吉林省村镇抗震民居建造研究

刘 方,张久慧,窦立军,张奇志

(1.长春工程学院吉林省土木工程抗震减灾重点实验室,长春 130012;2.吉林省住房和城乡建设厅,长春 130051)

0 引言

我国是世界上遭受自然灾害最为严重的国家之一。近年来发生的几次破坏性地震、泥石流和洪涝灾害中,农村民居倒塌损毁是造成人员伤亡和财产损失的重要原因。

“小震致灾”甚至“小震大灾”是农村地震灾害的显著特点。这与农村民居选址不合理,建筑质量不高,抗震(灾)能力不强是有着密切关系的。

受经济条件的制约,吉林省农村民居绝大部分房屋未采取抗震设防措施,一旦发生破坏性地震,就会造成房倒屋塌,人民群众的生命财产就会受到严重威胁。为做好吉林省农村抗震防灾工作,指导农民建设具有抗震能力的房屋,吉林省住房和城乡建设厅和吉林省抗震防灾办公室组织长春工程学院土木学院以及吉林省抗震专家们共同编制了《吉林省村镇抗震民居建造指导图解》一书,该书适用于吉林省抗震设防区域内的镇乡(村)中一、二层农村砖房的建造。此科研项目被列为吉林省地方标准与标准设计计划(吉建函【2010】414号),出书3万册,免费发放到吉林省的大小村乡镇,它是一项实实在在的惠民工程。

1 吉林省村镇民居现状以及发展方向

吉林省共辖有长春、吉林、白山、四平、通化、辽源、白城、延边、松原共 1个自治州、8个地级市、18个县、20个县级市、3个自治区。一般村镇民居都是由当地泥瓦匠根据当地习惯建造,没有设计图纸,建筑材料往往是就地取材,没有监理以及质检,因而,建造质量难以保障,结构抗震更是无从谈起。根据国家对农村房屋建造的抗震要求,即 JGJ 161—2008《镇(乡)村建筑抗震技术规程》的1.0.4条的规定,抗震设防烈度为6度及以上地区的村镇建筑,必须采取抗震措施。那么根据2001年吉林省区划,省内共有629个乡镇处于抗震设防区域,其中抗震设防烈度为6度的乡镇有444个,占70.59%,抗震设防烈度为7度的乡镇有167个,占26.55%,抗震设防烈度为8度的乡镇有18个,占2.86%。

众所周知,吉林省是农业大省,工业实力不强,其综合经济实力在全国处于中下游水平。普通乡村百姓不缺粮食,但活钱不多,在农村自家建民房是天大的难事,尤其是建抗震防灾的房子更是闻所未闻。但是,近年来全球各地频发的大地震、海啸、龙卷风、洪灾、泥石流等自然灾害对房屋建筑和人类生命财产造成极大破坏和威胁,不得不发人深思,让人警醒。吉林省的永吉县2010年就遭受严重水灾,近几年省内又小震频发,因而灾后重建房屋以及新建村镇房屋急需政府倡导和大力推荐抗震房屋的建设。目前,国家还没有抗水灾、风灾和泥石流的建筑标准,而建造整体性较好的抗震房屋对于防治水灾、风灾和泥石流等自然灾害却有一定效果,所以,根据抗震规程建造具有抗震能力的房屋是目前村镇房屋建设的不二之选。

2 吉林省村镇抗震民居建造的结构类型

村镇民居多为1层或2层的建筑,因而可以遵照JGJ 161—2008《镇(乡)村建筑抗震技术规程》(后面简称“规程”)的要求进行建设,但是,如果村镇民居采用为3层或3层以上的建筑,就应该按照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》(后面简称“规范”)来建设。

抗震规程中有砌体结构、木结构、生土结构、石结构,共4种结构形式。接下来探讨吉林省可以采用哪些结构类型。

吉林省地处平原,石材匮乏,加之石材加工成易于砌筑的料石太麻烦,且石材的导热系数太大,冬冷夏热,不利于东北(严寒)的环保节能要求,因而不应采用石结构,只是利用石材优于砖材的抗冻融性能,将毛石用于基础用料。

吉林省的土质黏性无法与黄土高坡的土质相比,要靠加入稻草来增加黏性和防裂,而且生土墙强度太低,不要说抗震防灾,就是小小的老鼠都会在生土墙上随意开洞,因而,吉林省不采用生土结构。

吉林省虽有兴安岭和长白山的天然林木资源,但是为了环保,国家限制林木的采伐,加之木材极易着火和生虫,耐久性和防火性不好,考虑木结构是由木柱承重的,其维护结构排除了前面的石材和生土,就剩木材和砌体了,而木材又不防火耐久且资源匮乏,所以只有砖砌体来做维护结构。吉林省地处严寒地区,为了保温需要,外墙墙体厚度都在370 mm以上,即便是用非承重的砖砌体砌墙也可以轻松盖一两层的房子,所以没必要再用木柱子来承重。但是,省内农村林木较多的地区,房屋建筑时就地取材,多用三角形木屋架和瓦做屋盖,其防水性和耐久性都不错。

