西北地区农村民房现状及抗震技术研究

王兰民 ，王 强

（1.中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州 730000；2.中国地震局黄土地震工程开放实验室，甘肃兰州 730000；3.甘肃省岩土防灾工程技术研究中心，甘肃 兰州 730000）

西北地区农村民房现状及抗震技术研究

王兰民1，2，3，王 强1，2，3

（1.中国地震局兰州地震研究所，甘肃 兰州 730000；2.中国地震局黄土地震工程开放实验室，甘肃兰州 730000；3.甘肃省岩土防灾工程技术研究中心，甘肃 兰州 730000）

在对西北地区农村民房实地调研的基础上，根据承重结构、建筑材料和工艺的不同，将其划归为生土墙体承重房屋、砖砌墙体承重房屋、木构架承重房屋和混合承重房屋。研究表明，不同类型房屋分布具有明显的区域性和年代特征，抗震性能差异较大，但均存在不同程度的地震安全问题；提高西北地区农村民房的抗震能力，需要加快实施农居地震安全工程，加快危房的拆除重建和抗震加固工作，开展民房抗震技术研究，推广抗震农居。

西北地区；农村民房；结构类型；现状；抗震技术

引言

据不完全统计，自1949年以来，我国西北地区发生6.0级以上地震96次，其中，6.0～6.9级破坏性地震81次，7.0～7.9级大地震14次，8.0级以上特大地震1次，地震活动呈现出频度高和强度大的特点。加之长期以来，该地区经济发展相对落后，农村人口居多，村民防震减灾意识较为淡薄，房屋抗震能力普遍较差，使得地震致灾多以农村地区民房破坏为主，并伴有巨大经济损失和大量人员伤亡。历史震害表明[1～3]，该地区民房遭遇6级以上地震即可造成大量的房屋倒塌和人员伤亡，相比较同时期遭遇大地震的日本、智利农村，其抗震减灾能力极其落后，亟需得到各级政府部门和科学研究人员的重视与关注。本文在对西北地区农村民房实地调研、灾后考察和相关研究工作的基础上，全面介绍了西北地区不同结构类型农村民房的抗震设防现状，并对其存在的地震安全问题和相应的抗震技术进行分析和总结，可以为我国西北地区农村民房的防震减灾工作提供一定的技术支撑。

1 主要结构类型

长期以来，我国西北地区农村民房建设未能纳入国家抗震设计规范，通常由村民自行设计建造，建筑材料、结构类型和平立面布局具有显著的地域性。根据房屋承重结构和建筑材料的不同，西北地区农村民房主要结构类型可归为如下4类。

1.1 生土墙体承重房屋

生土墙体承重房屋的屋顶以上全部荷载由生土墙体承受，墙体砌筑材料采用当地天然土体，不经过焙烧，采用简单的物理加工制成，如重锤夯筑、模具成坯和直接开挖。房屋类型主要包括土坯房、夯土房和窑洞。

（1）土坯房 （图1），由土坯砌筑墙体和木屋盖构筑，多为2～3间的单层建筑。墙体多采用土坯立砌，土坯层间有泥浆粘结，砌筑完成后墙体外侧泥浆抹面。木屋盖通过梁、檩和椽直接搁置在土坯墙体上，坡面多为平屋顶。

（2）夯土房 （图2），由夯土墙体和木屋盖构筑，多为3间左右的单层建筑。墙体取当地天然土料，逐层均匀洒水充分浸润后，放入木夹板模具内，逐层分段夯实而成。墙体厚度、强度随不同地域的制作习惯和土料不同而存在差异。木屋盖通常采用纵墙搁梁和硬山搁檩，坡面有一坡水或两坡水屋顶。

（3）窑洞，根据制作工艺不同分为砌筑式土坯拱窑 （图3）和开挖式黄土窑 （图4），其中开挖式黄土窑又分为崖窑和地坑窑。砌筑式土坯拱窑的屋顶由土坯砌筑成拱形，拱脚下承重墙体多为厚度较大的夯土墙，少量采用土坯墙体，土坯拱窑的前后脸非承重墙体多采用土坯墙体。开挖式黄土窑多在黄土沟谷崖边或黄土坡坎直接开挖成拱形崖窑，或在地坑侧壁开挖成拱形地坑窑，其开挖尺寸多为高2.5～3.5 m、开间2.5～3.0 m、进深3.0～12.0 m之间不等。

