗震技術及措施

4.1 減輕結構自重

減少上部結構的自重是降低地震作用的有效途徑［12］。房屋的屋蓋應選擇輕屋面材料，傳統(tǒng)的燒結瓦片，自重偏大，且施工麻煩。此外，為了保護生態(tài)及自然資源，可采用輕型屋面瓦材料，如玻璃鋼瓦、玻纖胎瀝青瓦、彩鋼瓦、塑鋼瓦、金屬瓦和樹脂瓦等，目前，還出現(xiàn)了彩石金屬瓦、太陽能屋面瓦等功能性復合屋面瓦［13］。

4.2 采用鋼筋混凝土梁、柱構件

采用鋼筋混凝土梁、柱構件代替木構件傳統(tǒng)的白藏房，會使用到大量的木材，不利于生態(tài)保護及綠色可持續(xù)發(fā)展。因墻體厚度大，為了提高整體性，墻體內(nèi)部的柱與柱之間、柱與周圍的土體間應該實現(xiàn)可靠的拉結。

4.3 設置圈梁

圈梁不僅有利于抵抗墻體的豎向不均勻沉降，提高墻體抗裂縫的能力，同時能有效加強生土墻房屋的整體性。因此，應在每層設置圈梁，并在橫墻上拉通。圈梁的形式有：配筋磚圈梁、配筋砂漿帶和鋼筋混凝土圈梁等。

在白藏房的規(guī)劃和建設中，除了采取上述建筑及結構等措施以外，在施工的過程中，還應做好生土墻體的防潮防雨工作。在房屋四周的室外地面，亦應做散水。

5 前景展望

開展該項目的應用研究，使藏房生土建筑滿足藏民居住的基本要求，實現(xiàn)安全性和耐久性的要求，是部分藏民的要求，鄉(xiāng)城縣藏民如果采用改良的生土建筑，結構強度達到要求，外墻再刷白、美化，就實現(xiàn)了村容整潔的要求。同時，藏民節(jié)約建設資金5萬元，相當于藏民增收5萬元，效益顯著。生土建筑生態(tài)指標優(yōu)良，屬于真正的綠色建筑，環(huán)境友好，能夠循環(huán)使用，無任何建筑垃圾，無建筑能耗與排放，是節(jié)能減排的最佳方式，在藏房中應積極支持和推廣。

6 結論

綜上所述，為了減少白藏房對木材的依賴，提高抗震性能，可從幾點著手：

（1）因石灰對土體的強度具有提高作用，在白藏房所采用的天然生土材料中，可加入石灰進行改良，提高夯土墻體的強度。

（2）選擇良好的建設場地，不僅避開了不良土質(zhì)問題，同時避免出現(xiàn)不良地質(zhì)現(xiàn)象。

（3）建筑平面布置合理，墻和柱結構構件的布置應均勻、豎直方向連續(xù)。

（4）采用輕屋面瓦材料以減小上部結構自重，降低地震作用；采用混凝土梁、柱代替木構件，同時應加強各部分之間的連接；通過設置圈梁等措施，提高白藏房的抗震性能。

參考文獻

［1］ 劉托.尋訪鄉(xiāng)城白藏房［J］.民藝，2021（3）：112-115.

［2］ 李玉香.話說“阿嘎土”［J］.中國西藏（中文版），1995（1）：33.

［3］ 李黎，趙林毅，李最雄.中國古建筑中幾種石灰類材料的物理力學特性研究［J］.文物保護與考古科學，2014，26（3）：74-84.

［4］ 成斌，吳霞，羅川淇，等.藏式白碉房民居的建筑立面裝飾構造研究［J］.城市建筑，2019，16（34）：67-70.

［5］ Pekmezci B Y， Kafesioglu R， Agahzadeh E. Improved performance of earth structures by lime and gypsum addition［J］.METU Journal of the Faculty of Architecture，2012，29（2）：205-221.

［6］ Subhradeep Dhar amp; Monowar Hussain.The strength and microstructural behavior of lime stabilized subgrade soil in road construction［J］. International Journal of Geotechnical Engineering.

［7］ 王峻.黃土地區(qū)農(nóng)村民房生土建筑墻體材料抗震性能試驗研究［J］.西北地震學報，2005，27（2）：158-162.

［8］ 陳偉，焦?jié)瑢O金坤，等.昔格達生土農(nóng)房抗震技術研究［J］.工程抗震與加固改造，2008，30（1）：94-98.

［9］ 楊永，張樹青，榮輝，等.石灰基材料對生土改性效果及機制研究［J］功能材料. 2019，50（4）：67-72.

［10］ 項國圣，葛磊，謝勝華，等.鋼渣和石灰改良膨脹土的工程特性研究［J］.安徽建筑大學學報，2023，31（1）：30-34.

［11］ 《建筑抗震設計規(guī)范》： GB50011－2010（2016年版）［S］.中國建筑工業(yè)出版社.

［12］ 李有芳，杜洋，王詩文，等.結構減震隔震設計最優(yōu)化問題研究［J］.世界地震工程，2019，35（3）：204-209.

［13］ 王科穎，權宗剛，浮廣明，等.我國屋面瓦標準體系發(fā)展現(xiàn)狀［J］.磚瓦，2020（10）：41-42.

［基金項目］住房和城鄉(xiāng)建設部2021年科學技術項目（項目編號：2021-K-155）;大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目重點項目（項目編號：S202011360042）

［作者簡介］孫金坤（1975—），男，碩士，教授，研究方向為結構工程。