農村地區隔震技術的應用

杜秋男　孫海峰　王麗梅　劉　雙　康　健

農村地區隔震技術的應用

杜秋男孫海峰王麗梅劉雙康健

杜秋男，工程師，碩士研究生學歷，2009年畢業于沈陽建筑大學巖土工程專業，現于黑龍江省地震局從事巖土工程、工程抗震等方面的研究與管理工作，近年來開展農村地區農居隔震技術的應用探索。

孫海峰，博士，高級工程師，中國地震局地質研究所活動構造專業博士后在站，黑龍江省地震局“十二五”項目負責人，黑龍江省地震學會理事。主要從事巖土工程專業、結構工程專業和地震工程專業相關工作。目前，已經從事結構工程和巖土工程學習、工作11年。已發表學術論文20篇，其中EI收錄10篇，ISTP收錄3篇。

據震害調查表明，1900—1986年間地震死亡人數占所有自然災害死亡人數的58%，其中我國的地震死亡人數最多，占42%，主要是因為我國人口密集，而且房屋抗震能力差，地震導致大量的房屋倒塌造成大量人員傷亡。隔震技術能有效地減輕地震造成的房屋破壞，隔震技術是在建筑物或構筑物的基底或某個位置設置隔震裝置，隔離或耗散地震能量，以避免或減少地震能量向上部結構的傳遞，減輕結構振動反應，從而保障地震時建筑物安全。目前國內外工程界大多專注于高層、大跨橋梁等城市重要結構的隔震研究，而事實上，我國地震中損失最慘重的是各類磚、土、石、木等量大面廣的農村民居建筑，農村地區“小震致災”的情況時有發生。因此，在農居工程中推廣應用隔震技術對減少地震損失尤為重要。

圖1　汶川地震民居破壞——磚木結構平房的破壞

圖2　汶川地震民居破壞——木結構房屋的破壞

農居震害現狀

據震害調查表明，地震造成的死亡人員近60%為村鎮人口，而且85%～97%直接經濟損失來自房屋破壞。例如：海城地震中，極震區的農村民房破壞尤為嚴重，全縣總共56萬間房屋，其中14萬間（約25%）倒塌或嚴重破壞；2009年云南省姚安縣發生6.0級地震，造成房屋建筑毀壞84萬平方米，破壞763萬平方米，民用房屋直接經濟損失為13億元人民幣；汶川地震造成69197人遇難，700多萬間房屋倒塌，2300多萬間房屋損壞，其中多為村鎮房屋的倒塌和損壞（見圖1、圖2），直接經濟損失達8452億元人民幣；青海省玉樹7.1級地震造成2689人遇難，并造成了當地大量村鎮房屋倒塌（見圖3、圖4、圖5），農房倒塌受損尤為嚴重。因此，如果能在農居中廣泛應用減隔震技術，將有效地減少地震造成的損失，減輕地震災害。

圖3　玉樹地震民居破壞——土木房屋倒塌

圖4　玉樹地震民居破壞——土坯房整體倒塌

圖5　玉樹地震民居破壞——磚木結構前縱墻倒塌

圖6　采用改性瀝青SBS阻尼墊建造的房屋

圖7　采用鋼筋-瀝青復合隔震層建造的房屋

農村民居的隔震技術研究現狀

隔震體系是指在上部結構與下部之間合理設置隔震裝置來實現與地震隔離的目的。通過隔震裝置調整結構動力性能，消耗地震能量，減輕結構地震反應，使建筑物遭受地震荷載作用時仍處于彈性階段，從而保證建筑物內生命和財產安全。根據隔震層的設置位置不同，可以分為基礎隔震、首層隔震、層間隔震和頂層隔震四種隔震類型。在我國農居中，多為低矮的建筑，因此主要采用基礎隔震方法。

目前，基礎隔震主要有兩種方式。一是在基礎底部設置以橡膠支座為代表的隔震原件；二是在基礎底部設置墊層的摩擦滑移隔震法。第一種方式由于造價較高，施工難度較大，多在政府機關、生命線工程、容易產生次生災害的重要建設工程中應用；第二種方式造價相對較低，選取合適的材料及工藝，可在農村民居結構中應用。

農居理論研究現狀

砂墊層是目前國內經常使用的隔震材料，砂墊層隔震是通過在地基和基礎之間放置一定粒徑、厚度、密實度和含水量的砂墊層，在地震作用時，利用砂子的非線性變形特點，增大地震能量的衰減，從而減輕地震對建筑物的破壞。劉曉立、竇遠明、趙少偉等人對砂墊層隔震性能進行了研究；瀝青作為經濟、施工簡易的建筑材料，具有良好的性能，也是一種很好的減隔震材料。錢國禎、田杰等對瀝青隔震層進行了研究，研究表明，砂墊層和瀝青隔震墊在農村民居中具有較好的應用前景。

