滇西北地區(qū)房屋建筑特征和抗震能力評價

明小娜+周洋+盧永坤+和嘉吉

摘要：選取滇西北地區(qū)16個具有代表性的縣（區(qū)）為研究對象，根據(jù)實地調(diào)查總結(jié)滇西北房屋總體建筑特征，并結(jié)合區(qū)域內(nèi)歷史地震房屋震害矩陣分析不同烈度區(qū)下各結(jié)構(gòu)類型房屋的震害特征，在此基礎(chǔ)上建立區(qū)域房屋抗震能力綜合指數(shù)評價滇西北房屋抗震性能，給出滇西北房屋抗震能力等級分布圖和分布規(guī)律。

關(guān)鍵詞：滇西北地區(qū)；建筑物特征；震害矩陣；區(qū)域房屋抗震性能指數(shù)

中圖分類號：P315.9文獻標識碼：A文章編號：1000-0666（2017）04-0646-09

0引言

汶川、玉樹、蘆山、魯?shù)榈鹊卣馂?zāi)害發(fā)生后，國家、社會、公眾對地震災(zāi)害防御、地震緊急救援的關(guān)注度達到空前。云南地處特提斯—喜馬拉雅構(gòu)造域與環(huán)太平洋構(gòu)造域的交接部位，斷裂構(gòu)造復(fù)雜、地貌類型多樣、垂直差異明顯。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2015），云南所轄瀾滄、東川、尋甸3個縣（區(qū)）抗震設(shè)防烈度為Ⅸ度，迪慶、德宏、臨滄等68個縣（區(qū)）抗震設(shè)防烈度為Ⅷ度，昌寧、云龍、姚安等48個縣（區(qū)）抗震設(shè)防烈度為Ⅶ度，可見云南大部分縣城都處于高烈度設(shè)防區(qū)。在云南震情形勢嚴峻、震害重、房屋建筑抗震能力普遍較差的情況下，本文合理分析云南省不同區(qū)域房屋建筑特征，探討區(qū)域房屋建筑抗震性能，并以此為基礎(chǔ)有針對性地提出房屋建設(shè)改進意見，為提高房屋抗震性能提供借鑒（胡少卿等，2007）。

1研究區(qū)域選取

滇西北位于云南省西北部、四川省西南部和西藏自治區(qū)東南部交界區(qū)域，包括迪慶藏族自治州、麗江市、大理白族自治州、怒江傈僳族自治州、保山市、德宏傣族景頗族自治州、臨滄市7個州（市），隸屬青藏高原至云貴高原的過渡地帶，北接青藏高原，東南與云貴高原相連，區(qū)域內(nèi)地形起伏大，高山深谷相間，發(fā)育有紅河斷裂帶、小金河—麗江斷裂、程海斷裂帶、德欽—中甸斷裂以及寧蒗斷裂帶等多條活動斷裂，是我國歷史上地震多發(fā)區(qū)。1992—2012年，滇西北地區(qū)發(fā)生M≥5.0地震19次（周光全等，2012），2013—2015年滇西北地區(qū)發(fā)生M≥5.0地震6次。筆者結(jié)合區(qū)域地震斷裂走向、歷史地震以及歷年重點危險區(qū)范圍，選取具有代表性的16個縣級行政區(qū)部分城市和農(nóng)村開展房屋建筑實地調(diào)查（表1），其房屋建筑結(jié)構(gòu)類型和特征能夠反應(yīng)該區(qū)域房屋建筑基本特征，可用于區(qū)域房屋建筑宏觀抗震能力評價。

2滇西北地區(qū)房屋建筑特征分析

2.1總體特征根據(jù)地震現(xiàn)場工作資料和災(zāi)區(qū)實際情況，將研究區(qū)房屋結(jié)構(gòu)類型主要劃分為土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)4類（周光全等，2007），土木、磚木結(jié)構(gòu)歸為簡易房屋，磚混、框架結(jié)構(gòu)歸為非簡易房屋。

