陜南村鎮房屋抗震性能調查研究1

郭光玲 張科強 劉喜平

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陜南村鎮房屋抗震性能調查研究1

郭光玲 張科強 劉喜平

（陜西理工大學，土木工程與建筑學院，陜西漢中 723000）

村鎮房屋是歷次震害中最薄弱的建筑，提高其抗震性能刻不容緩。本文依據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306—2015）的地震動峰值加速度、反應譜特征周期和地震烈度的取值，以陜南6縣18鎮54個自然村的1161棟村鎮房屋為抽樣樣本，完成樣本的結構類型、結構類型的破壞比及破壞損失比、場地條件、抗震概念設計、村民的抗震知識和抗震防災意識等現狀的統計分析。結果表明：陜南村鎮房屋的結構類型有生土結構、木結構、磚木結構、磚混結構和框架結構，其中磚混結構是其主要的抗震結構類型；磚木結構、磚混結構和框架結構在不同地震烈度影響下的破壞比有差異，而破壞損失比相同；陜南村鎮房屋的場地條件變化復雜，抗震概念設計存在缺陷且村民的抗震知識和抗震防災意識淡薄，亟待提高。

村鎮房屋 結構類型 地震動參數 抗震概念設計 抗震性能

引言

我國是一個地震多發、震災嚴重且農業人口占比較多的國家，許多村鎮位于地震高危險區。歷次震后災害調查顯示村鎮房屋的倒塌和損毀遠大于城市，導致這種情況的原因是：村鎮居民缺乏抗震防災意識、抗震防災技術引導及抗震防災的監管；村民在修建房屋很少考慮房屋的抗震性能，基本采用傳統建造工藝和方法，使用新材料建“舊”房子，普遍未進行正確的抗震設防或設防不足，在遭受地震時，這些房屋將會出現“小震致災、大震大災”的災害規律（王瑛等，2005；楊欽杰等，2016）。因此在地震活動頻繁的區域，要防止和減輕村鎮房屋的震害造成村民的人員傷亡和財產損失，就必須提高村鎮房屋的抗震性能（歐盛，2011；朱雁茹等，2016）。

陜南地區北靠秦嶺、南倚大巴山，從西往東依次是漢中、安康、商洛三市，屬地震活動強度和頻度較高的青藏高原地震區龍門山地震帶的一部分，2008年發生在汶川的8.0級特大地震使區域內房屋震損嚴重。為提高區域內村鎮房屋的抗震能力，筆者依據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306—2015）（中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局等，2015）的地震動峰值加速度、反應譜特征周期和地震烈度，選取區域內有代表性的6個縣，對其內村鎮房屋的既有結構類型、場地條件、抗震設防情況以及村民的抗震意識現狀等進行了實地調研，客觀描述區域內既有村鎮房屋的抗震現狀，為陜南地區科學設計新建建筑和合理地改造現有建筑（尹之潛，1995）提供技術支持。

1 抗震調查范圍和內容

1.1 調查范圍

為盡可能反映較大范圍村鎮房屋抗震設防的實際情況，本文采取分區抽樣和入戶調查的方式。依據文獻（中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局等，2015），考慮具有一定代表性的地震動峰值加速度、反應譜特征周期和地震烈度的行政區劃縣和鎮，選取略陽縣、寧強縣、鎮巴縣、鎮坪縣、旬陽縣、商南縣等6個縣18個鎮54個自然村的既有村鎮房屋（共計1161棟）為抽樣調查樣本，其地理位置分布和地震動參數分別如圖1和表1所示。

1.2 調查內容

調查內容包括農戶家的總收入、建房時間、結構類型、建房總費用、房屋面積、房屋層數，房屋縱橫墻布置情況、房屋開間進深、層高、總高、房屋墻體厚度、樓（屋）蓋類型、建造地形和場地條件、設計建造方式、承重構件建筑材料及外觀狀態、平立面結構布局、承重構件連接方式、抗震設防情況以及村民的防震意識情況等。

