我國村鎮(zhèn)建筑震害調(diào)查與抗御措施

我國村鎮(zhèn)建筑震害調(diào)查與抗御措施

1主要問題是建筑材料的抗洪性1.1建筑場地審批、規(guī)劃、建設(shè)管理被協(xié)同中國大多數(shù)非建設(shè)用地和自然村沒有建設(shè)規(guī)劃，房屋審批與規(guī)劃、建設(shè)管理分離。在管理方面，技術(shù)法律法規(guī)的基礎(chǔ)不足。在行政方面，只對建筑場地進行了審查，不進行進一步的監(jiān)督。這導(dǎo)致了大量空心村的形成，不僅占用了糧食和休閑用地，還浪費了現(xiàn)有的住宅用地。1.2土木墻房屋的抗震能力好,引起建筑震害由于農(nóng)村民房是自主建造,何時建造,采用何種結(jié)構(gòu)型式、何種建筑材料等,完全由房主根據(jù)自己的財力、傳統(tǒng)習(xí)慣等因素與建筑工匠議定,建房的隨意性大、傳統(tǒng)觀念強,給農(nóng)村建筑帶來相當(dāng)大的災(zāi)害隱患。如大多數(shù)農(nóng)民不知道在地震地區(qū)應(yīng)對房屋進行抗震設(shè)防,不了解抗震防災(zāi)技術(shù)措施。傳統(tǒng)的不科學(xué)做法主要表現(xiàn)在以下幾個方面:地基與基礎(chǔ)不牢固。一些房屋的基礎(chǔ)埋深淺(300~500mm),有的甚至僅在原地平整一下就砌墻。地基不均勻沉降導(dǎo)致墻體開裂現(xiàn)象較為普遍。承重墻體整體性差。墻體砌筑砂漿強度低,4~15號較為普遍(用手捻即碎);同一房屋用不同材料的墻片,縱橫墻交接處為通縫;有的墻體的土坯是立著碼砌的(圖1)。調(diào)查中發(fā)現(xiàn),墻體砌筑用的粘結(jié)材料是飽和松散的粘土,用編織袋背到墻上填縫碼砌,基本沒有粘結(jié)作用(圖2)。只有一定稠度的粘土泥漿才能與砌塊粘結(jié)。西藏日喀則地區(qū)農(nóng)村土木結(jié)構(gòu)房屋,除了門窗洞口上下一丁一順砌筑外,其他部位墻體均為丁砌,有的墻體甚至是立砌,加之砌塊豎縫中基本沒有泥漿,所以處處幾近通縫,造成墻體松散、整體性極差。縱橫磚墻體不同時咬槎砌筑,連接較差。云南、河北、內(nèi)蒙古等不少地區(qū)的農(nóng)房采用內(nèi)層土坯外層磚的里生外熟做法,由于材料規(guī)格和強度不同,導(dǎo)致墻體兩張皮,地震中破壞嚴重。如云南麗江地震和內(nèi)蒙古西烏旗地震表明里生外熟墻體房屋的抗震能力甚至不如土坯墻房屋。圍護墻體與承重木構(gòu)架(木柱)無拉接。木構(gòu)架承重、土坯或磚圍護墻房屋,木構(gòu)架與圍護墻之間無任何拉接措施,地震時,柔性的木構(gòu)架與剛性的圍護墻因自振頻率不同相互碰撞,導(dǎo)致圍護墻倒塌、木構(gòu)架歪斜或倒塌。圍護墻倒塌是木構(gòu)架房屋最為普遍的破壞現(xiàn)象。房屋整體性差。樓屋蓋標(biāo)高處沒有設(shè)置圈梁(混凝土、配筋磚圈梁或木圈梁);預(yù)制混凝土圓孔板樓、屋蓋在墻或混凝土梁上的板端鋼筋沒有拉接;柱腳石不嵌固(圖3)、穿枋對頭卯榫連接(圖4)、柱卯孔對柱子截面削弱過大等,這些問題的存在均加重了房屋震害。屋蓋系統(tǒng)的整體性(節(jié)點連接)差。檁條與屋架之間沒有扒釘連接;檁條與檁條之間連接差;屋架與柱之間沒有設(shè)置斜撐;屋架開間沒有設(shè)置豎向剪刀撐;山墻、山尖墻與木屋架或檁條沒有拉接;內(nèi)隔墻墻頂與梁或屋架下弦沒有拉接等。片面追求大空間、大開窗,窗間墻寬度僅有490mm甚至370mm,這種現(xiàn)象在全國各地農(nóng)村均較普遍。1.3空斗墻的駁岸空斗墻房屋是華東、中南一些地區(qū)村鎮(zhèn)廣泛采用的一種結(jié)構(gòu)類型,從普通農(nóng)村民居到鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府辦公樓等公共建筑均有采用這種結(jié)構(gòu)類型。