图1 土坯房Fig.1 Adobe house

图3 砌筑式土坯拱窑Fig.3 Adobe arched cave-dwelling

图2 夯土房Fig.2 Rammed-earth house

图4 开挖式黄土窑Fig.4 Loess cave-dwelling

1.2 砖砌墙体承重房屋

砖砌墙体承重房屋的楼盖或屋顶以上全部荷载由砖砌墙体承受，无木柱、钢筋混凝土圈梁和构造柱措施，多为2～4间的单层建筑，少量为两层建筑。根据屋盖结构采用木制构件和现浇或装配式钢筋混凝土构件的不同，可分为砖木结构和砖混结构房屋。其中，砖木结构多采用两坡水木屋顶 （见图5），少数地区采用一坡水木屋顶，砖混结构则为平屋顶 （见图6）。

图5 砖木结构房屋Fig.5 Brick-timber house

图6 砖混结构房屋Fig.6 Brick-concrete house

1.3 木构架承重房屋

木构架承重房屋由木构架承受屋顶及其它上部荷载，采用夯土墙、土坯墙或砖墙作为非承重围护或部分承重，少量采用木板作为围护墙或隔墙，多为3～4间的单层或两层建筑，且多采用两坡水木屋顶。根据木构架构造可分为简单木构架和正规木构架承重房屋[4]。

（1）简单木构架承重房屋，木柱与梁或三角木屋架通过暗榫连接，梁上直接搁檩形成平顶木构架，见图7。或梁上立放不同高度的瓜柱，瓜柱上搁檩形成坡屋面，见图8。这两种木构架形式的房屋多为单层建筑，通常较为矮小。

图7 木柱平屋顶房屋Fig.7 Wooden supported flat-roof house

图8 木柱坡屋顶房屋Fig.8 Wooden supported pitch-roof house

（2）正规木构架承重房屋，即为穿斗木构架承重房屋，多为两层建筑。每榀木构架有3～5根木柱，木柱顶部、中部有穿枋连接，构架上部的短立柱也用穿枋连接，檩与承重木柱采用榫接，见图9。这类木构架的整体性好，构件之间连接牢固，木构架嵌入墙体或与围护墙体之间留有30～50 cm的间距，见图10。

图9 穿斗木构架Fig.9 Through type timber frame

图10 穿斗木构架房Fig.10 Through type timber-framed house

1.4 混合承重房屋

混合承重房屋是指由采用不同材料的建筑构件共同承受上部屋顶荷载的结构形式。常见有砖柱土坯房和钢筋混凝土砖房。

（1）砖柱土坯房是由砖柱和土坯墙体共同承受上部屋顶荷载的房屋。房屋主体部分由土坯墙体组成，梁或三角屋架下部砌筑嵌入式砖柱，屋顶上部荷载通过梁或三角屋架传递到承重砖柱、檩两端荷载由土坯山墙支撑。该类房屋以单层居多，房屋矮小，见图11。

（2）钢筋混凝土砖房，楼板及屋顶上部荷载由砖墙、钢筋混凝土构造柱共同承受，层高多为1～2层。这类房屋多未经过正规抗震设计，由具有一定建筑经验的工匠根据房主的建筑要求和实际经济条件进行设计建造，当经济条件不能满足建筑要求时，常出现钢筋混凝土圈梁和构造柱截面尺寸小、钢筋过细、圈梁不闭合，门窗开洞过大且无过梁等问题，存在较多的地震安全隐患，见图12。

图11 砖柱土坯房Fig.11 Brick-columned adobe house

图12 钢筋混凝土砖房Fig.12 Reinforced concrete-brick house

2 区域分布及年代特征

农村民房是人类生存智慧和文明进步的体现，其建筑材料、施工工艺、结构特征和性能用途总是与当地的地理环境、人文风俗、生活习惯和经济发展相联系，并与之相适应，体现出人与生态的天然合一。因此，不同结构类型的民房分布呈现出明显的区域性和年代特征。通过对西北五省农村民房的实地抽样调研，初步得出5种主要结构类型民房在西北地区的区域分布和年代特征。

（1）生土墙体承重房屋具有就地取材、易于建造、造价低廉、干旱条件下耐久性较好等优点。因此，在我国经济相对落后、干旱少雨和林木匮乏的西北地区大量存在，广泛分布，且房屋年代较老，多建于上世纪80年代以前。随着农村经济的发展，这类房屋逐渐被抗震性能较好的砖木和砖混结构房屋所代替。目前，在新疆、青海、宁夏、甘肃和陕西境内的秦岭山系以北地区，仍有50%以上比例的生土墙体承重房屋存在。