圖1 調查區域分布示意圖

表1 調查區域地震動參數（Ⅱ類場地）

行政區劃名稱（縣）行政區劃名稱（鎮）峰值加速度/g反應譜特征周期/s地震烈度 鎮巴縣長嶺鎮0.050.35Ⅵ度 平安鎮0.050.4Ⅵ度 鎮坪縣子午鎮0.050.45Ⅵ度 兩河口鎮0.050.4Ⅵ度 峽口鎮0.050.35Ⅵ度 商南縣青山鎮0.100.35Ⅶ度 白浪鎮0.050.35Ⅵ度 十里坪0.050.4Ⅵ度 旬陽縣雙河鎮0.050.4Ⅵ度 金寨鎮0.100.4Ⅶ度 石門鎮0.100.35Ⅶ度

2 調查數據統計及分析

2.1 結構類型

本次抽查樣本分布于平壩、丘陵和山地等3種地貌之中，村民建房選擇當地的木材、生土、粘土磚及購買少量的鋼筋、水泥和白灰等，建造結構類型有生土結構（圖2（a））、木結構（圖2（b））、磚木結構（圖2（c））、磚混結構（圖2（d））和框架結構等，不同行政區域內的房屋結構調查統計如表2所示。

從表2可以看出，陜南村鎮房屋的結構類型有生土結構、木結構、磚木結構、磚混結構和框架結構等5種，這些結構類型在不同行政縣域內分布比例不盡相同，但結構類型的分布趨勢大致相同，其比例的差異主要與縣域所處的地理位置和交通環境有關（村民新建房屋大多模仿周圍的房屋結構類型及考慮取材方便），其中磚混結構所占比例高達60.3%，說明磚混結構是陜南村鎮房屋的主要結構類型。在調研中還發現這5種結構類型修建的年代也有一定的時間關系，即生土結構和木結構修建于1980年以前，目前少有村民居住；磚木結構修建于1980—1990年，磚混結構修建于1990年至今，這兩種結構類型目前正常使用；框架結構只在近幾年修建于地理和交通較好的個別村鎮。同時在這5種結構類型中，生土結構和木結構年久失修，安全隱患多，抗震性能差，已在逐步被拆除；框架結構抗震性能好，雖然其造價高且設計建造難度大，但也成為村鎮的新型結構類型；磚混結構由于其取材方便、設計建造工藝簡單，成為村鎮房屋的主要抗震結構類型。

表2 房屋結構類型統計表

行政縣名稱房屋結構類型數量（比例）樣本總數 生土結構木結構磚木結構磚混結構框架結構合計 鎮巴72（22.2%）4（1.2%）30（9%）218（67%）0324 鎮坪21（6.5%）8（2.5%）112（35%）172（53%）11（3.4%）324 商南10（4.9%）10（4.9%）14（7%）165（81%）4（1.97%）203 旬陽12（5.2%）3（1.3%）45（19%）171（74%）0（0）231 合計187（11.6%）32（1.9%）378（23.5%）971（60.3%）43（2.7%）1611

圖2 結構類型

2.2 結構類型的破壞比及破壞損失比分析

（1）結構類型的破壞比

未來地震災害的大小，主要取決于地震強度和現有建筑的抗震能力。陜南農村地處中國農村房屋震災脆弱性較高的地區（高曉路等，2012），發生破壞性地震的概率較大，考慮區域內的房屋結構因素（結構類型的種類、比例、建造時間、建造方式、建造場地、抗震設防情況等）、地震因素（地震強度和現有建筑的抗震能力）和人口經濟因素（經濟條件、文化水平和抗震設防意識等），參考和借鑒已有文獻資料（尹之潛等，1991；周全光等，2010；劉毅等，2011；潘長明，2012；高曉路等，2012）分析得到陜南村鎮的磚木結構、磚混結構和框架結構類型房屋在不同地震烈度影響下的破壞比（中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局等，2012），如表3所示。