一些沿海地區(qū)村鎮(zhèn)不僅是臺風(fēng)經(jīng)常登陸之地,也是抗震設(shè)防地區(qū),如浙江蒼南縣、福建福鼎縣是6度抗震設(shè)防區(qū)。這些地區(qū)空斗墻房屋在砌筑方式等方面存在著嚴重的防災(zāi)安全隱患。大部分地區(qū)空斗墻通常的做法是采用標(biāo)準(zhǔn)粘土磚,沿豎向有一斗一眠、三斗一眠、五斗一眠等砌筑方法,沿水平方向一般是一丁一順砌法。而浙江溫州、湖南等一些地區(qū)村鎮(zhèn)空斗墻沿豎向在一層內(nèi)為全空斗砌法,除樓板下有一皮立砌實心磚外,整個層內(nèi)在墻體厚度方向無眠磚拉接,沿水平方向一般為三順一丁,墻體為大空腔(厚度方向為170mm空腔),實際上是空殼墻。這種做法導(dǎo)致墻體自身的整體性很差。標(biāo)準(zhǔn)磚立磚斗砌墻體的有效抗剪截面積僅為厚度240mm實心磚墻的1/2。由此可見,我國農(nóng)村地區(qū)房屋無論在房屋的整體性、墻體自身的整體性、屋蓋系統(tǒng)的整體性以及墻體與木構(gòu)架的連接等方面均非常差,導(dǎo)致水平荷載承受能力很差,臺風(fēng)都能吹倒,若遇6度以上地震或洪水、風(fēng)暴的襲擊,其災(zāi)害程度將十分嚴重。1.4瀾冀-阿姆斯特丹馬7.6級地震災(zāi)害前后抗震措施應(yīng)使用的費用在農(nóng)村房屋防災(zāi)方面國家和地方的資金投入主要是用于災(zāi)后恢復(fù)重建,如云南省自1988年11月6日瀾滄-耿馬7.6級地震以來發(fā)生5.0級以上破壞性地震42次,國家和地方用于救災(zāi)和恢復(fù)重建的費用分別為11.49億元和15.47億元,如果這些經(jīng)費用于震前對房屋采取抗震措施,對提高農(nóng)村房屋的抗震能力、減少地震人員傷亡和經(jīng)濟損失將發(fā)揮重大作用。1.5建立防災(zāi)抗災(zāi)能力約束機制我國農(nóng)村建房一直以來是個人行為,法律法規(guī)未于涉及,由于缺少防災(zāi)減災(zāi)管理約束機制,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作用甚微。為了引導(dǎo)、鼓勵農(nóng)民提高其房屋的防災(zāi)能力,真正有效地規(guī)范農(nóng)村防災(zāi)能力建設(shè),應(yīng)當(dāng)建立村鎮(zhèn)防災(zāi)減災(zāi)管理約束機制。建議中央和地方財政設(shè)立村鎮(zhèn)民居防災(zāi)減災(zāi)建設(shè)基金,即必要的抗災(zāi)設(shè)防與加固專項費用,作為引導(dǎo)資金。只要有建房防災(zāi)補助,就可以此為契機來規(guī)范和約束農(nóng)村的建房行為。2村莊建筑抗強技術(shù)研究2.1結(jié)構(gòu)構(gòu)件結(jié)構(gòu)的構(gòu)造村鎮(zhèn)房屋的震害調(diào)查主要是了解房屋的破壞形態(tài),了解結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞原因,積累的宏觀經(jīng)驗主要應(yīng)用于房屋的抗震構(gòu)造措施。而對房屋抗震性能的定量描述還應(yīng)由試驗數(shù)據(jù)來確定。主要試驗研究內(nèi)容與取得的成果如下:2.1.1主要抗震措施的實施效果由中國建筑科學(xué)研究院完成。試驗?zāi)Ｐ蜑椴扇】拐鸫胧┑膯螌幼愠吣Ｐ?在振動臺試驗中,除了采集模型房屋的自振周期、振型、阻尼比等特性參數(shù)外,還獲得了自墻體初始開裂到墻體嚴重開裂各階段所對應(yīng)的地震加速度值(與烈度對應(yīng)),驗證了主要抗震構(gòu)造措施如墻體與木構(gòu)架連接、設(shè)置配筋砂漿帶與配筋磚圈梁、木構(gòu)架各節(jié)點拉結(jié)、豎向剪刀撐、斜撐、扒釘?shù)仍诓煌降卣鸺铀俣茸饔孟碌目拐鹦Ч?。