我國村鎮建筑震害調查與抗御措施

1主要問題是建筑材料的抗洪性1.1建筑場地審批、規劃、建設管理被協同中國大多數非建設用地和自然村沒有建設規劃，房屋審批與規劃、建設管理分離。在管理方面，技術法律法規的基礎不足。在行政方面，只對建筑場地進行了審查，不進行進一步的監督。這導致了大量空心村的形成，不僅占用了糧食和休閑用地，還浪費了現有的住宅用地。1.2土木墻房屋的抗震能力好,引起建筑震害由于農村民房是自主建造,何時建造,采用何種結構型式、何種建筑材料等,完全由房主根據自己的財力、傳統習慣等因素與建筑工匠議定,建房的隨意性大、傳統觀念強,給農村建筑帶來相當大的災害隱患。如大多數農民不知道在地震地區應對房屋進行抗震設防,不了解抗震防災技術措施。傳統的不科學做法主要表現在以下幾個方面:地基與基礎不牢固。一些房屋的基礎埋深淺(300~500mm),有的甚至僅在原地平整一下就砌墻。地基不均勻沉降導致墻體開裂現象較為普遍。承重墻體整體性差。墻體砌筑砂漿強度低,4~15號較為普遍(用手捻即碎);同一房屋用不同材料的墻片,縱橫墻交接處為通縫;有的墻體的土坯是立著碼砌的(圖1)。調查中發現,墻體砌筑用的粘結材料是飽和松散的粘土,用編織袋背到墻上填縫碼砌,基本沒有粘結作用(圖2)。只有一定稠度的粘土泥漿才能與砌塊粘結。西藏日喀則地區農村土木結構房屋,除了門窗洞口上下一丁一順砌筑外,其他部位墻體均為丁砌,有的墻體甚至是立砌,加之砌塊豎縫中基本沒有泥漿,所以處處幾近通縫,造成墻體松散、整體性極差。縱橫磚墻體不同時咬槎砌筑,連接較差。云南、河北、內蒙古等不少地區的農房采用內層土坯外層磚的里生外熟做法,由于材料規格和強度不同,導致墻體兩張皮,地震中破壞嚴重。如云南麗江地震和內蒙古西烏旗地震表明里生外熟墻體房屋的抗震能力甚至不如土坯墻房屋。圍護墻體與承重木構架(木柱)無拉接。木構架承重、土坯或磚圍護墻房屋,木構架與圍護墻之間無任何拉接措施,地震時,柔性的木構架與剛性的圍護墻因自振頻率不同相互碰撞,導致圍護墻倒塌、木構架歪斜或倒塌。圍護墻倒塌是木構架房屋最為普遍的破壞現象。房屋整體性差。樓屋蓋標高處沒有設置圈梁(混凝土、配筋磚圈梁或木圈梁);預制混凝土圓孔板樓、屋蓋在墻或混凝土梁上的板端鋼筋沒有拉接;柱腳石不嵌固(圖3)、穿枋對頭卯榫連接(圖4)、柱卯孔對柱子截面削弱過大等,這些問題的存在均加重了房屋震害。屋蓋系統的整體性(節點連接)差。檁條與屋架之間沒有扒釘連接;檁條與檁條之間連接差;屋架與柱之間沒有設置斜撐;屋架開間沒有設置豎向剪刀撐;山墻、山尖墻與木屋架或檁條沒有拉接;內隔墻墻頂與梁或屋架下弦沒有拉接等。片面追求大空間、大開窗,窗間墻寬度僅有490mm甚至370mm,這種現象在全國各地農村均較普遍。1.3空斗墻的駁岸空斗墻房屋是華東、中南一些地區村鎮廣泛采用的一種結構類型,從普通農村民居到鄉鎮政府辦公樓等公共建筑均有采用這種結構類型。一些沿海地區村鎮不僅是臺風經常登陸之地,也是抗震設防地區,如浙江蒼南縣、福建福鼎縣是6度抗震設防區。這些地區空斗墻房屋在砌筑方式等方面存在著嚴重的防災安全隱患。大部分地區空斗墻通常的做法是采用標準粘土磚,沿豎向有一斗一眠、三斗一眠、五斗一眠等砌筑方法,沿水平方向一般是一丁一順砌法。