（2）砖砌墙体承重房屋是生土墙体承重房屋在建筑材料方面的改进。由于砖砌墙体承重房屋具有施工方便、整洁美观、抗震性能好等优点，随着农村经济状况的改善，农民逐渐趋向选择这类房屋，取代老旧的土坯房、夯土房和窑洞。砖砌墙体承重房屋的出现始于上世纪80年代前后，随后逐渐增多，尤其是近年来开展的农居地震安全工程、新农村建设和灾后恢复重建工程中大量采用这类结构，在整个西北地区所占比例较高，且呈增长趋势。

（3）木构架承重房屋由于对建筑木材的需求，限制了其分布区域主要集中在林木丰富的秦岭山系以南地区，如甘肃天水、陇南、合作和陕西汉中、安康等地区。这类房屋具有良好的抗震性能，同时具有冬暖夏凉、节能环保的优点，是一种具有良好抗震性能的生态农居，至今仍为广大农民所首选建造。因此，这类房屋在林木地区仍数量居多，且房屋年代跨度较长。

（4）混合承重房屋主要包括砖柱土坯房和钢筋混凝土砖房，两类房屋类型仅是在承重形式上相似，但其结构性能、区域年代特征存在明显差异和区别。砖柱土坯房是土坯房向砖砌承重墙体房屋过渡中的产物，农民限于资金不足，仅在墙体承重部位砌筑强度高、耐久性好的砖砌承重柱体，这类房屋在土坯房分布的新疆、青海、宁夏、甘肃和陕西北部地区不同数量的存在。钢筋混凝土砖房是乡村城镇化过程中的产物，农民在追求城市生活的过程中，模仿建造城镇钢筋混凝土楼房，主要开始于本世纪初。这类房屋在西北各地农村均零星分布，并随着经济发展而增多，尤其是近年来在经济条件较好的地区呈增多趋势。

3 抗震性能及技术措施

农村民房的区域分布及年代特征表明，各种类型民房与所在区域的自然环境极具和谐性。但是，这种和谐是在某种程度上忽视小概率地震事件的情况下建立的，民房抗震性能与当地抗震设防烈度不相应，而且绝大多数低于所在地区的抗震设防烈度。加之长期以来，我国农村地区房屋建设缺少政府监管和技术指导，不同结构的农村民居抗震性能存在较大差异，且均不同程度地存在地震安全问题。

3.1 生土墙体承重房屋

在建筑材料性能、施工技术和结构构造方面，土坯房、夯土房和砌筑式土坯拱窑自身存在不利于抗震的因素，如土坯和粘结泥浆强度低、土坯砌筑工艺不当、夯筑墙体的结构薄弱面、纵横墙体间无拉接措施、屋盖梁檩与承重墙体间无固定措施、土木材料地震响应差异大等地震安全问题，使得上述结构类型的房屋往往表现出很差的抗震能力。历史震害表明[5]，V度时老旧房屋开始出现破坏；VI度时，土坯房和夯土房多数基本完好，土坯拱窑少数基本完好或轻微破坏，少数达到中等破坏，个别老旧房屋严重破坏；高于VII度时，多数达到中等破坏至倒塌毁坏，同时造成大量的财产损失和人员伤亡。

由此看出，传统工艺建造的生土建筑抗震性能较差，存在极大的地震安全隐患。但是，当采取适当的抗震技术措施时，其抗震性能可以得到显著的改善提高。国内外学者对此开展了大量的研究工作[6、7、8]，相关抗震技术措施有：（1）改进土坯和夯土墙体的力学性能，往土坯和夯土墙体中加入柔韧性掺和料，如松针、麦秸草，可以提高其抗剪强度和变形能力。（2）改进墙体的砌筑工艺，采用平砌方式砌筑土坯墙体，以充分利用土坯平压强度高于卧压和立压强度的特点。夯土墙体施工时在水平接缝和竖向对接缝处加竹片、木条等拉接构件加强。（3）改进墙体的整体性和变形能力，在墙体顶部加木圈梁，或应用竹竿和竹片置入墙体内形成约束体系，或在墙体外部加铁丝网包裹。