試驗達到了預(yù)期效果,所采取的抗震措施可使生土房屋的抗震能力提高1~1.5度。試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果為本規(guī)程木結(jié)構(gòu)房屋章節(jié)有關(guān)條文的編制提供了依據(jù)。2.1.2抗側(cè)力性能試驗研究由長安大學(xué)建筑工程學(xué)院完成。對生土結(jié)構(gòu)房屋進行了一系列生土承重墻體抗震性能試驗和材料強度試驗研究,先后進行了生土結(jié)構(gòu)的土料、土坯、土坯砌體受力性能的試驗研究,1∶3縮尺模型的夯土墻體和土坯墻體在低周往復(fù)荷載作用下的抗震性能試驗研究,得到了從初裂到破壞各階段所對應(yīng)的變形與荷載以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)。該項試驗研究為本規(guī)程生土結(jié)構(gòu)房屋章節(jié)有關(guān)條文的制定提供了依據(jù)。2.1.3擬靜力試驗?zāi)Ｐ陀珊颖惫I(yè)大學(xué)完成。分別進行了足尺的木構(gòu)架無填充墻和有填充墻的模型在周期性往復(fù)荷載作用下的擬靜力試驗。得出了兩種模型的滯回曲線,以及屋架與木柱連接處的斜撐、鉛絲在墻體與木構(gòu)架共同工作時的作用,這些數(shù)據(jù)為本規(guī)程的編制提供了依據(jù)。2.1.4土坯墻片物理力學(xué)由昆明理工大學(xué)完成。結(jié)合云南省農(nóng)村民居地震安全工程,開展了云南農(nóng)村民居地震安全工程典型土坯、土筑墻力學(xué)性能試驗研究。整個試驗分為土樣試驗、單塊土坯試驗、土坯砌體試驗和土筑、土坯墻片試驗四個部分,得到了土坯墻片從土樣、單塊土坯、土坯砌體到墻片的相關(guān)物理力學(xué)數(shù)據(jù)。該項試驗研究為本規(guī)程生土結(jié)構(gòu)房屋章節(jié)有關(guān)條文的制定及“云南省農(nóng)村民居地震安全工程技術(shù)導(dǎo)則(試行)”的編制提供了參考依據(jù)。2.2住宅災(zāi)難后恢復(fù)重建的重要技術(shù)研究2.2.1災(zāi)后簡易住房建造技術(shù)主要針對地震、風(fēng)暴等自然災(zāi)害,重點研究:受損住宅快速評估技術(shù);災(zāi)后簡易住房建造技術(shù);受損住房加固技術(shù),為村鎮(zhèn)住宅災(zāi)后修復(fù)、加固與住區(qū)恢復(fù)重建規(guī)劃提供技術(shù)支持。2.2.2主要研究成果(1)防止屋蓋塌落措施整體性措施:采用配筋磚圈梁、配筋砂漿帶或木圈梁等措施。墻體抗倒塌措施:縱橫墻設(shè)拉結(jié)筋、山尖墻設(shè)墻攬、墻體與木柱設(shè)拉結(jié)筋等。防止屋蓋及其構(gòu)件塌落措施:在屋架(木梁)與木柱之間設(shè)置斜撐;在屋架(木梁)與檁條之間、檁條與檁條之間、檁條與椽條之間,采用木夾板、鐵件、扒釘、8號鐵絲等拉結(jié)措施。(2)拉結(jié)構(gòu)設(shè)計防止屋蓋及其構(gòu)件塌落措施:在屋架(木梁)與木柱之間加設(shè)斜撐;在屋架(木梁)與檁條之間、檁條與檁條之間、檁條與椽條之間,增設(shè)木夾板、鐵件、扒釘、8號鐵絲等拉結(jié)措施。在村鎮(zhèn)住區(qū)災(zāi)后恢復(fù)重建的規(guī)劃模式、規(guī)劃內(nèi)容、與恢復(fù)重建有密切關(guān)系的重要調(diào)查內(nèi)容等方面尚屬首次提出。