浙江省沿海地區(qū)農村房屋抗風情況調研*

黃鵬，陶玲，全涌，顧明

(同濟大學土木工程防災國家重點實驗室，上海200092)

0 引言

浙江省沿海地區(qū)是臺風的易發(fā)地帶，我國歷史上多次臺風曾在此登陸。歷史上登陸我國大陸時風速最強的“5612號”臺風的登陸地就是寧波市象山縣，此外，2002年8月第16號臺風“森拉克”在溫州市蒼南縣沿海登陸，2004年8月第14號臺風“云娜”［1－2］在臺州溫嶺市登陸，2006年8月第8號臺風“桑美”［3－4］在溫州市蒼南縣登陸(圖1)。這些風災均造成了大量的房屋損壞、倒塌，人員傷亡慘重，經濟損失巨大。為了深入地了解浙江省沿海地區(qū)農村房屋的抗風情況，本課題組于2009年6月對浙江省溫州和寧波兩地區(qū)進行了為期5 d的調研。并對調研的結果進行了總結，對抗風措施的改進提出了建議。

1 風災中房屋的破壞情況

1.1 溫州市蒼南縣的破壞情況

溫州市蒼南縣是浙江省人口第一大縣，2001年被確立為浙江省經濟欠發(fā)達縣，在全縣36個鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，有25個鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬于欠發(fā)達鄉(xiāng)鎮(zhèn)。到2003年底蒼南縣人均收入低于1 500元的貧困人口還有3.1萬戶，計12.87萬人［5］，蒼南縣總體上經濟發(fā)展水平在溫州市排倒數第三。蒼南縣瀕臨東海，海岸線長155 km，沿海灘涂面積97.24 km2，故而又是臺風的易發(fā)之地。該縣在2002年“森拉克”和2006年“桑美”臺風中的損失［3］如表1所示。蒼南縣的金鄉(xiāng)、馬站和霞關3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)是在“桑美”臺風中受災嚴重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，故先是對該3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的房屋進行了實地查看，同時參閱了當地政府在“桑美”臺風風災現場拍攝下的照片以及民房倒塌的原因分析、倒塌結構的缺陷分析［3－4］，總結了風災中房屋的破壞情況(表1)和破壞類型。

表1 蒼南縣在“森拉克”和“桑美”臺風中的損失表

(1)木結構房屋

該類結構房屋是1～2層舊民房，由木骨架承重，而圍護墻大多采用空斗磚來砌，也有少數用石塊。其木構架用卯榫連接，沒有穿枋，縱、橫向的連接均非常薄弱;圍護墻體與木構架之間沒有任何連接措施，未形成一個穩(wěn)固的整體，墻體自身的整體性也差;加上結構老化，年久失修，屋面和墻壁被風吹走，但木骨架有些仍舊未倒，如圖2a所示。

圖1 幾次強臺風的登陸地及調研地區(qū)的地理位置

(2)磚木結構房屋

圖2b所示的是低層磚木結構，由磚墻承重，木樓板，木檁條，檁條上面鋪設椽子，椽子上面擱置小青瓦屋面。由于它們的屋蓋木檁條只是簡單地擱置在墻體上，與豎向墻體之間缺少剛性連結，故而對豎向墻體發(fā)生平面外的失穩(wěn)不能起到控制作用。而小青瓦在臺風中經常被風吹落，這樣屋蓋檁條與豎向墻體之間的拉結就幾乎完全喪失，加上墻體在各層內采用一斗到頂的砌法，整體性也很差，致使豎向墻體的倒塌屢屢發(fā)生。

(3)磚砌體結構

這類3～4層磚砌體結構是建造于20世紀80年代末90年代初的(圖2c)，其在風災中倒塌產生的危害最為嚴重。該類房屋的基本結構大致是:橫墻為主要承重結構，且為立砌空斗，厚度方向未設眠磚，墻體本身的穩(wěn)定性差;屋角及縱橫墻交接處未設構造柱，房屋在平面維度上沒有形成統(tǒng)一的整體;前后縱墻開大窗或門連窗，墻體存留很少，加上房屋為大進深，橫墻中間卻無縱墻連接，這樣使得整個房屋在側向抗力上存在空缺;樓板2層或2、3層為多孔混凝土樓板，個別有圈梁，大部分無圈梁，樓板直接架在橫墻上，與墻體沒有形成強有力的整體;樓板中部大開洞，后設木樓梯，樓梯洞口四周未設樓梯梁，致使房屋的水平向構件抗力減弱;頂層為木樓板，無圈梁，個別民房此層木樓板未設置，形成了2層半空斗墻，且中間無任何縱向連接;屋面為斜屋面，木檁條，小青瓦。這種房屋在臺風的襲擊下經常出現迎風山墻的破壞導致混凝土多孔樓板的塌落，產生的傷害極為慘重。