本文所使用房屋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為2012年各縣級地方政府報送，統(tǒng)計得出：滇西北房屋框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、土木結(jié)構(gòu)在城市和農(nóng)村的占比如圖1所示，城市地區(qū)（縣、區(qū)政府所轄區(qū)為城區(qū)）以磚混結(jié)構(gòu)為主，占比為38%，農(nóng)村地區(qū)以土木結(jié)構(gòu)為主，占比為55.6%。其中，城區(qū)磚混結(jié)構(gòu)房屋多建于20世紀90年代后期，層數(shù)為3～5層，多數(shù)設(shè)有鋼筋混凝土構(gòu)造柱；農(nóng)村磚混結(jié)構(gòu)房屋多為3層以下，一般設(shè)有圈梁；城區(qū)框架結(jié)構(gòu)房屋建于2000年以后，其用途多為公共建筑；城區(qū)和農(nóng)村土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)房屋多建于20世紀80年代以前，一般為1～2層，穿斗木架構(gòu)承重的房屋較多，有部分是空心磚或夯土為承重墻的墻抬梁結(jié)構(gòu)房屋。

2.2特色民居建筑特征

滇西北地區(qū)為少數(shù)民族聚居地，房屋建筑因地域、環(huán)境、人文和經(jīng)濟條件不同，且多以就地取材為主，建筑風格各異，農(nóng)村土木結(jié)構(gòu)房屋尤為顯著。因此，筆者選取區(qū)域內(nèi)有代表性的民居分析其建筑特色及房屋抗震性能。

2.2.1迪慶地區(qū)藏式民居

迪慶藏式土木結(jié)構(gòu)房屋（圖2）一般以木構(gòu)架承重，墻體常用石料砌筑或夯土成墻，墻體底部寬（單軍，吳艷，2010），墻體截面為梯形，其底部墻體厚度大多在1 m以上，內(nèi)墻陡直，外墻略向內(nèi)傾斜，形成上小下大的“寶塔式”建筑格局，房屋內(nèi)通常用木板間隔，特有的收分墻體和柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)，使建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。由于柱子和主梁截面尺寸較大，承載力大，抗震性能好；土墻底部寬厚堅實，設(shè)在柱子外圍，遭遇地震時，墻體大多向外倒塌，不容易傷及室內(nèi)活動人群。

2.2.2麗江地區(qū)納西民居

納西民居（圖3）建筑一般高約7 m，架構(gòu)為抬梁式、穿斗式（趙龍，2015），建筑材料以木、土、石為主，石料作墻基和勒腳，壘土坯墻、磚墻或夯土墻，墻厚約70 cm，多數(shù)房屋的2層樓處采用木圍護墻；面向庭院的墻體（圍墻除外）采用木隔扇，外墻不砌到頂，墻上部用板枋材隔斷，墻體從下到上往里微微傾斜，多為兩坡懸山屋頂，屋面多數(shù)為座泥沙漿的筒板瓦，少數(shù)為冷攤小青瓦（許濤，2003）。穿斗木結(jié)構(gòu)瓦屋面自重輕，節(jié)點采用榫接，整體性良好，具有一定的抗震效能，圍護墻在柱子外圍，遭遇地震時，墻體一般向外傾倒，不易傷及室內(nèi)人群。

2.2.3大理地區(qū)白族民居

白族民居（圖4）多為二層穿斗木樓房，三開間，筒板瓦蓋頂，房屋基槽深且寬，用巨大石頭做基石（高琳玲，柯衛(wèi)華，2012），相互錯位疊壓砌石，從而分散墻體對基底的壓力；房屋建筑采用梁柱式結(jié)構(gòu)，各結(jié)點用榫卯相連接，構(gòu)成富有彈性的構(gòu)架，磚或土坯砌墻，墻面涂白并繪圖案修飾，建筑物的重量由構(gòu)架承擔，墻壁不承重，房屋整體抗震性能好。

