張家口蔚縣農村房屋抗震性能調查及統計分析1?

2019-07-28 18:22:22馬旭東劉曉丹茅遠哲關恒瑜劉賈賈劉志輝

震災防御技術 2019年4期

馬旭東牛露劉曉丹劉龍茅遠哲關恒瑜劉賈賈劉志輝

（河北省地震局，石家莊 050022）

引言

中國是世界上地震多發、災害損失嚴重的國家之一，房屋破壞是造成地震災害損失的主要原因之一。尤其是在廣大農村地區，由于歷史、經濟等原因，房屋抗震性能普遍較差，使得農村地區由于房屋破壞造成的地震災害損失尤為嚴重。汶川地震、玉樹地震和魯甸地震等震害表明，房屋結構類型、房屋所處地形條件和房屋建筑質量決定了房屋的抗震性能，磚混結構房屋抗震性能明顯優于磚木結構房屋和土木結構房屋；山地地形對地震波具有放大作用，房屋破壞明顯嚴重；經濟較好和交通較發達的地區，房屋建筑質量明顯高于其他地區。

張家口蔚縣位于恒山、太行山和燕山交匯處，地形地貌豐富，南部為高聳山地，中部為河流沖積谷地，北部為低矮黃土丘陵，3 種地形占比基本相同（見圖1）。蔚縣地處蔚-廣盆地東部，境內發育有蔚-廣盆地南緣斷裂、壺流河斷裂、大灣-暖泉斷裂和右所堡-松枝口斷裂，其中蔚-廣盆地南緣斷裂最活躍、規模最大，最新活動年代為Q4。該地區具備強震發生構造背景（王林等，2011；陳紹緒等，2003），歷史上地震活躍，發生過1581 年534級地震、1618年612級地震、1911 年5.9 級地震等強震（國家地震局震害防御司，1995）；該地區至今小震頻發，2011 年以來，小震群活動頻次明顯增加，如2013 年8 月22—25 日蔚縣共發生地震13次，ML為0.4—3.2（譚毅培等，2014）。

圖1 蔚縣地形及調查點分布 Fig.1 Distribution map and survey points in Yuxian area

賈曉輝等（2016）和呂國軍等（2016）對蔚縣及周邊地區農村房屋抗震性能進行調查研究，認為該地區房屋結構不合理，房屋抗震性能差，給出了房屋自身抗震薄弱環節及抗震措施建議。劉曉丹等（2018）研究地理位置與建筑結構類型的關系，但未結合地形、經濟等因素對房屋狀況進行綜合分析。筆者對蔚縣農村房屋現狀進行抽樣調查，主要調查房屋結構類型及建筑特點，涉及人口、戶數、經濟狀況、交通狀況等信息。結合各調查點所處地形條件及村民抗震設防意識等對蔚縣農村房屋結構特點及抗震性能進行分析，并給出抗震設防建議。

1 現場調查

1.1 調查概況

主要對張家口蔚縣21 個鄉鎮農村房屋展開調查，每個鄉鎮平均抽取2 個自然村，以調查問卷的形式逐戶調查，僅以主房作為調查對象，配房由于多用于堆放雜物不列入調查范圍。共調查43 個自然村（見圖1），累計調查房屋7732 棟。

1.2 調查結果

本次調查共發現存在窯洞、土木、磚木和磚混4 種結構類型房屋。另外，調查中發現相當數量的房屋為“兩重皮”，即墻分2 層，內部為土坯、外部為磚，土坯承重，磚僅起裝飾保溫作用，將其歸入土木結構。調查點各類結構房屋數量如表1 所示。

表1 各類結構房屋數量調查結果 Table1 Results of the survey of various structural types of rural buildings

續表

由表1 可知，蔚縣農村房屋主要為土木、磚木結構，土木結構房屋占比約為65%，磚木結構房屋占比約為33%，窯洞占比約為2%，磚混結構房屋占比不足0.04%。土木結構中“兩重皮”房屋超過一半，多于磚木結構房屋。經濟因素是造成此結果的主要原因，但村民抗震意識薄弱也是重要原因之一，該地區冬季時間長、氣溫低，大部分村民修建房屋時將保暖放在第一位，并未考慮抗震設防要求，近期新建的磚木結構房屋也未采取任何抗震措施。

2 房屋結構特點及抗震薄弱環節

2.1 窯洞

窯洞為土坯結構，多建于20 世紀80 年代前，且均為單層多空窯洞，有靠山式和獨立式2 種。墻體及屋頂均為土坯，土坯一般就地取材，如圖2（a）所示。此類房屋抗震性能極差（賈曉輝等，2016；呂國軍等，2016；劉曉丹等，2018）。

窯洞抗震薄弱環節為：①經長期風吹雨打后土坯粘度減弱，抗震性能削減嚴重；②獨立建造的窯洞由于土坯粘度有限，在地震中后墻外閃，發生破壞。

2.2 土木結構

土木結構房屋是蔚縣農村主要的房屋類型，占比達60%以上，均為20 世紀90 年代前建造。此類房屋以生土墻作為承重墻，木屋頂結構，部分房屋在屋頂檁條下方設有木柱支撐，建造時先搭木屋架再砌筑生土墻，如圖2（b）所示。此類房屋抗震性能差（賈曉輝等，2016；呂國軍等，2016；劉曉丹等，2018）。

