四川鄉村民居穿斗式木結構改良做法

雍 軍

(成都大學建筑與土木工程學院 四川 成都 610106)

四川鄉村民居穿斗式木結構改良做法

雍 軍

(成都大學建筑與土木工程學院 四川 成都 610106)

四川鄉村民居穿斗式木結構節點采用榫卯連接方式在地震中是有利于減震、耗能的，但結構中隔墻與主體木架構在水平力作用下變形不同步，且隔墻不能為主體木架構提供有效的側向支撐，因此在地震作用下穿斗式木結構體系側向柔軟導致變形過大而容易發生嚴重破壞。本文用木剪力墻做法代替四川傳統穿斗式木結構隔墻做法，墻體與主體木架構能有效連接，同為木制材料，又可保證墻體與主體木架構變形協調一致，從而可以大大提升穿斗式木結構民居抵抗地震的能力。

鄉村民居；穿斗式木結構；木剪力墻；改良

引 言

2008年四川汶川地震過后，我國西部地區地震頻發，相繼發生較大的地震有青海玉樹地震、四川蘆山地震、云南魯甸地震等，給人民生命財產造成極大損失。經統計，在數次地震中，鄉村建筑受災情況遠比城鎮建筑更嚴重。據統計[1]，2013 年4 月20 日，四川省雅安市蘆山7.0 級地震，共造成196 人遇難， 21 人失蹤，死難者中約90%以上為農村人口，基本上由建筑物倒塌所引起。城鎮建筑在設計及建造中多嚴格考慮了抗震要求，具備一定抗震能力。而鄉村建筑大多為村民自建房，以民間建造經驗為主，特別是四川鄉村很有特色的穿斗式木結構民居更是如此。目前四川地區鄉村建筑主要分為磚混結構、穿斗式木結構、磚木混合結構三類，近些年磚混結構在農村較普遍，但在經濟條件落后及交通不便的偏遠山區，農戶則更愿意選擇取材方便、成本更低的穿斗式木結構作為居住住房。目前這類木結構建筑，新建較少，多數建成時間較長，其中不乏年代久遠、房齡達數十年以上的房屋，大多經歷過數次地震影響結構受損明顯但仍在使用，如再遇強震來襲，其抗震能力令人十分擔憂。穿斗式木結構曾經是我國南方地區民居的主要建筑結構類型，其柱直接承檁、榫卯連接的方式不但體現了極強的中國民居特色，同時還具有良好的抗震能力，這種承載中國悠久歷史文化的建筑結構類型不應該消失，而應該由我們發揚、改良及傳承下去。因此，對廣大農村地區的穿斗式木結構進行必要的改良是一項惠民利國工程。

一、四川鄉村民居穿斗式木結構的特點及缺陷

四川鄉村民居穿斗式木結構除了我國南方穿斗式木結構柱承檁、榫卯連接等特點外，還有自身特點，主要是房屋橫向柱數少，橫向落地柱數通常在3-5根之間，多為奇數；橫向落地柱柱距小，在1m-2.5m之間；落地柱通常就地取材，柱徑不大，在10cm-20cm之間。墻體類型主要有磚墻、夯土墻、篾條泥墻，墻體不承擔豎向荷載，僅起隔墻作用，與主體木架構僅以砂漿、泥漿或篾條插入柱子相連接。墻體厚度在5-6cm左右，夯土墻要更厚些。

由于以上特點，墻體與主體木架構不容易有效連接，墻體不能為主體結構提供必要的側向剛度及水平變形，因此四川鄉村地區穿斗式木結構主體側向剛度十分有限，加之穿斗式木結構年代久遠維護不夠，榫卯緊固不足，在地震中容易導致榫頭脫出、柱腳移位等現象，由此引發該類結構嚴重破壞甚至倒塌。據統計[2]，四川省雅安市蘆山7.0 級地震中，穿斗式木結構破壞嚴重的主要形式有：榫卯連接處榫頭脫出、柱腳位移嚴重導致房屋過度傾斜甚至倒塌；墻體(特別磚墻、夯土墻)倒塌嚴重。相比較歐美民居使用較多的輕型木結構，穿斗式木結構榫卯連接的做法更利于減震、耗能，但因為自身材料缺陷、隔墻不能與主體木架構保持同步的水平位移，穿斗式木結構在地震中容易產生過大變形最終導致破壞，這是穿斗式木結構最大的缺陷所在。本文參考輕型木結構做法，用木制剪力墻做法代替穿斗式木結構隔墻做法，即可保證墻體與主體木架構有效連接以顯著增強房屋整體性，同為木制材料，又可保證墻體與主體木架構協調變形一致，能大大提升穿斗式木結構抵御強震的能力。

二、四川鄉村民居穿斗式木結構的改良

(一)四川鄉村民居穿斗式木結構慣用尺寸

四川地區鄉村民居穿斗式木結構通常采用三間四扇五柱或三間四扇三柱的平面布局形式。其中，間是指開間數，通常為房屋縱向。扇，在房屋橫向，是由柱(落地柱、瓜柱)、穿枋等組成的橫向排架。柱指同一扇上落地柱數之和。圖1為四川地區鄉村民居三間四扇五柱穿斗式木結構橫向排架慣用尺寸，三間四扇三柱柱距慣用尺寸與三間四扇五柱基本相同，只是無前后二根檐柱。