2.2.4德宏—保山傣族民居

傣族民居（圖5）多為竹樓，房屋多以木構(gòu)架承重，木板、竹編墻圍護，茅草或瓦屋頂，檐部低垂，歇山屋頂陡峭，多為兩層，上層住人，下養(yǎng)家畜、堆放農(nóng)具。房屋大多以穿斗木構(gòu)架承重，穿斗木構(gòu)架自重輕、塑性和延性較好，木構(gòu)架梁柱節(jié)點為榫接，梁柱以榫接方式形成多榀框架，具有較好的塑性變形能力和一定的消能減震效果。

2.2.5寧蒗地區(qū)木楞房

木楞房（圖6）以木材為主，除此之外是土、少量當?shù)厥摹⒉莺蜔频拇u瓦，結(jié)構(gòu)形式為抬梁式，結(jié)構(gòu)柱之上搭梁，數(shù)榀屋架并列，形成梁-柱-枋支撐結(jié)構(gòu)體系（劉柯岐，李嘉林，2007），用原木層疊搭建的垛木墻或木板墻作為維護墻體。屋頂為懸山式，在梁架上蓋木片，不用釘，以石壓固，其房頂除用木片搭成的外，還有用茅草或者瓦蓋的。木楞房的木梁柱體系把承重結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)兩者分開，其好處是“墻倒屋不塌”，有極高的抗震性，但耗材量、建筑面闊和進深受木材長度的限制，僅適于小型民居。endprint

歷史地震中滇西北房屋震害特征分析筆者結(jié)合選定研究區(qū)域內(nèi)歷史地震的房屋破壞比矩陣，分析歷次地震中各類房屋的震害特征，從歷史震害角度反映該區(qū)域房屋的抗震性能。

3.1破壞比

房屋建筑破壞比是指房屋破壞面積與調(diào)查總面積之比，反映地震災(zāi)區(qū)各類型房屋建筑結(jié)構(gòu)在不同烈度條件下的破壞情況，即該地區(qū)某類結(jié)構(gòu)群體的抗震能力。筆者按照簡易房屋和非簡易房屋，統(tǒng)計1992—2015年發(fā)生在滇西北一帶的25個破壞性地震破壞比（表2），求出不同烈度區(qū)、不同結(jié)構(gòu)類型、不同破壞等級的破壞比最大值、最小值和均值（表3、4）。

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，滇西北區(qū)域非簡易房屋破壞比均值與全省均值（表5）相差不大，但簡易房屋，尤其是土木結(jié)構(gòu)房屋破壞比均值與全省均值相差較大。在相同烈度下，滇西北地區(qū)房屋震害毀壞等級下的破壞比比全省平均值小，說明滇西北地區(qū)簡易房屋抗震性能優(yōu)于全省平均水平。

3.2震害特征分析

震害的一般規(guī)律往往與烈度分布緊密相關(guān)，筆者結(jié)合25次歷史地震的烈度分布以及災(zāi)害損失評估報告，對震害資料重新進行歸類、梳理，總結(jié)得出：

（1）Ⅵ度區(qū)內(nèi)土木、磚木及石木結(jié)構(gòu)房屋部分房屋墻體開裂，少數(shù)土木房屋局部倒塌，部分梭（掉）瓦，少數(shù)空心磚房屋墻體開裂或老裂縫加寬、加長；磚混結(jié)構(gòu)房屋個別墻體出現(xiàn)明顯裂縫，部分墻體出現(xiàn)細裂；框架結(jié)構(gòu)房屋少數(shù)填充墻體開裂，極個別承重梁可見細微裂紋；木楞房個別梭、掉瓦。

