喀什地區(qū)老舊建筑抗震性能研究★

何 斌 張鳳麗 王 乾 馬偉楠 阿依古麗·阿卜力米提 穆薩江·吐爾洪

(喀什大學(xué)土木工程學(xué)院，新疆 喀什 844008)

·結(jié)構(gòu)·抗震·

喀什地區(qū)老舊建筑抗震性能研究★

何 斌 張鳳麗 王 乾 馬偉楠 阿依古麗·阿卜力米提 穆薩江·吐爾洪

(喀什大學(xué)土木工程學(xué)院，新疆 喀什 844008)

喀什地區(qū)位于地震設(shè)防烈度較高的區(qū)域，其老舊建筑以生土為主，高設(shè)防烈度和未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形成鮮明對(duì)照。通過(guò)對(duì)實(shí)地采取土樣進(jìn)行材性試驗(yàn)，判定其基本力學(xué)特性，建立本構(gòu)模型。在生土的特性研究基礎(chǔ)上，采用有限單元方法對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析，并采用與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)照的方法，確定結(jié)構(gòu)抗震性能，最后對(duì)生土改性和生土建筑加固方法提出建議。

喀什，生土建筑，抗震性能，加固

喀什地區(qū)位于地震設(shè)防烈度較高的區(qū)域，2015年6月的皮山地震和10月的阿富汗興都庫(kù)什地區(qū)地震均傳至喀什，形成有感地震。2017年5月11日塔縣發(fā)生的淺源地震也造成一定人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。與此同時(shí)南疆作為具有4000年歷史的人類活動(dòng)場(chǎng)所，歷史和近代遺留大量古舊建筑，研究此類建筑在中小震中的反應(yīng)以及大震中的倒塌，具有科研和現(xiàn)實(shí)意義。

1 喀什高臺(tái)民居老舊建筑分布

建筑物作為人類財(cái)富的重要組成部分，在使用過(guò)程中也得到了所有者良好的維護(hù)，因此現(xiàn)存老舊建筑也較多。以喀什高臺(tái)民居為例，它是在孤立的土坡上、近800年的時(shí)期內(nèi)陸續(xù)修建擴(kuò)建而成的坡地建筑。該街區(qū)由當(dāng)?shù)鼐用褡园l(fā)建造，并未經(jīng)詳細(xì)規(guī)劃，從而呈現(xiàn)出自由的狀態(tài)，如圖1所示。王小東院士(2014)指出，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，高臺(tái)上現(xiàn)存400余幢院落，其中90%左右仍舊處于使用狀態(tài)，如表1所示。

表1 高臺(tái)民居使用狀態(tài)統(tǒng)計(jì)

結(jié)構(gòu)類型生土磚木磚混框架倒塌數(shù)量24212235946

2 生土的特性研究

生土材料作為區(qū)域性很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集的材料進(jìn)行物理性能、力學(xué)性能試驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上判別材料的強(qiáng)度和變形特性，建立靜力強(qiáng)度判定準(zhǔn)則。同時(shí)對(duì)墻體進(jìn)行數(shù)值模擬，建立構(gòu)件的動(dòng)力響應(yīng)模型。

項(xiàng)目組對(duì)喀什市某鄉(xiāng)的夯土農(nóng)宅進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)考察，獲取廢棄房屋的土坯樣本，同時(shí)采取土坯原料場(chǎng)的粘土樣本，采用曬分法獲取粒徑累計(jì)曲線。圖2，圖3為采樣的現(xiàn)場(chǎng)照片。

3 生土建筑的抗震性能理論分析和實(shí)測(cè)

南疆大量地域設(shè)防烈度較高，如喀什市設(shè)防烈度為8.5度，這種高設(shè)防烈度和未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的生土結(jié)構(gòu)形成鮮明對(duì)比，而對(duì)于生土結(jié)構(gòu)的平房或者二、三層建筑的抗震能力數(shù)值分析和試驗(yàn)尚處于較為初步階段。因此在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察、強(qiáng)度測(cè)定之后，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的抗震性能評(píng)估成為必須。因此需要基于規(guī)范，以數(shù)值分析方法評(píng)定生土結(jié)構(gòu)相關(guān)性能。

高臺(tái)民居的生土建筑，是以生土作為墻體材料、以細(xì)木枋作為樓板檁條構(gòu)成的類似柔性砌體結(jié)構(gòu)，如圖4所示。其結(jié)構(gòu)整體性較差，通過(guò)數(shù)值計(jì)算方式判定結(jié)構(gòu)的抗震性能有其必要性。

在對(duì)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、材性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，劉成清(2014)指出可以采用ANSYS軟件對(duì)生土建筑在地震作用下的反應(yīng)進(jìn)行時(shí)程分析。根據(jù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)尺寸特征建立有限元模型，墻體采用Solid45單元，木檁條采用Beam4 單元，生土墻體材料模型采用DP模型。

