基于抽樣調查的山西省農村民居抗震性能分析研究

甄 盟，楊 斌

（1.中國地震臺網中心，北京 100045；2.山西省地震局，山西 太原 030021；3.太原大陸裂谷動力學國家野外科學觀測研究站，山西 太原 030025）

0 引言

在我國廣大農村地區，由于歷史原因，很多民居的抗震設防問題被忽略。一般民居建設隨機性很大，在建設過程中，對建筑物的抗震能力缺乏考慮。在農村民居中，沒有統一的設計和驗收標準，導致建設一般僅考慮建筑物的縱向結構和受力，而對于建筑物的橫向剪切力和建筑物的整體性結構考慮得很少［1］。

近年來，山西省開展的農村民居安居工程建設，就是要對廣大農村地區民居的建設加強管理與監督，保護人民群眾生命財產和生活環境在地震中免受損失，最大限度地減輕地震災害損失。

2009年至2010年，山西省開展全省農村民居狀況抽樣調查，對11個地市，69個區縣，753個鄉鎮，3 736 738戶農居的建筑年代、結構類型、地基基礎、場地條件等情況進行全面普查。文章主要是在全省農村民居抽樣調查的基礎上，利用統計分析方法，對全省農村民居的空間分布及抗震性能進行分析研究，并為提高農村民居的抗震性能提出對策及建議。

1 山西省農村民居現狀

山西省農村民居（以下簡稱農居）分布在全省11個地市1 397個鄉鎮，人口約占全省人口總數的52%。經調查研究，農居主要有磚混結構、磚木結構、土木結構3種類型，其他結構的民居數量較少，多為窯洞及臨時性建筑。經統計，農居中，磚混結構占33.6%，磚木結構占34.8%，土木結構占19.1%，窯洞及其他占12.5%（見圖1）。總的說，農居磚混結構和磚木結構的房屋占絕大多數，是目前山西省農村的主流民居。

圖1 全省農村民居結構分類統計圖Fig.1 Classification statistics of the structure of rural buildings in Shanxi Province

在建筑年代上，將農村民居分為上世紀80年代以前民居、1980年至2000年民居、本世紀以來的民居。經統計，山西省農村民居80年代以前占19.8%，1980年至2000年占45.2%，2000年以后占35%（見圖2）。民居的建筑年代以1980年以后的為主。

圖2 全省農村民居建筑年代分類統計圖Fig.2 Classification statistics of the age of rural buildings in Shanxi Province

農居的地基類型分為平坦和坡地2種，經統計，山西農居平坦地基占80.9%，坡地地基占19%（見圖3）。說明目前農居還有近20%建于山體旁或其他地基不夠平坦的區域內。

圖3 全省農村民居場地條件分類統計圖Fig.3 Classification statistics of the site condition of rural buildings in Shanxi Province

目前，農居的地基類型多為三七灰土、石料、磚基和地梁4種。經統計，三七灰土地基民居占23%，石料地基民居占35.6%，磚基地基民居占33.1%，地梁地基民居占8.2%（見圖4）。

圖4 全省農村民居地基分類統計圖Fig.4 Classification statistics of the foundation of rural buildings in Shanxi Province

2 山西省農村民居空間分布分析

對于農居的空間分布，主要對建筑物結構及建筑年代的分布特征進行研究。通過對全省民居抽樣數據的統計分析看出，在抽樣的69個區縣中，磚混結構民居主要集中分布在運城、臨汾、太原市市區、忻州市忻府區及大同市城區等地（圖5中，磚混結構所占比例為各區縣中磚混結構房屋戶數與總戶數的比值）。

圖5 全省農村民居磚混結構所占比例及分布Fig.5 The proportion and distribution of masonry structure of rural buildings in Shanxi Province

從山西省農村磚木結構及土木結構的民居分布圖看出，磚木結構的民居主要集中在晉北的大同城區、大同縣和晉中的清徐、太谷、文水縣等地，土木結構的民居主要集中在晉北的右玉、山陰、代縣、寧武及晉中的榆社、沁源縣（見圖6、第36頁圖7）。