圖2 各結構類型房屋 Fig.2 Photos of various structural types of rural buildings

土木結構房屋抗震薄弱環節為：①抗震性能主要取決于房屋各部位連接的牢固程度，大量房屋縱橫墻墻角連接處嚴重開裂，如圖3（a）所示，由于連接不牢固，墻體在地震中易外閃倒塌；②當地村民為滿足采光需求，前墻門窗開洞過大，如圖3（b）所示，削弱墻體的整體強度；③為追求美觀及良好的保溫性能，存在大量“兩重皮”房屋，如圖3（c）所示，此類房屋外部雖有一層磚，但通常與內部土坯墻體無有效連接，且由于未改變房屋結構，仍以土坯承重，外層的磚僅起美觀和保溫作用，對抗震沒有任何作用，抗震性能較老式土坯民居差，如1998 年張北地震時，大多數此類房屋外磚倒塌，造成破壞。

2.3 磚木結構

磚木結構房屋也是蔚縣農村主要的房屋類型，占有一定比例，多建造于20 世紀90 年代。此類房屋多數為石砌或磚砌基礎，墻體用磚砌筑，黏土或石灰勾縫，前墻開窗，窗上有混凝土過梁或木過梁，木屋頂結構，如圖2（c）所示。該地區磚木結構房屋多數為人字坡和單坡屋頂，無圈梁、地梁、構造柱等抗震構造措施。此類房屋抗震性能一般，稍優于土木結構房屋（賈曉輝等，2016；呂國軍等，2016；劉曉丹等，2018）。

磚木結構房屋抗震薄弱環節為：①絕大多數為重屋頂，屋頂與墻體之間連接不夠緊密，如圖3（d）所示，整體穩定性較差，地震時可能由于墻體外閃塌落導致房屋整體坍塌；②屋頂存在單坡結構，后墻一般較前墻高1—2m，形狀不規則，如圖3（e）所示，地震時后墻易外閃坍塌；③屋頂檁條未采取任何連接措施，直接置于磚墻上，且檁條與山墻外側基本齊平，凸出部分也未與山墻進行有效連接，如圖3（f）所示，地震時檁條會抽出，導致屋頂坍塌。

圖3 各類房屋抗震薄弱環節 Fig.3 The weak links of seismic design

3 經濟、意識與房屋結構類型及抗震性能的關系

調查表明，蔚縣農村主要經濟來源包括種地、打工、特色農業等，只有種地一種經濟來源的村莊收入最低，擁有特色農業（如種杏、養殖等）的村莊收入最高。將只有種地作為經濟來源的村莊歸為收入一般，將包含其他經濟來源的村莊歸為收入較好。本次調查中，收入一般村莊23 個，共有房屋2904 棟；收入較好村莊20 個，共有房屋4825 棟（見圖4）。

由圖4 可知，收入一般的村莊土木結構房屋約占77.86%，磚木結構房屋不足20%，尚存在一定數量的窯洞；收入較好的村莊土木結構房屋約占56.62%，磚木結構房屋約占43.07%，很少見窯洞。調查發現，該地區收入較好的村莊中“兩重皮”房屋在所有土木結構房屋中的占比超過60%，而收入一般的村莊“兩重皮”房屋占比超過30%。在與當地村民交流過程中發現，該地區冬季平均氣溫較低，因此村民在修建房屋時，優先考慮房屋保暖性能，其次考慮房屋美觀程度，最后考慮房屋抗震性能。因此大量村民修建房屋時都選擇在原有土木結構房屋外層加蓋一層磚墻，以提高保暖性能和美觀程度，但此類房屋抗震性能較差。

圖4 經濟、意識與房屋結構類型的關系 Fig.4 The relationship between economic, consciousness and building structure

通過以上分析可知，收入越好的村莊，房屋整體抗震性能越好。但該地區村民抗震設防意識普遍薄弱，如增強其抗震設防意識，該地區房屋抗震性能可大幅提升。

4 地形與房屋結構類型及抗震性能的關系

蔚縣境內地形豐富，南部山地面積1141km2，占全縣面積的35%，平均海拔1500—2000m，最高2882m；中部谷地面積988km2，占全縣面積的31%，海拔900m 左右，中部有壺流河穿過；北部丘陵區面積1118km2，占全縣面積的34%，平均海拔1000—1500m，相對高度小于500m。

調查表明（見表2），磚木結構房屋在谷地地區占比最高，為35.7%，在山地地區占比最低，僅為12.6%；窯洞全部出現在丘陵地區，但占比不高，僅為5.6%。可知，山地地區房屋整體抗震性能最差，谷地地區房屋整體抗震性能最好，丘陵地區由于有窯洞分布，整體抗震性能稍差于谷地地區。導致此現象的主要原因是，位于山地地區的村莊主要經濟來源只是種地，收入一般，受經濟狀況限制，沒有資金翻蓋房屋，因此絕大部分房屋為土木結構，抗震性能差。

表2 不同地形地區各類房屋結構占比 Table2 The proportion of different building structures in different topography

5 交通與房屋結構類型及抗震性能的關系

蔚縣境內有109 國道、112 國道、342 省道3 條主要道路，房屋結構類型與村莊所在位置交通狀況有很大關系。由于不同地形道路交通狀況存在差異，本次調查記錄每個調查點至主路的行車時間，行車時間越長交通狀況越差。

調查表明（見圖5），交通狀況越差的村莊土木結構房屋占比越高、磚木結構房屋占比越低，房屋整體抗震性能越差。如條子溝村至109 國道的行車時間約為1h，村里土木結構房屋占比高達90% ，磚木房屋占比僅10%；東北江村至342 省道的行車時間僅為5min，村里土木結構房屋僅占16%，磚木結構房屋占84%。導致這種現象的原因有：①由于交通不便，道路崎嶇、狹窄，建房所用材料基本靠就地取材，磚和水泥運輸成本較高；②村里年輕人大多外出，不再回來居住，村莊開始敗落。因此，這些村莊老舊土木結構房屋占比較高，抗震性能差。