圖2 蒼南縣風災中房屋的破壞形式

1.2 寧波市象山縣的破壞情況

寧波市象山縣先后榮獲全國綜合實力百強縣、漁業(yè)生產先進縣、科技進步先進縣、省建筑之鄉(xiāng)和小康縣稱號。2005年，人均生產總值達到26 070元。象山縣居浙江省中部沿海，位于象山港與三門灣之間，由象山半島東部及沿海608個島礁組成，海域5 350 km2，海岸線長達800 km，占浙江全省海岸線的1/6。由于其特殊的地理位置，因而經常成為臺風的登陸與影響地區(qū)。根據象山縣民政局提供的資料，象山縣2007年臺風“韋帕”和“羅莎”對其造成的損失如表2所示。風災中倒塌的房屋不多，其破壞的形式主要有木結構不設端屋架，由于墻體整體性差，山尖墻倒塌導致端開間屋架塌落(圖3a);屋面瓦或屋面覆蓋物與檁條或屋架之間缺乏有效連接，臺風下被強風卷走(圖3b);木構架圍護結構年久失修，連接性差，臺風中風毀(圖3c)。

表2 象山縣在“韋帕”和“羅莎”臺風中的損失表

圖3 象山縣風災中房屋的破壞形式

1.3 比較兩地的破壞情況

通過比較兩地的破壞情況可以發(fā)現，溫州市蒼南縣在臺風中倒塌和損壞的房屋要遠遠多于象山縣。這主要是由于蒼南縣是經濟欠發(fā)達地區(qū)，其房屋的自身質量比較差，而寧波市象山縣是經濟發(fā)達地區(qū)，且歷史上又受到過強臺風襲擊有慘痛教訓，其房屋的質量較好。但這些在風災中破壞的房屋卻有著結構上的共同特點，即為:小青瓦屋面，結構老化，整體性差，連接處薄弱，縱向無抗側力體系。

2 現有房屋抗風情況簡介

2.1 溫州市蒼南縣的房屋抗風情況

浙江省為了統(tǒng)計出農村住房的防災能力，以便在臺風將要登陸時提前通知村民轉移，2007年對沿海地區(qū)農村的房屋逐一做了普查，按照房屋的結構形式、基礎形式、所建年代、墻體類型及所處的地理位置等把房屋的抗風能力分為較好、一般、較差和差四類，制作了一個浙江省沿海地區(qū)農村住房防災信息管理系統(tǒng)。本文從該系統(tǒng)里選取了蒼南縣金鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個行政村(河尾垟村、夏八美村、洪嶺下村、夏澤村、永興村、珠梅嶺村)總共2 415間現存房屋評定的抗風能力進行了統(tǒng)計。由表3可見，抗風能力較好的房屋(圖4a)僅有25%左右，根據統(tǒng)計的資料發(fā)現它們均建于2003年后，其中97%是在2006年“桑美”臺風后由政府補貼重建，僅3%是在2003年后由村民自建;抗風能力一般的房屋(圖4b)基本上屬于村民自建，質量尚可，但這類房屋所占比例較小，只有11%左右;而抗風能力較差和差的房屋(圖4c、圖4d)所占比例卻高達63.6%。金鄉(xiāng)鎮(zhèn)是在“桑美”臺風中傷亡的集中區(qū)，風災后政府補貼新建房屋所占比例很大，由此可推測其它地區(qū)抗風能力較差和差的房屋所占比例可能更大。

表3 蒼南縣金鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個行政村的房屋抗風能力統(tǒng)計表

圖4 蒼南縣各種抗風能力的房屋

2.2 寧波市象山縣的房屋抗風情況

寧波市象山縣則呈現出截然不同的現象。其房屋大部分是磚混或框架結構，很多是混凝土現澆屋蓋，大多數有圈梁和構造柱，有些房屋構造要求甚至超過規(guī)范要求。當地業(yè)內人士介紹說這是由于1956年“5612”號臺風給村民造成的傷害太過慘重，故而每個人都對房屋的抗風能力給予特別的重視所帶來的可喜現象。象山縣建設局于2007年對該縣共463 856.5間農村的房屋防災能力進行了普查，得到了大量的有用資料，其防災能力如表4所示。為了和蒼南縣進行比較，本文對該縣高塘島鄉(xiāng)(臨海的鄉(xiāng)鎮(zhèn))的5個行政村(龍珠村、三五村、羅元村、漁譚村以及孝賢灣村)共2 971.5間房屋進行抗風能力統(tǒng)計，結果如表5所示。可以看出抗風能力較好和一般的房屋所占比例約80%(圖5a、圖5b)，而較差和差的房屋所占比例僅為20%左右(圖5c、圖5d)。