(5)加固鋼筋混凝土圈梁、構(gòu)造柱、加固措施的設(shè)計外加配筋砂漿帶加固措施不僅可滿足村鎮(zhèn)一、二層房屋地震、臺風(fēng)的抗倒塌要求,其造價僅有城市建筑常用的外加鋼筋混凝土圈梁、構(gòu)造柱加固措施的1/5~1/4左右;對于村鎮(zhèn)一、二層房屋,采用鋼絲網(wǎng)砂漿面層、素水泥砂漿面層可滿足地震或風(fēng)暴對房屋產(chǎn)生的水平作用,而造價只有城市建筑常用的鋼筋網(wǎng)砂漿面層1/3左右,在經(jīng)濟上是農(nóng)戶可承受的。這些創(chuàng)新性技術(shù)措施已通過村鎮(zhèn)房屋5個模型的振動臺試驗進行了驗證2.3住宅結(jié)構(gòu)維護加固的技術(shù)研究2.3.1既有村委會結(jié)構(gòu)住宅加固技術(shù)研究(1)既有村鎮(zhèn)住宅結(jié)構(gòu)維修與耐久性提升技術(shù)研究。針對既有村鎮(zhèn)典型的結(jié)構(gòu)形式研究選擇適宜的結(jié)構(gòu)老化與損傷維修技術(shù),提高結(jié)構(gòu)耐久性技術(shù)措施等。(2)既有村鎮(zhèn)住宅結(jié)構(gòu)改造技術(shù)研究。研究既有村鎮(zhèn)典型結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)體系與構(gòu)造措施的改造方法,以及新材料、新工藝、本地化材料及再生材料的應(yīng)用等。(3)既有村鎮(zhèn)住宅地基基礎(chǔ)加固技術(shù)研究。研究村鎮(zhèn)住宅地基處理技術(shù)、典型結(jié)構(gòu)住宅的地基基礎(chǔ)加固與病害處理技術(shù)等。(4)既有村鎮(zhèn)住宅抗災(zāi)(地震、風(fēng))加固技術(shù)研究。研究現(xiàn)有加固技術(shù)應(yīng)用于既有村鎮(zhèn)典型結(jié)構(gòu)住宅加固的適用性以及相應(yīng)的改進技術(shù),典型村鎮(zhèn)住宅結(jié)構(gòu)體系的抗震加固適用技術(shù),風(fēng)災(zāi)區(qū)村鎮(zhèn)住宅的抗風(fēng)加固專項技術(shù)等。對村鎮(zhèn)典型結(jié)構(gòu)類型既有住宅提出抗震加固技術(shù)措施,為村鎮(zhèn)住宅抗震加固技術(shù)指南的編制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。2.3.2主要研究成果(1)磚墻加固前后抗拉力學(xué)性能采用角鋼-打包帶加固后,土坯墻體的開裂荷載比未加固墻體提高幅度為22.4%,極限荷載比未加固墻體提高了40.28%,破壞位移提高了35.50%,延性系數(shù)提高了128%。加固效果明顯。采用角鋼-打包帶加固后,磚砌體墻體的極限荷載比未加固墻體提高了33.87%,破壞位移提高了226%,延性系數(shù)提高了378%。加固效果明顯。采用角鋼-打包帶加固木結(jié)構(gòu)土坯圍護墻房屋振動臺模擬試驗結(jié)果表明,8.75度中震情況下,墻體嚴重破壞,縱墻外閃非常嚴重,泥漿灰縫幾乎已全部破壞,土坯之間由于泥漿的破壞失去了連接,使墻體失去了整體性,但由于有打包帶的作用,房屋未發(fā)生倒塌破壞。加固效果良好。(2)墻體強度檢測采用配筋加強帶加固后,墻體的開裂荷載較未加固墻體有所提高,提高幅度為41.9%。極限荷載比未加固墻體提高了79.0%,破壞位移提高了141%,延性系數(shù)提高了256%。加固效果明顯。配筋加強帶加固砌體房屋振動臺模擬試驗結(jié)果表明,8.75度中震情況下,泥被劇烈晃動,窗間墻沿裂縫被剪切成獨立小柱,隨地震動移動,裂縫寬度達到3mm。其他墻體未出現(xiàn)嚴重破壞。加固效果良好。(3)垂直剪刀支撐、墻傾斜、鑄鐵、焊接加固技術(shù)采用配筋砂漿帶加強房屋整體性;設(shè)置豎向剪刀撐,山墻、山尖墻應(yīng)采用墻攬與木屋架或檁條拉接加強屋蓋構(gòu)件節(jié)點連接強度等。