而浙江溫州、湖南等一些地區村鎮空斗墻沿豎向在一層內為全空斗砌法,除樓板下有一皮立砌實心磚外,整個層內在墻體厚度方向無眠磚拉接,沿水平方向一般為三順一丁,墻體為大空腔(厚度方向為170mm空腔),實際上是空殼墻。這種做法導致墻體自身的整體性很差。標準磚立磚斗砌墻體的有效抗剪截面積僅為厚度240mm實心磚墻的1/2。由此可見,我國農村地區房屋無論在房屋的整體性、墻體自身的整體性、屋蓋系統的整體性以及墻體與木構架的連接等方面均非常差,導致水平荷載承受能力很差,臺風都能吹倒,若遇6度以上地震或洪水、風暴的襲擊,其災害程度將十分嚴重。1.4瀾冀-阿姆斯特丹馬7.6級地震災害前后抗震措施應使用的費用在農村房屋防災方面國家和地方的資金投入主要是用于災后恢復重建,如云南省自1988年11月6日瀾滄-耿馬7.6級地震以來發生5.0級以上破壞性地震42次,國家和地方用于救災和恢復重建的費用分別為11.49億元和15.47億元,如果這些經費用于震前對房屋采取抗震措施,對提高農村房屋的抗震能力、減少地震人員傷亡和經濟損失將發揮重大作用。1.5建立防災抗災能力約束機制我國農村建房一直以來是個人行為,法律法規未于涉及,由于缺少防災減災管理約束機制,標準規范作用甚微。為了引導、鼓勵農民提高其房屋的防災能力,真正有效地規范農村防災能力建設,應當建立村鎮防災減災管理約束機制。建議中央和地方財政設立村鎮民居防災減災建設基金,即必要的抗災設防與加固專項費用,作為引導資金。只要有建房防災補助,就可以此為契機來規范和約束農村的建房行為。2村莊建筑抗強技術研究2.1結構構件結構的構造村鎮房屋的震害調查主要是了解房屋的破壞形態,了解結構構件的破壞原因,積累的宏觀經驗主要應用于房屋的抗震構造措施。而對房屋抗震性能的定量描述還應由試驗數據來確定。主要試驗研究內容與取得的成果如下:2.1.1主要抗震措施的實施效果由中國建筑科學研究院完成。試驗模型為采取抗震措施的單層足尺模型,在振動臺試驗中,除了采集模型房屋的自振周期、振型、阻尼比等特性參數外,還獲得了自墻體初始開裂到墻體嚴重開裂各階段所對應的地震加速度值(與烈度對應),驗證了主要抗震構造措施如墻體與木構架連接、設置配筋砂漿帶與配筋磚圈梁、木構架各節點拉結、豎向剪刀撐、斜撐、扒釘等在不同水平地震加速度作用下的抗震效果。試驗達到了預期效果,所采取的抗震措施可使生土房屋的抗震能力提高1~1.5度。試驗數據和結果為本規程木結構房屋章節有關條文的編制提供了依據。2.1.2抗側力性能試驗研究由長安大學建筑工程學院完成。對生土結構房屋進行了一系列生土承重墻體抗震性能試驗和材料強度試驗研究,先后進行了生土結構的土料、土坯、土坯砌體受力性能的試驗研究,1∶3縮尺模型的夯土墻體和土坯墻體在低周往復荷載作用下的抗震性能試驗研究,得到了從初裂到破壞各階段所對應的變形與荷載以及其他相關數據。該項試驗研究為本規程生土結構房屋章節有關條文的制定提供了依據。2.1.3擬靜力試驗模型由河北工業大學完成。分別進行了足尺的木構架無填充墻和有填充墻的模型在周期性往復荷載作用下的擬靜力試驗。得出了兩種模型的滯回曲線,以及屋架與木柱連接處的斜撐、鉛絲在墻體與木構架共同工作時的作用,這些數據為本規程的編制提供了依據。2.1.4土坯墻片物理力學由昆明理工大學完成。結合云南省農村民居地震安全工程,開展了云南農村民居地震安全工程典型土坯、土筑墻力學性能試驗研究。