窯洞及其他結構的民居在所抽樣調查的民居中所占比例最少，主要分布在晉北的天鎮、陽高，太原的陽曲、婁煩，晉南的蒲縣、浮山縣等地（見圖8）。

從建筑時間上看，1980年以前的民居主要集中在山西的北部及中東部，1980－2000年的分布比較平均，2000年以后的主要集中在運城地區（見圖9、圖10、圖11）。

圖6 全省農村民居磚木結構所占比例及分布Fig.6 The proportion and distribution of brick－wood structure of rural buildings in Shanxi Province

3 山西省農村民居抗震性能分析

對城市建筑、工業建筑物和構筑物抗震性能的鑒定，國家都有明確的規定和作為鑒定依據的規范，而且鑒定方法比較成熟。農居由于結構簡單，國家未制定有關民居抗震鑒定的規范和標準。但是，要對農居抗震性能做普查，必須有總體的評價，對抗震性能有差別的地區應進行劃分。結合已有的農村民居震害經驗，研究時采用綜合分析法對農村民居的抗震性能做評價。對建筑物進行抗震性能的定量評價是目前建筑部門所采取的數字分析方式之一，方法是將建筑物的好壞設定為一個參數，一般是取0.0～1.0之間，1.0代表是最好狀態，而0.0則代表最差狀態。一般建筑物的抗震性能參數為0.0～1.0之間的小數值。由于農居調查是以農村的自然村為基本統計單元，每個行政村都有一定數量的磚混民居、磚木民居、土木房以及窯洞等其他建筑，因此，本項工作中對農村民居建筑的抗震性能判別是采用綜合判別法，即將全村不同結構、不同時間段的民居定義為不同的參數值，最后統一加權得到整個行政區劃的抗震性能參數值。

圖7 全省農村民居土木結構所占比例及分布Fig.7 The proportion and distribution of civil structure of rural buildings in Shanxi Province

3.1 抗震性能參數的確定

劉莉在《城市防震減災能力標定及可接受風險研究》指出，建構筑物抗震能力主要與抗震設防情況、建筑年代、建筑結構類型和施工質量以及場地條件有關，并以此作為衡量城市建構筑物抗震能力的主要指標。本文在結合震害經驗，參考此次農居抗震性能普查的基礎上，認為建筑物的抗震性能差別直接取決于建筑物結構類型的差異和建筑年代的長短及民居的地基，因此，參數的確定主要考慮上述3個因素［2－7］。從建筑結構上講，磚混建筑抗震性能最好，磚木建筑次之，而土木房的最差；從建筑時間上來看，時間越長民居的抗震性能越差。取4種結構民居在不同年代的抗震性能參數值（見表1），參數上限為1.0，下限為0.0［8－13］。

對于建筑物的地基類型、場地條件，在統計加權中也做統籌考慮（見表2），可以更客觀地統計區內民居抗震性能的好壞。

圖8 全省農村民居窯洞及其他結構比例及分布Fig.8 The proportion and distribution of cave dwelling and other structures of rural buildings in Shanxi Province

表1 全省農村民居建筑結構抗震性能參數表Table 1 Seismic performance parameters of building structure of rural buildings in Shanxi Province

表2 全省農村民居地基及場地條件抗震性能參數表Table 2 Seismic performance parameters of foundation and site condition of rural buildings in Shanxi Province

圖9 全省1980年以前農村民居所占比例及分布Fig.9 The proportion and distribution of rural buildings before 1980in Shanxi Province

以上幾個參數乘以建筑面積，最后加權求和，就可以得到這個行政村的抗震性能參數值。

3.2 抗震性能參數值的計算方法

根據前面所述的方法，就可以得出各種結構民居抗震性能參數的計算公式：

圖10 1980－2000年農村民居所占比例及分布Fig.10 The proportion and distribution of rural buildings from 1980to 2000in Shanxi Province