表4 象山縣農村住房防災能力普查成果匯總

表5 象山縣高塘島鄉(xiāng)5個行政村的房屋抗風能力統(tǒng)計表

圖5 象山縣各種抗風能力的房屋

2.3 兩地的房屋抗風情況比較

兩地的普查結果明顯地表示出象山縣抗風能力較差和差的房屋占的比例遠遠小于蒼南縣，這也正給出了前面風災中象山縣破壞的房屋遠遠少于蒼南縣的主要原因。

3 現有房屋的抗風特性分析

3.1 蒼南縣金鄉(xiāng)鎮(zhèn)房屋抗風特性分析

首先對蒼南縣金鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個行政村不同抗風能力房屋的所建年代、結構形式及基礎形式進行具體分析。由表6可見，抗風能力較好的房屋全部是1990年后建造，實際上根據統(tǒng)計的資料97%以上都是2006年后建造的，這些房屋上部是框架結構，下部是鋼筋混凝土基礎，毫無疑問，此種結構的房屋整體性和延性均好，但造價很高。同時這些重建的房屋為了防止屋面的瓦片被風刮起，都采用平屋面，但平屋面通常存在漏水隱患，故設計出對抗風有利造價減小的坡屋面房屋對于解決農村房屋的抗風有很大的意義。同樣由表6可知，抗風能力一般的房屋大部分是1990年后建的，由磚混結構和鋼筋混凝土基礎組成，此種磚混結構相對于前面抗風能力較好的磚混結構一般來說或是建造年代早些，或是屋面的形式不利于抗風。

表6 金鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個行政村各種抗風能力的房屋特性統(tǒng)計表

從表6中還可以看出抗風能力較差和差的房屋主要是由磚木結構和毛石基礎建成，且從統(tǒng)計的房屋照片來看基本屬小青瓦屋面，而這類結構恰恰是風災中很容易受到破壞的房屋類型;這里仍有一部分是磚混結構，此類磚混結構的大部分是在1992年前建的，還有一些雖是1992年后建的，但是墻面沒有經過粉刷。且這里所說的磚混結構是磚墻承重，樓面為混凝土多孔板，實為磚砌體結構，大都無圈梁和構造柱。此類抗風能力較差和差的房屋需要經過一些防護或者構造措施來改善其抗風能力。

3.2 象山縣高塘島鄉(xiāng)房屋抗風特性分析

再來分析象山縣高塘島鄉(xiāng)5個行政村房屋的具體特性。從表7中不難發(fā)現各種抗風能力的房屋上部結構形式都是以磚混結構為主，只是在剩下的其它結構中，抗風能力較好的房屋主要是框架結構，而較差和差的卻是亂石結構。抗風能力較好的房屋90%以上都是1990年后建造的，且60%以上是混凝土現澆板屋蓋，鋼筋混凝土、毛石和石頭各基礎形式所占比例相差不大;抗風能力一般的房屋也是1990年后建的所占比例大些，屋蓋形式70%以上是混凝土現澆板屋蓋，而基礎形式是毛石占60%以上;與此同時，抗風能力較差的85%以上是1990年前建的，屋蓋形式65%以上是小青瓦，基礎形式約80%是毛石;抗風能力差的90%以上都是1990年前建的，屋蓋形式80%以上是小青瓦，基礎形式90%以上是毛石。這樣的結果并不難理解，房屋的建造年代越久，其整體性以及各構件間的連接都會變差，抗風能力相應越差。屋蓋是混凝土現澆板這樣就消除了風荷載下的最大隱患—屋蓋被風刮走，從而提高了房屋的抗風能力;而屋蓋是小青瓦，很易被風刮走，進而導致屋架或山墻的倒塌，降低了房屋的抗風能力。

3.3 兩地的房屋抗風特性總結

從蒼南縣金鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個行政村和高塘島鄉(xiāng)5個行政村房屋的抗風特性分析來看，抗風能力較好的房屋建造年代基本沒有超過20年，屋蓋為混凝土現澆板的居多，上部結構大多為框架或磚混結構，基礎為鋼筋混凝土或石板排鋪也有毛石;而抗風能力較差和差的房屋大多數是建造年代已久，小青瓦屋面，磚木或構造措施較差的磚混結構，毛石基礎。