表3 磚木結構、磚混結構和框架結構的破壞比（%）

（2）結構類型破壞損失比

地震所造成建筑物的破壞損失比，是指不同破壞等級的建筑物修復、重建單位面積所需費用與其單價的比（周全光等，2010）。由于涉及到地震后各類不同破壞等級房屋本身的價值評估，損失比的確定顯得更為困難。《地震現場工作（第4部分）：災害直接損失評估》（GB/T18208.4—2011）（中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局等，2012）提出將框架結構和磚混結構的破壞等級分為毀壞、嚴重破壞、中等破壞、輕微破壞和基本完好；磚木結構房屋的破壞等級分為毀壞、破壞和基本完好（即將毀壞、嚴重破壞合并為毀壞，將中等破壞、輕微破壞合并為破壞，基本破壞保留），規定了房屋建筑破壞損失比的取值范圍，因此初步評估時可按表4選取陜南村鎮房屋破壞損失比（楊欽杰等，2016）。

微藻的培養是影響微藻生物質產量的又一關鍵因素。微藻的培養方式主要包括異養和自養兩種，部分藻種也可進行混合培養，培養過程中的主要影響因素有光照、溫度、營養、pH等[12]。多種光生物反應器可用于微藻自養和混合培養，主要分為開放培養和封閉培養兩類，包括開放池塘/跑道池、封閉池塘、封閉光反應器、塑料袋等，其中開放跑道池和封閉光反應器是較為經濟可行的方法[13]。

表4 磚木結構、磚混結構和框架結構破壞損失比（%）

2.3 村民抗震知識和抗震防災意識情況

村民抗震知識和抗震防意識調查情況統計如表5和表6所示。由表5和表6可知，陜南村民中有89%的村民了解地震，有21%的村民對房屋抗震知識有所了解，有15%的村民意識到房屋抗震的必要性，有14%的村民對房屋抗震有自己的看法。村民了解抗震知識的途徑匱乏，通過村鎮講座這一途徑了解的只占5%；而理解國家為保證房屋質量安全所頒布的抗震規范規定中的一些基本的強制性標準和要求的也只有64%。因此，本區域內大部分村民對地震是了解的，因為經歷過2008年的汶川地震，大多數人對于房屋抗震的必要性還是比較認可的，但是對房屋抗震知識的了解非常少，且途徑單一，說明政府宣傳普及抗震知識的力度不夠。大多數村民對于房屋的抗震設防都是遵從村鎮房屋建筑工匠的意見，缺乏專業知識的支撐，所以政府相關部門必須加快房屋抗震知識的宣傳，擴大宣傳途徑及范圍，讓更多村民了解房屋抗震的必要性和房屋的抗震設防知識，實施村鎮房屋抗震安居工程；同時應加強針對農村房屋抗震設防的相關法律法規和設計、施工規范的制定與政策宣傳引導。

表5 村民抗震知識情況統計表（%）

表6 村民抗震意識情況統計表（%）

2.4 村鎮房屋抗震概念設計情況

建筑抗震概念設計是指根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想，進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程（中華人民共和國住房和城鄉建設部等，2016）。在村鎮房屋的建造設計時要考慮建筑場地、抗震構造措施、建筑形體及其構件布置的規則性。

2.4.1 建筑場地選擇

建筑場地的地質條件與地形地貌對建筑物震害有顯著影響，合理選擇建筑場地，可以減輕建筑物的震害。文獻（中華人民共和國住房和城鄉建設部，2008）根據場地上建筑物的震害輕重，把建筑場地劃分為對建筑抗震有利、不利和危險的地段。依據文獻（中華人民共和國住房和城鄉建設部，2008）中建筑場地地段的劃分，對圖1和表1中確定的樣本縣、樣本鎮的房屋建筑場地地段情況進行了統計，結果如表7所示。由表7可知，不同樣本鎮的房屋所處的3種地段的比例差異較大：建造在危險地段房屋比例最高的為略陽縣郭鎮（36.9%）、比例最低的為旬陽縣雙河鎮（15.30%）；建造在不利地段房屋比例最高的為鎮坪縣兩河口鎮（60.4%）、比例最低的為鎮巴縣長嶺鎮（33.0%）；建造在有利地段的房屋比例最高的為旬陽縣金寨鎮（40.80%）、比例最低的為鎮坪縣峽口鎮（18.90%），這些數據說明陜南村鎮房屋所處的場地條件復雜，在進行陜南村鎮房屋設計建造時要精準確定房屋的場地條件、選擇場地類別并采用合理的地震動參數和有關的抗震構造措施。文獻（中華人民共和國住房和城鄉建設部等，2016）規定：“在選擇建筑場地時，宜盡量選擇對結構抗震有利的地段；盡可能避開對結構不利的地段；除非特殊需要，不得在抗震危險地段上建造工程結構”，由于陜南地勢地貌（丘陵、平壩和河川）復雜，村民建房時只考慮居住出行方便，多選擇依山沿路或傍水，不考慮建筑地段的地質災害危險性。因此，對陜南已建在危險地段的村鎮房屋，應考慮易地重建，這是因為危險地段的場地在地震作用下可能發生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等，導致地基失效引起上部房屋的倒塌損毀；對陜南已建在不利地段的村鎮房屋，應進行詳細的場地評價并采取相應的基礎隔震、消能減震或其它抗震加固措施，以保證建筑場地的穩定性；對陜南擬建在不利地段的村鎮房屋，應提出避開要求。