圖1 三間四扇五柱穿斗式木結構

(二)墻體改良做法

經分析可知，在地震中穿斗式木結構榫卯連接處榫頭脫出、柱腳位移嚴重，除了節點連接處緊固度不夠外，主要是由于結構體系自身比較柔軟，隔墻不能為主體木架構提供有效的側向支撐及協調變形，導致在水平地震作用下主體木架構會產生過大的水平位移。磚墻、夯土墻這類隔墻屬脆性材料，變形能力有限，不能與主體木架構保持協調變形，加之與主體木架構連接不牢固，因此在地震中極易倒塌。

將穿斗式木結構普遍采用的隔墻(磚墻、夯土墻、篾條泥墻)替換為木制剪力墻，并保證木制剪力墻與主體木架構柱子、穿枋等構件之間的有效連接，連接方式采用釘連接。木制剪力墻由龍骨和覆面板構成，根據四川地區鄉村民居穿斗式木結構構件慣用尺寸(磚墻60mm厚、篾條泥墻50-60mm厚、柱徑100-200mm、穿枋截面寬50-70mm高100-200mm),木制剪力墻宜與原房屋墻體厚度保持一致，以保證四川地區民居穿斗式風格特征。因此，龍骨采用SPF規格材38×89對分成兩片38×44，木剪力墻體厚度為龍骨截面高44加其兩側覆面板厚度(20以內)，在60-70mm之間，與原來墻體厚度基本保持一致。具體構造做法如圖2，施工工藝為先連接水平龍骨到穿枋(或地腳梁)，再連接豎向龍骨到柱子(或水平龍骨)，最后連接墻體兩側覆面板到墻體龍骨。改造后木剪力墻墻面效果見圖1，根據需要可在墻面粉刷涂料飾面。

圖2 穿斗式木結構木制剪力墻構造做法

(三)墻體改良優勢

在日本民居木結構傳統構架法中，木剪力墻可以用交叉斜撐而不用墻體覆面板來抵抗水平剪力[3]，但對于四川鄉村地區穿斗式木結構，使用墻體覆面板比交叉斜撐更具優勢。因為：四川鄉村穿斗式木結構較普遍的地區多為偏遠山區，施工技術力量薄弱，使用墻體覆面板比使用交叉斜撐對施工技術要求更低，木剪力墻施工質量更有保障；使用墻體覆面板連接可形成墻體規整中空，方便填塞保溫隔熱材料如玻璃棉等，可以顯著改善墻體保溫隔熱性能，能大大提升鄉村民居的舒適性。造價方面，木剪力墻所用材料主要為龍骨 SPF規格材38×89、覆面板OSB板(結構膠合板或硬質纖維板)及麻花釘，材料市面價格均不高，施工技術簡單，當地普通農戶勞動力培訓幾天即可按照要求自行施工。

三、四川鄉村民居穿斗式木結構改良的意義及前景展望

據統計，目前四川鄉村地區有約10%的民居采用穿斗式木結構，且建造年代較其它建筑結構類型更久遠，這些木結構建筑普遍年久失修、保養不足，加之近幾年來數次受強震影響主體結構不同程度受損，其抗震能力比建造初期已經大幅下降，成為了廣大農戶生命財產安全的極大威脅。目前穿斗式木結構大多在四川偏遠山區，農戶經濟條件落后，如果所有改良項目由政府專項資金負責，按照每戶材料約1萬元共約50萬戶統計，材料費共計約50億元(改良施工技術簡單易操作，每戶自出房屋改造勞動力)，墻體經過改良后可顯著提高四川鄉村地區穿斗式木結構房屋的抗震能力及使用壽命。因此四川鄉村民居穿斗式木結構的改良工程具有重大深遠的惠民意義。在此基礎上，也可向全國其它穿斗式民居大量存在的省份特別地震頻發的地區推廣，具有積極的現實意義。

[1]中國地震局．四川蘆山地震傷亡情況[EB/OL]. http://www.cea．gov．cn/publish/dizhenj2013004024.China Earthquake Administration． Casualties of Lushan earthquake[EB/OL].

[2]周鐵鋼，錢相博，張冰冰． 蘆山地震農村房屋震害調查與分析[J]．地震工程與工程振動，2013，33( 3 ) : 53-58．ZHOU Tiegang，QIAN Xiangbo，ZHANG Bingbing． Investigation and analysis of damage to rural houses in Lushan earthquake[J]．Journal of earthquake engineering and engineering vibration，2013，33( 3 ) : 53-58．

[3]菊池重昭.(日)建筑木質構造[M]．中國電力出版社出版，2010.

[4]陸偉東，鄧大利，居興鵬等. 中國木結構建筑分布及其震害[J].西安建筑科技大學學報，2011，8：464-469

[5]曹芳，董龍彬，祁香文. 輕型木結構在震后房屋重建工程中的應用探究[J].長江大學學報，2012，2：109-111

雍軍(1977-)，男，從事建筑結構抗震工作，成都大學建筑與土木工程學院，講師，碩士，研究方向：木結構建筑。