整個試驗分為土樣試驗、單塊土坯試驗、土坯砌體試驗和土筑、土坯墻片試驗四個部分,得到了土坯墻片從土樣、單塊土坯、土坯砌體到墻片的相關物理力學數據。該項試驗研究為本規程生土結構房屋章節有關條文的制定及“云南省農村民居地震安全工程技術導則(試行)”的編制提供了參考依據。2.2住宅災難后恢復重建的重要技術研究2.2.1災后簡易住房建造技術主要針對地震、風暴等自然災害,重點研究:受損住宅快速評估技術;災后簡易住房建造技術;受損住房加固技術,為村鎮住宅災后修復、加固與住區恢復重建規劃提供技術支持。2.2.2主要研究成果(1)防止屋蓋塌落措施整體性措施:采用配筋磚圈梁、配筋砂漿帶或木圈梁等措施。墻體抗倒塌措施:縱橫墻設拉結筋、山尖墻設墻攬、墻體與木柱設拉結筋等。防止屋蓋及其構件塌落措施:在屋架(木梁)與木柱之間設置斜撐;在屋架(木梁)與檁條之間、檁條與檁條之間、檁條與椽條之間,采用木夾板、鐵件、扒釘、8號鐵絲等拉結措施。(2)拉結構設計防止屋蓋及其構件塌落措施:在屋架(木梁)與木柱之間加設斜撐;在屋架(木梁)與檁條之間、檁條與檁條之間、檁條與椽條之間,增設木夾板、鐵件、扒釘、8號鐵絲等拉結措施。在村鎮住區災后恢復重建的規劃模式、規劃內容、與恢復重建有密切關系的重要調查內容等方面尚屬首次提出。(5)加固鋼筋混凝土圈梁、構造柱、加固措施的設計外加配筋砂漿帶加固措施不僅可滿足村鎮一、二層房屋地震、臺風的抗倒塌要求,其造價僅有城市建筑常用的外加鋼筋混凝土圈梁、構造柱加固措施的1/5~1/4左右;對于村鎮一、二層房屋,采用鋼絲網砂漿面層、素水泥砂漿面層可滿足地震或風暴對房屋產生的水平作用,而造價只有城市建筑常用的鋼筋網砂漿面層1/3左右,在經濟上是農戶可承受的。這些創新性技術措施已通過村鎮房屋5個模型的振動臺試驗進行了驗證2.3住宅結構維護加固的技術研究2.3.1既有村委會結構住宅加固技術研究(1)既有村鎮住宅結構維修與耐久性提升技術研究。針對既有村鎮典型的結構形式研究選擇適宜的結構老化與損傷維修技術,提高結構耐久性技術措施等。(2)既有村鎮住宅結構改造技術研究。研究既有村鎮典型結構住宅結構體系與構造措施的改造方法,以及新材料、新工藝、本地化材料及再生材料的應用等。(3)既有村鎮住宅地基基礎加固技術研究。研究村鎮住宅地基處理技術、典型結構住宅的地基基礎加固與病害處理技術等。(4)既有村鎮住宅抗災(地震、風)加固技術研究。研究現有加固技術應用于既有村鎮典型結構住宅加固的適用性以及相應的改進技術,典型村鎮住宅結構體系的抗震加固適用技術,風災區村鎮住宅的抗風加固專項技術等。對村鎮典型結構類型既有住宅提出抗震加固技術措施,為村鎮住宅抗震加固技術指南的編制提供基礎數據。2.3.2主要研究成果(1)磚墻加固前后抗拉力學性能采用角鋼-打包帶加固后,土坯墻體的開裂荷載比未加固墻體提高幅度為22.4%,極限荷載比未加固墻體提高了40.28%,破壞位移提高了35.50%,延性系數提高了128%。加固效果明顯。采用角鋼-打包帶加固后,磚砌體墻體的極限荷載比未加固墻體提高了33.87%,破壞位移提高了226%,延性系數提高了378%。加固效果明顯。采用角鋼-打包帶加固木結構土坯圍護墻房屋振動臺模擬試驗結果表明,8.75度中震情況下,墻體嚴重破壞,縱墻外閃非常嚴重,泥漿灰縫幾乎已全部破壞,土坯之間由于泥漿的破壞失去了連接,使墻體失去了整體性,但由于有打包帶的作用,房屋未發生倒塌破壞。