3村莊建筑防洪技術(shù)研究3.1山地農(nóng)村建筑的防洪設(shè)計方法研究3.1.1主要研究內(nèi)容(1)具有對水流的破壞作用的破壞模型為了了解山洪對山區(qū)鄉(xiāng)村房屋的作用機理,掌握水頭沖擊和水流力等對房屋的作用強度,在大連理工大學(xué)水工試驗室的波流槽中,對山區(qū)鄉(xiāng)村廣泛采用的既有房屋模型進行了水頭沖擊和水流力對房屋模型作用的試驗研究。(2)山地建筑的抗污染設(shè)計方法研究進行了幾十條河流坡降調(diào)查,得到坡度與流速的關(guān)系;根據(jù)試驗歸納總結(jié)獲得的水流阻力綜合影響系數(shù)K(3)洪水評價的觀和方主要在房屋抗洪評價內(nèi)容、評價原則、外觀和內(nèi)在質(zhì)量、材料強度、結(jié)構(gòu)體系、整體性連接構(gòu)造、易引起局部倒塌的部件及其連接構(gòu)造等方面提出了抗洪評價方法。(4)抗洪加固技術(shù)措施主要對房屋在加強結(jié)構(gòu)整體性、加強墻體自身的整體性和強度、加強墻體與木構(gòu)架的連接、加強屋蓋系統(tǒng)的整體性(節(jié)點連接)等方面提出了抗洪加固技術(shù)措施。3.2在山區(qū)農(nóng)村房屋模型中的水流效應(yīng)研究3.2.1試驗的目試驗期望獲得以下數(shù)據(jù):3.2.2試驗?zāi)Ｐ秃驮囼炘诖筮B理工大學(xué)水工試驗室波流槽進行了108個工況試驗。試驗?zāi)Ｐ?、水頭沖擊和水流作用試驗分別見圖5、圖6和圖7。3.2.3水平方向趨勢(1)在穩(wěn)定流速作用下,建筑模型迎流面的壓力分布呈二次曲線分布,壓力值在水平方向趨勢為中間大兩頭小,豎直方向隨高度的增加而減小(包含靜水壓力)。(2)在穩(wěn)定流速作用下,模型沿水流方向所受總合力隨著開洞率的增大而減小。因此,在設(shè)計和建造山區(qū)鄉(xiāng)村房屋時應(yīng)考慮墻體的開洞率,以降低所受到的水流作用力。3.2.4計算水流反應(yīng)的方法作用于墻體迎流面上的水流力標(biāo)準(zhǔn)值,可按下式計算:式中:F水流阻力綜合影響系數(shù)K4村莊建筑抗風(fēng)技術(shù)研究4.1低碳房屋抗風(fēng)技術(shù)研究4.1.1低壓建筑建造特性分析(1)通過對臺風(fēng)災(zāi)區(qū)房屋災(zāi)害的現(xiàn)場調(diào)查,分析鄉(xiāng)村低層房屋在建筑材料、結(jié)構(gòu)型式、傳統(tǒng)建造習(xí)慣等方面存在的問題,研究低層房屋在結(jié)構(gòu)的整體性、節(jié)點連接等方面存在的抗風(fēng)不足。4.1.2抗御臺風(fēng)技術(shù)措施通過房屋臺風(fēng)破壞現(xiàn)場調(diào)查和風(fēng)洞試驗研究,經(jīng)過歸納總結(jié),本著“因地制宜、簡單有效、經(jīng)濟合理”的原則,提出了村鎮(zhèn)房屋抗御臺風(fēng)技術(shù)措施;提出了低層房屋墻體截面抗風(fēng)受剪極限承載力驗算方法;編制了低層房屋抗風(fēng)技術(shù)導(dǎo)則。村鎮(zhèn)房屋抗御臺風(fēng)技術(shù)措施主要包括:加強房屋結(jié)構(gòu)整體性措施;加強墻體抗倒塌措施;防止屋蓋及其構(gòu)件塌落措施;以及裂縫墻體修補措施等。這些創(chuàng)新性措施可用于村鎮(zhèn)新建房屋的抗風(fēng)設(shè)防和現(xiàn)有房屋的加固(1)塌措施及塌措施整體性措施:采用配筋磚圈梁、配筋砂漿帶或木圈梁等措施。墻體抗倒塌措施:墻體與木柱設(shè)拉結(jié)筋、縱橫墻設(shè)拉結(jié)筋、山尖墻設(shè)墻攬等。防止屋蓋及其構(gòu)件塌落措施:在屋架(木梁)與檁