综上所述,吉林省村镇抗震民居建造的结构类型就可确定下来:基础采用毛石条形基础,墙体采用砌体结构承重,屋盖为钢筋混凝土屋盖或三角形木屋盖。

3 吉林省村镇抗震民居建造的标准

吉林省村镇抗震民居建造的标准是以拟建房屋所在地区的抗震设防烈度来确定的,而不是由震级决定的。

这是因为一次地震只有一个震级,但烈度并不止一个 ,离震中近的地方烈度高,破坏大;反之烈度低,破坏小。下面以唐山地震为例说明这一情况。1976年7月28日唐山大地震,震级为里氏7.8级,震中极震区恰好位于市区,烈度达到11度,震后一片废墟,全市死亡24.2万人,伤16.4万人,财产损失100亿元。这次地震中,离唐山40 km的宁河县烈度为9度;离唐山90 km的天津市烈度为8度;150 km外的北京受到的影响为6度;360 km外的石家庄有强烈震感,烈度为5度。因此说某房屋可抗7度(烈度7度)地震,这种说法较为科学。说抗7级地震就显得不够明确,因为一个7级地震是可以对应许多烈度的,所以,房屋抗震标准是以抗震设防烈度来确定的。

4 吉林省村镇抗震民居建造的措施

根据吉林省住房和城乡建设厅下发的吉林省乡镇抗震设防烈度区划一览表,查找拟建房屋所在地区的抗震设防烈度,再根据抗震设防烈度查找规范或规程中相应的抗震技术措施。如房屋层数和总高度限值,最小墙厚,房屋承重横墙最大间距,房屋局部尺寸限值,配筋砖圈梁最小纵向配筋以及砂浆强度和厚度,预制梁、板在支座上的支撑长度,配筋砖圈梁交接(转角)处的钢筋搭接做法,承重砖墙转角构造做法,后砌非承重隔墙拉结做法,双坡木屋盖的坡度、支撑体系及其连接、锚固等措施。

很多地区的地震表明,砌体结构的震害主要是墙体开裂倒塌,预制楼板脱离支座掉落。那么引起墙体倒塌的原因可能是震后砂土液化引起基础沉陷,或者是墙体承载力不足,或者是墙体拉结不够导致平面外失稳等。针对以上问题,可以选择在稳定基岩,坚硬土,开阔、平坦、密实、均匀的中硬土等有利地段建设。避开软弱土,液化土,条状突起的山嘴,高耸孤立的山丘,非岩质的陡坡,河岸和边坡的边缘,平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层(如故河道、疏松的断层破碎带、暗埋的塘浜沟谷和半填半挖地基)等不利地段。严禁在地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及发震断裂带上可能发生地表错位的部位进行建设。由于吉林省的冻土深度在1.3 m～2 m之间,所以基础埋深应该置于冻土深度以下。基础圈梁可以采用现浇的钢筋混凝土圈梁,能够提高房屋的整体性,防止地基的不均匀沉降,做法见图1。楼层标高处可以适当放宽,设置配筋砖圈梁即可,做法见图2和图3。

图1 基础做法

图2 预制楼盖配筋砖圈梁做法

图3 现浇楼盖增筋替代圈梁做法

采用配筋砖圈梁或在转角和连接处设置墙体拉结钢筋,以增加砌体的延性。如果能够设置一些构造柱,则抗震效果会更好。由现浇钢筋混凝土圈梁、构造柱、楼(屋)盖所形成的砌体结构,其整体性是最好的。做法见图4至图6。

图4 构造柱与墙体拉结做法

图5 承重砖墙转角构造做法

图6 后砌非承重隔墙拉结做法

由于木屋盖与下部砌体结构是2种不同的结构体系,所以要保证其协同工作能力,那么它们的连接以及三角形木屋架的自身稳定性就显得尤为突出。木屋盖的自重较轻,容易遭受风灾破坏,因此,木屋架房屋宜采用双坡屋盖,且坡度不宜大于30°。木屋架在墙上的最小支承长度为240 mm,支座处铺设木垫板。木垫板下应铺设砂浆垫层,木垫板与木屋架之间应采用铁钉或扒钉连接。为了保证传力路径的合理性,山墙处应优先选择放置屋架,其次才是硬山隔檩(比放屋架经济)。如果采用硬山隔檩须要采用墙揽以加强屋盖与墙体的拉结。做法见图7～图10。当抗震设防烈度为8度时不应采用硬山隔檩屋盖,因为硬山隔檩屋盖与墙体共同工作能力差。

图7 木屋架支撑体系(剪刀撑)做法

图8 山墙、山尖墙的墙揽设置示意图

图9 木屋架在墙上支承示意图

图10 内隔墙墙顶与屋架下弦拉结示意图

5 结语

2011年是我国十二五规划的第一年,大力开发村镇抗震民居建设,推广技术、普及知识、抗震防灾、利国利民。通过对吉林省村镇抗震民居建造的研究,可以向具有同等条件的东北三省进行推广和普及。

[1]JGJ 161—2008,镇(乡)村建筑抗震技术规程[S].

[2]刘方,张久慧,窦立军.吉林省村镇抗震民居建造指导图解[M].长春:吉林科学技术出版社,2011:1-110.