表7 高塘島鄉(xiāng)5個行政村各種抗風能力的房屋特性統(tǒng)計表

4 抗風措施的建議

蒼南縣當地的村民普遍采用在屋面上用磚頭壓瓦的方法來防止臺風時瓦片飛走(圖4c、圖4d);并在窗戶外加木板(圖4a)以在臺風來臨時封住窗戶，防止臺風時窗戶被風致飛行物打破，內壓增大，屋面掀起。

對于村民采用的磚頭壓瓦方法，根據風致飛行物的公式［6］:

?=(0.5ρaU2fCF)/(Iρmg)，(1)式中:?是將要被風吹起物體的特征尺寸;ρa是空氣密度;ρm是將要被風吹起物體的材料密度;CF=F/0.5ρaU20A，是空氣動力系數，其中，F是總的氣動力，A是參考面積(不一定是力的作用面積);Uf是飛行臨界風速;I是固定強度完整性系數，即移動物體所需要的力除以物體自重的倍數值;g是重力加速度常量。則根據上述公式，可以反推飛行臨界風速。

取屋面傾斜面上的面積A來計算升力，這時的豎直向上升力為:

式中:U0為檐口高度的風速;Cp為垂直屋面的風壓系數。則相應水平投影面積上的升力系數為:

農村的房屋基本在2～4層之間，高度H在6～12 m間居多，屋面坡度α的范圍基本上是10°～35°。根據Holmes［7］給出的10°～30°坡度的低矮房屋整個屋面在所有風向角下的最不利負壓系數Cp的范圍基本是－5～－2(除了坡度為20°時極端值能達到－7)，即升力系數范圍同樣基本為－5～－2。

現以普通磚為例，?為0.053 m，ρmg取18 kN/m3，ρa為1.29 kg/m3，并取I=1，這樣可以算得使磚塊飛起的臨界速度Uf是27.2～17.2 m/s。也就是說，當在屋面高度H=6～12 m，風速達到17.2 m/s時，在屋面最不利區(qū)域的磚塊就會被風吹起;而當風速達到27.2 m/s時，在屋面任一處的磚塊都可能會被刮起。而臺風都是12級以上，10 m高度處的10 min平均風速超過32.6 m/s，遠超過使磚塊飛起的臨界速度。

由此可見，屋面上任一處的磚頭在發(fā)生臺風時都可能被風吹起，生成容重很大的風致飛行物，會產生更大的損害，是很危險的，應予以避免。

5 結語

通過對我國浙江省沿海地區(qū)農村房屋抗風情況的調查研究，可得到以下結論。

(1)風災中破壞的房屋一般特點是:小青瓦屋面，結構老化，整體性差，連接處薄弱，縱向無抗力體系。

(2)一些臺風易發(fā)而又相對不富裕地區(qū)現有的房屋中有60%以上都是抗風能力差和較差的，以致這些地區(qū)在風災中會破壞大量的房屋;而在有過慘痛教訓且較富裕的地區(qū)，由于全體村民的抗風意識提高，只有20%以下的房屋是抗風能力差和較差的，其房屋的抗風能力大大提高，在風災中破壞的房屋也就大大減少。

(3)抗風能力較好的房屋絕大多數是建造年代不久，多為混凝土現澆板屋蓋，上部多為框架或磚混結構;而抗風能力較差和差的絕大多數為建造年代已久，多為小青瓦屋面，上部結構多為磚木結構或構造措施較差的磚混結構。

(4)農村中普遍存在的“磚頭壓瓦”措施是危險的，當風速超過臺風的界限風速，屋面上任一處的磚頭都可能被風吹起，產生更大的破壞，應該避免。

致謝:對于溫州市建設局，溫州蒼南縣的建設局，金鄉(xiāng)鎮(zhèn)、馬站鎮(zhèn)、霞關鎮(zhèn)，寧波象山縣的交通局、建設局、民政局以及規(guī)劃局的領導和同志提供的資料和幫助，在此表示誠摯的感謝。

［1］李偉國，丁珊胭，楊美仙．“云娜”臺風對民房危害的特征分析［J］．浙江建筑，2007，4(8):14－17．

［2］應天江．沿海低層房屋風災特點及致災原因分析［J］．山西建筑．2007，33(21):80－81．

［3］葛學禮，朱立新，于文，等．浙江蒼南縣“桑美”臺風建筑災害與抗風技術措施［J］．工程質量，2006(10):18－22．

［4］趙群雄．東南沿海低層房屋抗風研究［D］．上海:同濟大學，2007．

［5］吳登靠．蒼南縣西南地區(qū)貧困化問題及其對策研究［D］．杭州:浙江大學，2004．

［6］Holmes J D．Wind loading of structures［M］．2nd ed．London and New York:Spon Press，2007．

［7］Holmes J D．Wind pressures on tropical housing［J］．Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1994，53:105－123．