开挖式黄土窑洞由于开挖产生的围岩压力，通常由黄土体自身承担，而不设置受力支撑措施。因此，开挖式黄土窑洞的稳定性需要充分利用黄土的力学强度、空间拱形结构和有利的选址位置。历史震害表明[5、9、10]， VI度区，仅有个别窑洞由于窑脸部位土体遭风化雨蚀后强度降低，出现局部土块崩裂，塌落；VII度区，少数窑洞洞体出现局部掉土，个别窑脸局部塌落；VIII度区，少数窑洞的窑顶局部塌落、窑脸局部坍塌；IX度区，少数窑脸坍塌，个别窑洞洞体部分塌落或塌实；X度区，窑脸普遍坍塌，少数窑洞洞体部分塌落或塌实。可以看出，开挖式黄土窑洞的抗震性能优于当地其它生土墙体承重房屋。

开挖式黄土窑洞的抗震性能很大程度上取决于黄土崖的地震稳定性[9]。因此，开挖式黄土窑洞应避开潜在滑坡地带和孤立突出地形的山体，选择土质致密坚硬、呈水平节理的黄土崖体开挖。对于土质疏松或垂直节理发育的窑洞体，应对洞体做衬砌支撑，并在洞门两侧设置砖、石垛支撑，以增强开挖后洞体的稳定性。

3.2 砖砌墙体承重房屋

砖砌墙体是一种脆性结构，抗压强度高，但抗剪、抗拉、抗扭强度低，且延性较差，其抗震性能受砌筑砂浆、砌筑方式、砌筑质量、墙体厚度、构件之间的连接加固措施等因素影响。农村砖砌墙体承重房屋大多由村民自行建造，没有经过正规的抗震设计，缺少必要的抗震技术措施，存在各种地震安全问题，如平面布局不合理、墙体砌筑质量差、门窗开洞不合理、受力集中部位或不同构件之间缺少必要的加固措施等，致使农村自建砖砌墙体承重房屋地震作用下表现出不同程度的破坏。历史震害表明[11]，VII度区，多数砖砌墙体承重房屋基本完好或轻微破坏，少数中等破坏，个别严重破坏；VIII度区，多数轻微破坏或中等破坏，少数基本完好或严重破坏，个别毁坏；IX度区，大多数中等破坏或严重破坏，少数毁坏，个别轻微破坏；X度区，普遍严重破坏或毁坏，个别中等破坏。由此看出，农村自建砖砌墙体承重房屋在VII度区内基本不会发生严重破坏或倒塌，可以满足抗震要求。但高于VIII度区时，开始出现不同程度的严重破坏或毁坏。

已有研究表明[12]，当采取一定的抗震技术措施后，砖砌墙体承重房屋可以满足基本烈度VIII度抗震设防要求，表现出良好的抗震性能。主要的抗震技术措施如下[13]：（1）通过提高砂浆标号、增加墙体厚度、设置墙体扶壁砖垛、采用配筋砖砌体等技术措施，提高改善砖砌体的抗剪、抗拉、抗扭强度和延性性能。（2）通过采取圈梁构造柱、纵横墙体水平拉筋、结构构件间的锚固连接措施等，提高房屋的整体性能。（3）通过采取合理的房屋平面布局、设置门窗过梁、减小门窗开洞尺寸、梁檩下设置垫块等技术措施，避免地震作用下墙体受力集中部位的破坏。

3.3 木构架承重房屋

木构架承重房屋的木构架承受屋顶及上部荷载，墙体主要起分隔和围护作用，木构架的稳定性对房屋抗震性能起主要作用。正规木构架的柱、檩、穿枋之间采用卯榫形式连接成框架结构，该结构继承沿袭了古代木结构建筑的传统工艺，具有平面规则、竖向多层隔震、斗拱减震和卯榫连接耗能等优点[14]。因此，正规木构架承重房屋是一种具有良好抗震性能的房屋。与之相比，简单木构架则不具有上述优点，抗震性能相对较差，地震中破坏也较为严重。汶川地震震害考察表明，VIII、IX度区，木构架承重房屋的震害通常是围护墙体的破坏较为严重，表现为不同程度的墙体开裂、倾斜或倒塌，木构架则大多基本完好或轻微破坏，仅出现局部断榫、脱榫或柱脚滑移等，但屋架并未倒塌，表现出良好的抗震性能。

文献[15、16、17]对木构架承重房屋的抗震加固开展了试验研究，并提出了具体的抗震技术措施，可归纳为如下2个方面：（1）增强木构架的整体稳定性，采用扒钉、螺栓、铁件或斜向木撑等措施增强木构件之间的连接强度，提高其整体性和变形耗能能力；（2）减小地震作用惯性力和构件间的相互作用力，采用轻型屋盖减小地震作用惯性力，或在木构架与墙体之间预留间距以避免产生相互作用力。