（2）Ⅶ度區(qū)內(nèi)極個別年久失修穿斗木結(jié)構(gòu)房屋傾斜、脫榫；磚木結(jié)構(gòu)房屋個別山墻倒塌，部分墻體開裂，梭、掉瓦，個別空心磚房屋局部倒塌或墻體酥裂；磚混結(jié)構(gòu)房屋少數(shù)2～3面墻體開裂，多數(shù)梭、掉瓦；框架結(jié)構(gòu)房屋個別填充墻開裂、抹灰層脫落；木楞房少數(shù)屋頂梭、掉瓦，個別整體傾斜。

（3）Ⅷ度區(qū)內(nèi)房屋破壞嚴重，土木、磚木及石木結(jié)構(gòu)房屋少數(shù)倒塌或局部倒塌，部分墻體傾斜、變形，墻體開裂現(xiàn)象較普遍；穿斗木構(gòu)架個別傾斜、木架脫榫、柱腳位移；磚混結(jié)構(gòu)房屋個別倒塌、少數(shù)構(gòu)造柱斷裂、墻體開裂、位錯，部分房屋墻體X型裂縫貫通，多數(shù)墻體開裂明顯；框架結(jié)構(gòu)個別倒塌，少數(shù)承重構(gòu)件斷裂、多數(shù)產(chǎn)生裂縫，部分填充墻局部倒塌、多數(shù)開裂、抹灰層普遍脫落。

（4）Ⅸ度區(qū)內(nèi)土木結(jié)構(gòu)和磚木結(jié)構(gòu)多數(shù)倒塌或局部倒塌，未倒塌的房屋墻體開裂嚴重；磚混結(jié)構(gòu)房屋多數(shù)承重墻體出現(xiàn)較嚴重的水平或“X”型貫通裂縫，部分倒塌、局部倒塌或傾斜，少數(shù)基本完好；框架結(jié)構(gòu)房屋個別倒塌或局部倒塌，少數(shù)框架節(jié)點開裂、甚至斷裂整體傾斜，部分房屋梁柱出現(xiàn)細微裂縫，多數(shù)房屋填充墻明顯出現(xiàn)水平或“X”型貫通裂縫。

4區(qū)域房屋建筑抗震能力快速評價方法

4.1區(qū)域房屋抗震性能指數(shù)從建筑結(jié)構(gòu)性能分析，影響房屋抗震性能的主要因素為建筑物易損性，包括結(jié)構(gòu)平立面規(guī)則程度、結(jié)構(gòu)對稱性、結(jié)構(gòu)材料、建筑場地等（楊仕升等，2004）；林世鑌等（2011）將區(qū)域地震危險性也作為影響因素，通過Push-over分析方法結(jié)合抗震能力指標，研究群體建筑物抗震能力。筆者僅考慮房屋結(jié)構(gòu)比例以及各地區(qū)設(shè)計基本地震加速度值，建立區(qū)域房屋抗震性能指數(shù)AS，用于量化表達區(qū)域房屋抗震性能，如公式1所示。該方法參數(shù)容易獲取，計算簡單，已用于云南省2014年、2015年及2016年重點危險區(qū)各縣（區(qū)）房屋抗震能力評價，其評價結(jié)果得到認可。AS=Cp×（Scw×CWcp+Sbw×BWcp+Sbc×BCcp+Src×RCcp）+Rp×（Scw×CWrp+Sbw×BWrp+Sbc×BCrp+Src×RCrp）（1）式中：AS表示區(qū)域房屋抗震性能指數(shù)；Cp表示城區(qū)房屋總面積占全縣房屋總面積的比例；Rp表示農(nóng)村房屋總面積占全縣房屋總面積的比例；CWcp、BWcp、BCcp、RCcp分表指得是城區(qū)土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)房屋所占比例；CWrp、BWrp、BCrp、RCrp分別代表農(nóng)村土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)房屋所占比例，Scw、Sbw、Sbc、Src分別表示土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)房屋的抗震性能指數(shù)。