表7 村鎮房屋建筑場地劃分情況統計

2.4.2 建筑形體和結構布置

建筑設計應重視其平面、立面和剖面的規則性對抗震性能及經濟合理性的影響，宜擇優選用規則的形體，其抗側力構件的平面布置宜規則對稱，側向剛度沿豎向宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免側向剛度和承載力突變（中華人民共和國住房和城鄉建設部等，2016）。由于調查區域內村鎮房屋自行設計建造的比例為76.8%，村鎮工匠設計建造的比例為21.7%，正規設計建造的比例僅為1.5%，因此造成既有房屋平面上凹凸曲折不規則的比例為47.8%、立面上高低錯落不規則的比例為23%，門窗洞口布置過大不規則的比例為39%。這樣的房屋或因局部消弱或突變形成薄弱部位，產生過大的應力集中或塑形變形集中而破壞，或因質量中心與剛度中心不重合而在地震作用下發生扭轉破壞。

2.4.3 抗震構造措施

（1）墻體構造柱和圈梁

表8 砌體結構抗震構造措施統計表

由表8可以看出，圈梁和構造柱設置齊全的僅占26%，不同縣域內砌體墻體圈梁構造柱的設置情況比例不一致，這說明不同縣域村民的文化水平、經濟條件和抗震意識有差異，但總體情況為陜南村鎮居民沒有意識到圈梁和構造柱在提高砌體房屋抗震性能的重要性。文獻（中華人民共和國住房和城鄉建設部等，2016）要求處于抗震設防區的砌體結構必須設置圈梁和構造柱，這是由于圈梁是砌體房屋的一種經濟、有效的抗震措施：首先，設置圈梁后由于圈梁的約束作用，使縱橫墻可保持為一個整體的箱型結構，能有效地抵抗來自任何方向的水平地震作用；其二，圈梁作為樓蓋的邊緣構件，提高了樓蓋的水平剛度，使局部地震作用等能夠分配給較多的砌體墻來承擔，減輕了縱橫墻出平面破壞的危險性；再者，圈梁還能夠限制墻體斜裂縫的開展和延伸，使墻體的抗剪強度得以充分發揮和提高；此外，樓（屋）蓋處和基礎處的圈梁，可以減輕和防止地震時的地表裂隙將房屋撕裂而造成的破壞。構造柱能顯著提高墻體和房屋的延性，而房屋延性的提高能夠有效耗散輸入房屋的地震能量，即能有效提高砌體房屋的抗震能力，同時圈梁-構造柱能包圍砌體結構使之閉合成整體，即可有效提高房屋結構的極限承載力、變形和耗能能力，防止墻體倒塌，有效提高結構的整體性能和抗震性能（陳婧怡，2013）。