加固效果良好。(2)墻體強度檢測采用配筋加強帶加固后,墻體的開裂荷載較未加固墻體有所提高,提高幅度為41.9%。極限荷載比未加固墻體提高了79.0%,破壞位移提高了141%,延性系數提高了256%。加固效果明顯。配筋加強帶加固砌體房屋振動臺模擬試驗結果表明,8.75度中震情況下,泥被劇烈晃動,窗間墻沿裂縫被剪切成獨立小柱,隨地震動移動,裂縫寬度達到3mm。其他墻體未出現嚴重破壞。加固效果良好。(3)垂直剪刀支撐、墻傾斜、鑄鐵、焊接加固技術采用配筋砂漿帶加強房屋整體性;設置豎向剪刀撐,山墻、山尖墻應采用墻攬與木屋架或檁條拉接加強屋蓋構件節點連接強度等。3村莊建筑防洪技術研究3.1山地農村建筑的防洪設計方法研究3.1.1主要研究內容(1)具有對水流的破壞作用的破壞模型為了了解山洪對山區鄉村房屋的作用機理,掌握水頭沖擊和水流力等對房屋的作用強度,在大連理工大學水工試驗室的波流槽中,對山區鄉村廣泛采用的既有房屋模型進行了水頭沖擊和水流力對房屋模型作用的試驗研究。(2)山地建筑的抗污染設計方法研究進行了幾十條河流坡降調查,得到坡度與流速的關系;根據試驗歸納總結獲得的水流阻力綜合影響系數K(3)洪水評價的觀和方主要在房屋抗洪評價內容、評價原則、外觀和內在質量、材料強度、結構體系、整體性連接構造、易引起局部倒塌的部件及其連接構造等方面提出了抗洪評價方法。(4)抗洪加固技術措施主要對房屋在加強結構整體性、加強墻體自身的整體性和強度、加強墻體與木構架的連接、加強屋蓋系統的整體性(節點連接)等方面提出了抗洪加固技術措施。3.2在山區農村房屋模型中的水流效應研究3.2.1試驗的目試驗期望獲得以下數據:3.2.2試驗模型和試驗在大連理工大學水工試驗室波流槽進行了108個工況試驗。試驗模型、水頭沖擊和水流作用試驗分別見圖5、圖6和圖7。3.2.3水平方向趨勢(1)在穩定流速作用下,建筑模型迎流面的壓力分布呈二次曲線分布,壓力值在水平方向趨勢為中間大兩頭小,豎直方向隨高度的增加而減小(包含靜水壓力)。(2)在穩定流速作用下,模型沿水流方向所受總合力隨著開洞率的增大而減小。因此,在設計和建造山區鄉村房屋時應考慮墻體的開洞率,以降低所受到的水流作用力。3.2.4計算水流反應的方法作用于墻體迎流面上的水流力標準值,可按下式計算:式中:F水流阻力綜合影響系數K4村莊建筑抗風技術研究4.1低碳房屋抗風技術研究4.1.1低壓建筑建造特性分析(1)通過對臺風災區房屋災害的現場調查,分析鄉村低層房屋在建筑材料、結構型式、傳統建造習慣等方面存在的問題,研究低層房屋在結構的整體性、節點連接等方面存在的抗風不足。4.1.2抗御臺風技術措施通過房屋臺風破壞現場調查和風洞試驗研究,經過歸納總結,本著“因地制宜、簡單有效、經濟合理”的原則,提出了村鎮房屋抗御臺風技術措施;提出了低層房屋墻體截面抗風受剪極限承載力驗算方法;編制了低層房屋抗風技術導則。村鎮房屋抗御臺風技術措施主要包括:加強房屋結構整體性措施;加強墻體抗倒塌措施;防止屋蓋及其構件塌落措施;以及裂縫墻體修補措施等。這些創新性措施可用于村鎮新建房屋的抗風設防和現有房屋的加固(1)塌措施及塌措施整體性措施:采用配筋磚圈梁、配筋砂漿帶或木圈梁等措施。墻體抗倒塌措施:墻體與木柱設拉結筋、縱橫墻設拉結筋、山尖墻設墻攬等。防止屋蓋及其構件塌落措施:在屋架(木梁)與檁