針對于非簡易房屋，城區(qū)絕大部分房屋經(jīng)過正規(guī)設(shè)計，抗震能力基本能達到本區(qū)域基本抗震設(shè)防烈度要求，其抗震性能指數(shù)（Sbc、Src）按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2010）取當?shù)卦O(shè)計基本地震加速度值；而農(nóng)村地區(qū)大部分為自建房，多未按照正規(guī)設(shè)防標準建房，存在抗震缺陷，其抗震性能指數(shù)（Sbc、Src）采用當?shù)卦O(shè)計基本地震加速度值乘以折減系數(shù)，根據(jù)云南歷次地震專家經(jīng)驗，框架結(jié)構(gòu)折減系數(shù)取0.95，磚混結(jié)構(gòu)折減系數(shù)取0.85。針對于簡易房屋，城區(qū)和農(nóng)村均為自建房，沒有統(tǒng)一的標準，做工、用料因地而異，故其抗震能力離散性較大，為此采用專家經(jīng)驗打分法（取均值）計算簡易房屋的抗震性能指數(shù)。

基于區(qū)域房屋抗震性能指數(shù)，參照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011—2010）設(shè)計基本地震加速度值將其劃分為5個區(qū)間，并給出“強”“中強”“中等”“一般”“差”五個抗震能力評價等級及對應(yīng)的抗震設(shè)防烈度描述（表6）。

4.2滇西北地區(qū)房屋抗震能力評價

按照公式（1），根據(jù)2012年滇西北地區(qū)房屋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（表7）、各縣（區(qū)）設(shè)計基本地震加速度值以及10位專家對滇西北調(diào)查區(qū)土木結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)房屋抗震性能指數(shù)打分值，計算出滇西北地區(qū)區(qū)房屋抗震性能指數(shù)以及抗震能力評價等級（表8、圖7）。

從表8可知，滇西北地區(qū)16個縣（市、區(qū)）調(diào)查中，9個縣（市、區(qū)）的房屋抗震能力達到“中等”水平、5個縣達到“中強”水平、2個縣達到“一般”水平。“中強”水平的縣（市、區(qū)）具有3個特點：一是處于高烈度設(shè)防區(qū)；二是經(jīng)濟相對發(fā)達地區(qū)，三是特色民居分布廣泛。相應(yīng)的，“一般”水平的縣（市、區(qū)）處于高山峽谷帶，經(jīng)濟水平都相對落后。鑒于該調(diào)查區(qū)能宏觀反應(yīng)滇西北地區(qū)房屋整體情況，因此整個滇西北地區(qū)房屋抗震能力達到“中等”水平。endprint

5結(jié)論

為宏觀評估滇西北地區(qū)房屋抗震能力，本文根據(jù)實地調(diào)研總結(jié)了滇西北地區(qū)房屋總體特征和特色民居特征，并結(jié)合區(qū)域內(nèi)歷史地震房屋震害矩陣分析不同烈度條件下各類房屋震害特征，在此基礎(chǔ)上通過計算區(qū)域房屋抗震性能指數(shù)宏觀評定各縣區(qū)房屋抗震能力，發(fā)現(xiàn)滇西北房屋抗震能力為中等水平，造成此現(xiàn)象的原因與當?shù)亟?jīng)濟條件落后、居民抗震設(shè)防專業(yè)知識缺乏、抗震設(shè)防意識薄弱等緊密相關(guān)。為減少和避免破壞性地震帶來的生命和財產(chǎn)損失，結(jié)合滇西北地區(qū)房屋建筑抗震能力的調(diào)查實際，建議加大防震減災(zāi)知識宣傳，提高民眾抗震設(shè)防意識，重視房屋建筑的抗震質(zhì)量；繼續(xù)加大民居建設(shè)資金扶持，做好農(nóng)村民居安全工程、危房改造工程、十項重大措施等項目，同時加強農(nóng)村民房建設(shè)的抗震技術(shù)指導(dǎo)，切實提高民居抗震性能。

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