對于磚混結構民居，用BC表示，則

式中：Bc（i）i＝1，2，3分別代表1中的3個年代磚混結構建筑參數值；SBc（i）i＝1，2，3分別代表相應時間段民居的面積；SBc代表磚混結構民居的總面積；Tsd、St、Br、Gb、FL和SL 分別代表表2參數；STsd、SSt、SBr和SGb分別代表地基類型為三七灰土、石料、磚基和地梁的4種民居面積；SFL和SSL分別代表平坦地基和坡地地基的民居面積。

用同樣的方法，可以得到磚木結構民居的抗震性能參數，用BW表示：

窯洞及其他類型農居抗震系數用CA表示：

公式（3）（4）（5）中的BW、CI、CA 分別表示磚木結構民居、土木結構民居、其他類型民居的抗震系數，其他參數同公式（2）。

對4種結構民居的抗震性能參數進行加權求和，可求得統計區內民居抗震性能的總參數P：

圖11 2000年以后農村民居所占比例及分布Fig.11 The proportion and distribution of rural buildings after 2000in Shanxi Province

3.3 山西省農村民居抗震性能評價

由前一節給出的計算方法，對農居抽樣調查的數據給出一個定量分析。計算時，由于農居普查數據是按照戶數進行統計的，按照國家統計局第二次全國農業普查報告，農村居民每戶擁有住宅面積128m2，將統計數據換算為面積進行計算得出，山西省農村民居的抗震性能指數在0.3至0.75之間。為更直觀地顯示各地區的情況，將農村民居的抗震性能分成好、較好、一般、差4個等級，相應的抗震性能參數范圍是：好為0.7～1.0，較好為0.5～0.7，一般為0.4～0.5，較差為0～0.4。利用抗震性能參數，就可以定性地給出各地民居抗震能力的好壞。

從全省農村民居的抗震性能指數上看，抗震性能不容樂觀。從空間分布上看，抗震性能好的地區很少，主要集中在太原市區；抗震性能較好的地區主要分布在太原、晉中及運城地區；抗震性能一般的地區主要在呂梁的汾陽、文水，運城的夏縣、聞喜等地；抗震性能較差的地區較多，主要在大同的天鎮、陽高，太原的古交、婁煩、陽曲，呂梁與臨汾的交界處等地（見圖12）。

圖12 山西省農村民居抗震性能分布圖Fig.12 The seismic performance distribution of rural buildings in Shanxi Province

4 農居抗震性能制約因素分析及改進建議

改革開放30多年來，農民的生產生活和居住條件發生明顯的變化。但到目前為止，全省多數農居不符合抗震設防規定，一旦發生破壞性地震，將極大地威脅廣大人民群眾的生命財產安全。究其原因，認為主要有以下幾方面［14－21］：

（1）農民收入累積增加與建造符合抗震設防要求的房屋投資還存在相當大的差距。據統計，當前農村建造一幢5間符合抗震設防的房屋，投資不少于12萬～15萬元，2010年山西省農村人均收入為6 393元，農村戶均人口4.2個，年收入近2.6萬元。但就家庭而言，累積建房資金是在支付兒女上學、婚姻、家庭成員生病就醫、家庭成員病老喪葬和添置必備設施的前提下完成的。如此，每個農村家庭要想建造抗震房屋至少也得10年以上的收入累積。農民收入嚴重滯后于建造符合抗震房屋所需資金的需求。

（2）傳統建房習慣嚴重制約建造符合抗震房屋的進度。建國以后，山西省大部分農村地區未經歷過重大地震的破壞，故在建房時大多不考慮抗震設防要求。

（3）各相關政府部門對農民建房缺乏鼓勵、引導、優惠政策。

為早日實現全省農居基本具備抗御6級左右地震的能力，根據這次農居抗震性能普查結果，提出如下建議：

（1）靠政策調動農民房改積極性，出臺建設抗震設防的房屋資金補助和優惠政策。

（2）進一步強化宣傳，加強對農村施工隊伍的業務培訓，加大對民居工程質量檢查監督的力度等。

（3）出臺適合不同地區的抗震設防民居標準。

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