（2）鋼筋混凝土樓蓋、屋面板及有檁木屋蓋結構

陜南村鎮房屋樓（屋面）蓋（板）的類型統計如表9所示。由表9可知，調查區域內樓（屋面）蓋（板）的類型中存在一定比例的預制板，同時在調查中還發現這些構件與周圍構件的連接存在缺陷，如墻體沒有同時咬槎砌筑（如施工時留馬牙槎）無拉接措施、樓（屋面）蓋（板）與墻體無連接、檁條與山墻無錨固措施、硬山擱檁屋蓋將檁條直接放置在房屋橫隔墻和山墻上而無搭（連）接措施、椽條與檁條無搭（連）接措施以及屋面瓦無防梭措施等。這些部位的構件整體性差，在地震作用下易發生嚴重破壞或散落傷人，存在安全隱患。

表9 樓（屋）蓋的類型統計

3 結論

（1）陜南村鎮房屋的結構類型有生土結構、木結構、磚木結構、磚混結構和框架結構5類，其比例分別為11.6%、1.9%、23.5%、60.3%和2.7%。其中生土結構、木結構將逐步被拆除；框架結構為陜南村鎮房屋的新型結構類型；磚混結構是陜南村鎮房屋的主要抗震結構類型。

（2）陜南村鎮磚木結構、磚混結構和框架結構房屋在不同地震烈度影響下的破壞比顯示：隨著地震烈度的提高，結構的震害等級提高，且破壞比增大；磚木結構、磚混結構和框架結構破壞損失比顯示：某類房屋在不同破壞等級下修復或重建時的破壞損失比相同。

（3）陜南村鎮的地震動參數變化幅度大且所處的場地條件復雜。既有房屋所處的建筑場地地段分布不均，應分情況采取工程措施保證建筑場地的穩定性，并嚴格按照文獻（中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局等，2015）確定不同行政鎮的地震動參數設計建造上部結構。

（4）陜南村鎮房屋在建筑平立面布置、門窗洞口布置、建筑材料選擇、墻體圈梁和構造柱設置、構件之間的連接等影響房屋抗震性能的抗震概念設計方面存在缺陷。

（5）陜南村民的地震知識、了解地震知識的途徑、對抗震知識的理解運用、對房屋抗震設防必要性的認識，以及為保證房屋質量安全，對國家規定的一些基本的強制性標準和要求的接受程度等急需普及和加強，以便為推廣建設抗震農居奠定文化基礎。

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Investigation on Seismic Performance of Buildings in Rural Areas of Southern Shaanxi Province

Guo Guangling, Zhang Keqiang and Liu Xiping

(School of Civil Engineering and Architecture, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723000, Shaanxi, China)

Since buildings in rural areas are usually the worst case in the previous earthquake damage, improving their anti-earthquake performance is urgent and without any delay. Based on the seismic peak ground acceleration, characteristic period of the acceleration response spectrum of China Seismic Ground Motion Parameters Zonation Map (GB18306—2015), we taken 1,161 buildings in 54 villages of 18 towns of 6 counties in southern Shaanxi as samples, to conduct statistical studies on the structural type, the damage ratio and the loess ratio, in-site condition, the anti-seismic knowledges and disaster prevention awareness of the villagers and the seismic concept design of buildings. The results show that the structure of the houses in rural areas of southern Shaanxi is composed of earth structure, wood structure, brick-wood structure, brick-concrete structure and frame structure. Among these structures, the brick and concrete structure are the main anti-earthquake structure system in southern Shaanxi. These brick-wood structure, brick-concrete structure and frame structure have different damage ratio but the same loss ratio, under the effect of different seismic intensity. Meanwhile, The in-site condition of southern Shaanxi buildings in rural areas are complicated, and there still exists defects in the anti-earthquake design. The anti-earthquake awareness of the villagers needs to be improved urgently too.

Buildings in rural areas; Structure type; Seismic ground motion parameters; Seismic concept design; Seismic performance

郭光玲，張科強，劉喜平，2018．陜南村鎮房屋抗震性能調查研究．震災防御技術，13（1）：195—205．

10.11899/zzfy20180118

陜西省教育廳科學研究計劃專項項目（16JK1143）

2017-02-27

郭光玲，女，生于1973年。副教授。主要研究領域為建筑結構抗震檢測加固及試驗研究。E-mail：ggl750320@126.com