還有一些學者對砂墊層和瀝青墊層做了改進。尚守平等對鋼筋-瀝青復合隔震層進行了研究，將其應用于一個農村三層民居，并進行了試驗，結果表明，該房屋的隔震層可以消耗大部分地震能量，有效地減輕了上部結構的破壞，具有良好的隔震效果；李玉榮等對砂與橡膠粒混合隔震墊層進行了研究，表明砂與橡膠粒混合隔震墊層能夠降低結構在地震動作用下的加速度反應，起到很好的隔震效果。

農居工程隔震技術應用

農居工程建設由于缺少監管，大多沒有按照抗震設防要求設計與施工，更不用說應用隔震技術了。目前采用隔震技術的農居在全國為數不多，大多是試點工程。隔震技術在農居工程中應用的典型案例有：浙江省平湖市廣陳鎮一兩層的農村住宅采用了改性瀝青SBS阻尼墊隔震技術（見圖6）；湖南省長沙市先導區蓮花鎮五豐鄉一農戶自行建造的房屋采用了鋼筋-瀝青復合隔震層（見圖7）；浙江省平湖市廣陳鎮一3層房屋采用了約束砂墊層隔震（見圖8），這幾種方法雖然都達到了很好的減隔震效果，但是都沒有得到很好的大面積推廣應用。

圖8　平湖市廣陳鎮試點工程

隔震技術在農居中的推廣難度

防震減災意識淡薄

農村經濟社會發展水平較低，廣大農民的防震減災意識不強，存在僥幸心理，尤其是有感地震較少的農村地區，對地震的破壞性認識不足，對自身居住環境的地震安全問題重視不夠，缺乏防范意識，新建農居往往只追求美觀和寬敞。此外，大部分農村地區經濟相對落后，經濟不富裕，導致農村建房時，只追求面積，不注重質量，從結構上到材料上都只注重簡單、方便和便宜。

農居建設隨意性強

由于農民對房屋設計的重要性認識不足或者是由于資金有限，大多根據自身的需求自行設計，或是參照鄰里的式樣修建新房。由于缺少專業知識，所以設計的方案就必然帶有很大的盲目性，隨意性比較強。

農村民居建筑的施工一般也是農民自己或農村泥瓦匠根據以往的經驗施工，沒有結構方面的專業知識。即使有些經濟相對富裕的地區，農村蓋房開始大量使用鋼筋水泥，但結構設計不合理，施工不規范，構件之間缺少可靠的連接，建筑抗震構造措施不滿足抗震設防要求或無抗震構造措施，更沒有采取減隔震措施，無法達到較好的抗震效果。隨著農村經濟水平的發展，農民的居住建筑已開始向大開間、大進深和二層或三層樓房發展。因此，如果采取有效的減隔震技術方案，可大大提高農居的地震安全。

監管體制不健全

目前農村民居大多是農民自籌資金建設，國家未將農村房屋納入建設行政主管部門的基本建設管理范圍，多數建筑未經正規設計和施工，造成農村建筑不符合抗震設防要求，基本無抗震能力。經濟條件較好的農民雖然能夠參照城市建筑建造具有鋼筋混凝土構造，如柱、地梁、圈梁及墻體拉結鋼筋等，但往往不規范、不完整，還存在施工不規范，抗震柱及地梁、圈梁的拉結鋼筋規格、形狀、混凝土的強度等不符合抗震要求，經濟條件有限的農民，干脆就沒有任何抗震措施。一旦發生地震這樣的房屋就很容易受到損壞，即使不坍塌，也會出現裂縫等，最終成為危房。所以抗震設防管理要覆蓋農村，實現城鄉一體化管理。

隔震技術在農居中的推廣建議

（1）建立農村建筑技術咨詢服務體系。對建設過程進行事前、事中、事后全過程技術服務：舉辦農村工匠減隔震技術培訓班，普及建筑抗震和隔震知識，指導農村工匠隔震施工技術的細節和要點，使農村工匠理解基本原理，了解隔震方法的目的；在建設過程中提供專業的技術指導，為農村民居提供有針對性的適用隔震方法；指導建筑物的后期維護。

（2）大力推進防震減災科普宣傳進農村。由科技和宣教人員組成宣講團，以點帶面方式選取農村教育點，以宣傳片和宣傳手冊形式，并努力打造通俗易懂和喜聞樂見的科普精品，對廣大農村百姓進行防震減災及隔震知識講解，提高農村百姓防震減災和隔震意識，最終實現全面覆蓋和家喻戶曉。

（3）加大政府監管和扶持力度。建立和完善農村民居抗震設防行政監管機構和監督檢查制度，將農村民居抗震設防要求納入基本建設程序，并落實到項目的工程設計和施工等環節中，大力推進隔震技術推廣；建立農村民居減隔震技術應用專項補貼資金，同時出臺減免優惠政策，調動廣大農民采取隔震措施的積極性。

結語

地震給人們帶來了巨大的經濟損失，嚴重威脅人們的生命安全，在量大面廣的農村地區應用隔震技術，將帶來十分巨大的經濟效益和社會效益。因此，將隔震技術在農居工程中推廣應用是未來中國減少地震損失的主要途徑之一。

（本項目由中國地震局“地震科技星火計劃項目”資助）