同時(shí)可以通過(guò)利用脈動(dòng)試驗(yàn)確定結(jié)構(gòu)物的動(dòng)力特性。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試所采用的儀器設(shè)備包括Lance LC0132T加速度傳感器和同濟(jì)大學(xué)自主開發(fā)SVSA數(shù)據(jù)采集儀，如圖5所示。施衛(wèi)星指出SVSA系統(tǒng)在汶川大地震和此后的上海校安工程中經(jīng)歷了數(shù)千個(gè)項(xiàng)目的實(shí)測(cè)，具有一定可靠度。它也將在生土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)中發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

4 生土建筑的加固

我國(guó)的結(jié)構(gòu)加固工作，在唐山大地震之后得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，對(duì)于結(jié)構(gòu)在地震中的損壞情況，有針對(duì)性的對(duì)砌體結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用加固處理，并形成相應(yīng)的加固工藝和規(guī)范措施。對(duì)于生土建筑的加固，宜充分吸收這些經(jīng)驗(yàn)，尋找合適自身的方法。黃斌(2015)提出采用鋼絲網(wǎng)砂漿加固土坯以實(shí)現(xiàn)抗震要求。本文作者將尋求采用鋼筋混凝土面層加固法、鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法、新增鋼筋混凝土構(gòu)造柱和圈梁加固法以及隔震等方法，探索在生土建筑中加固的應(yīng)用。

5 生土材料的改性

生土傳統(tǒng)應(yīng)用雖然廣泛，但由于材料本身強(qiáng)度低又呈現(xiàn)脆性，作為多層建筑的結(jié)構(gòu)用材并不合適。對(duì)于平方或者低層的建筑，參照混凝土和其他結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行材料方面的改性，是近期生土研究的一個(gè)方向。對(duì)于版筑施工工藝，需要搭設(shè)墻體模板，而將通過(guò)增大生土漿的流動(dòng)性，采用澆筑工藝施工形成生土墻。這個(gè)過(guò)程可以通過(guò)添加水泥和摻合料的方式，在增大生土漿流動(dòng)性的同時(shí)，提高其成品的強(qiáng)度。這可以參考現(xiàn)有的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝，得到較快速度推廣。

對(duì)于砌筑施工工藝，則需要在土坯和泥漿上做進(jìn)一步研究，參考非燒結(jié)磚的生產(chǎn)流程，采用石灰或者水泥作為添加劑制造新型土坯磚；同時(shí)改善泥漿配比，使得和較為光滑的土坯之間形成良好的粘結(jié)。這種改良在工藝上較為簡(jiǎn)單，因此可能在某些施工難度較大的特定區(qū)域進(jìn)行推廣。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)南疆地區(qū)走訪，特別以喀什高臺(tái)民居為例，可以知道當(dāng)?shù)亟ㄖ源罅看嬖谏两ㄖＤ壳皩?duì)此類地域性建筑的研究并不深入，加強(qiáng)其材料性能、結(jié)構(gòu)體系和施工工藝的研究，適度推廣這種造價(jià)極為低廉的建筑形式，對(duì)于較快速度改善當(dāng)?shù)鼐用窬幼l件有一定價(jià)值。同時(shí)對(duì)此類建筑進(jìn)行大面積調(diào)研、推進(jìn)抗震加固改造工作，保護(hù)人民生命安全，對(duì)于小震頻發(fā)的南疆地區(qū)具有現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 王小東，宋 輝，劉 靜，等.喀什高臺(tái)民居[M].南京：東南大學(xué)出版社，2014.

[2] 劉成清,陳 馳,何廣杰,等.生土建筑的抗震性能分析與評(píng)估[J].建筑結(jié)構(gòu),2014(19):67-71.

[3] 黃 斌,阿肯江·托呼提.基于RVE的鋼絲網(wǎng)砂漿加固土坯砌體力學(xué)性能研究[J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),2015(5):659-665.

ResearchontheseismicperformanceofoldbuildinginKashgararea★

HeBinZhangFengliWangQianMaWeinanAygulAblimitMusajanTurhun

(CollegeofCivilEngineering,KashgarUniversity,Kashgar844008,China)

The old buildings in Kashgar are mainly of rare earth, which facing high seismic intensity without seismic-resistance design. Basing on the foundational study of soil characteristics, the structural seismic performance is studied using the finite element method and experimental test on site. Some kinds of reinforcement method are proposed at the end.

Kashgar, rare earth building, seismic performance, reinforcement

1009-6825(2017)30-0041-02

2017-08-14★：本文得到大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(編號(hào):201610763010)資助

何 斌(1976- )，男，博士，講師

TU352.1

A