3.4 混合承重房屋

砖柱土坯墙混合承重房屋是一种抗震性能较差的结构类型，其结构构造上存在不利于抗震的因素，如采用两种力学性能差异较大的砖柱和土坯共同承重，而且砖柱与土坯墙体之间缺少连接措施，使得地震作用下两种结构体地震反应差异较大，相互作用显著，震害严重。因此，这类房屋类型不推荐使用，尤其不能作为居住房屋使用。钢筋混凝土砖墙混合承重房屋是一种较为科学的混合承重结构形式。首先，钢筋混凝土和砖砌墙体两种材料的力学性能相近，地震作用下可以共同协调受力。另外，这种组合结构可以在一定程度上改善砖砌墙体延性差的缺点，提高了砖砌墙体的整体性和变形能力。基于此，钢筋混凝土砖砌墙体承重房屋以其良好的抗震性能在农村地区逐渐受到青睐，但是大多农民自建的该类房屋均属于模仿建筑，没有经过正规的抗震设计，存在一定的地震安全问题，如圈梁构造柱截面不足、配筋过细或圈梁没闭合等。因此，在建造钢筋混凝土砖砌墙体承重房屋时，必须经正规设计和合理施工。

4 结语

我国西北地区地域辽阔，地形地貌和气候特征复杂多样，农村人口众多，经济条件相对落后，农村民居呈现出结构类型多、区域性分布、年代特征显著和抗震性能差异大等特点。因此，提高该地区农村民房整体抗震设防水平，需要根据不同区域的地形地貌、气候特征、传统农居类型和经济条件综合考虑，既要大力推广抗震农居，又要注重保护传统民居。从地震安全的角度来看，以钢筋混凝土砖砌墙体承重房屋为优，但这类房屋造价较高，且设计、施工技术要求也较高，适合在具有一定经济能力的农户中推广，对经济能力不足的农户可采取财政支持和资金自筹相结合的方式来引导推广。正规木构架承重房屋、砖砌墙体承重房屋、开挖式黄土窑具有较好的抗震性能，在农村地区仍占有相当比例，但存在较多的地震安全问题，需要研发相对经济有效的抗震设防技术，达到不增加或少量增加投资即可以改善其抗震性能的目的。夯土房、土坯房、土坯砌筑拱箍、简单木架房、砖柱土坯混合承重房屋抗震性能较差，但目前仍有相当数量的该类房屋存在，对农村地区的地震安全构成威胁，需要对其开展抗震加固或拆除重建，该项工作需纳入政府年度工作计划，全面开展抗震鉴定和加固工作，项目资金由财政支出和村民自筹相结合。以上可见，西北地区农村民房抗震能力的提高应该从三个方面考虑，一是依据国家相关的政策法规，整合农村各类工程资金，全面加快农居地震安全工程的实施；二是积极开展传统农居的抗震设防技术研究，推广具有区域特色且经济实用的抗震农居；三是针对抗震性能较差的农居，加快开展相应的拆除重建或抗震加固工作。

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Study on Status and Anti-seismic Technology of Rural Houses in Northwest China

WANG Lanmin1，2，3， WANG Qiang1，2，3

(1.Lanzhou Institute of Seismology， China Earthquake Administration，Lanzhou 730000，China;2.Open Laboratory of Loess Earthquake Engineering,China Earthquake Administration，Lanzhou 730000,China;3.Geotechnical Disaster Prevention Engineering Technology Research Center of Gansu Province， Lanzhou 730000， China）

Based on investigations to rural buildings in northwest China， they are classified to raw-wall bearing house，brick-wall bearing house,timber-frame bearing house and mixedconstruction bearing house by the difference of load-bearing structure，building materials and technology.The paper shows that rural houses have obviously regional characteristics and building age.It also shows great differences of anti-seismic performance and security problems more or less.For improving anti-seismic level of rural houses，it needs to accelerate seismic security projects of rural buildings， dismantlement and reconstruction of dangerous houses， to launch research of anti-seismic technology， and to popularize anti-seismic rural houses.

Northwest China； Rural houses； Structure types； Current status； Anti-seismic technology

P315.925

A

1001-8662（2011）04-0014-09

2011-10-25

地震行业科研专项 （201008006）；科技部社会公益专项资助项目 （2004DIB3J130）

王兰民，男，1960年生，研究员，主要从事土动力学与岩土地震工程等方面的研究工作.E-mail:wanglm@gssb.gov.cn