基于抽样调查的山西省农村民居抗震性能分析研究

甄 盟，杨 斌

（1.中国地震台网中心，北京 100045；2.山西省地震局，山西 太原 030021；3.太原大陆裂谷动力学国家野外科学观测研究站，山西 太原 030025）

0 引言

在我国广大农村地区，由于历史原因，很多民居的抗震设防问题被忽略。一般民居建设随机性很大，在建设过程中，对建筑物的抗震能力缺乏考虑。在农村民居中，没有统一的设计和验收标准，导致建设一般仅考虑建筑物的纵向结构和受力，而对于建筑物的横向剪切力和建筑物的整体性结构考虑得很少［1］。

近年来，山西省开展的农村民居安居工程建设，就是要对广大农村地区民居的建设加强管理与监督，保护人民群众生命财产和生活环境在地震中免受损失，最大限度地减轻地震灾害损失。

2009年至2010年，山西省开展全省农村民居状况抽样调查，对11个地市，69个区县，753个乡镇，3 736 738户农居的建筑年代、结构类型、地基基础、场地条件等情况进行全面普查。文章主要是在全省农村民居抽样调查的基础上，利用统计分析方法，对全省农村民居的空间分布及抗震性能进行分析研究，并为提高农村民居的抗震性能提出对策及建议。

1 山西省农村民居现状

山西省农村民居（以下简称农居）分布在全省11个地市1 397个乡镇，人口约占全省人口总数的52%。经调查研究，农居主要有砖混结构、砖木结构、土木结构3种类型，其他结构的民居数量较少，多为窑洞及临时性建筑。经统计，农居中，砖混结构占33.6%，砖木结构占34.8%，土木结构占19.1%，窑洞及其他占12.5%（见图1）。总的说，农居砖混结构和砖木结构的房屋占绝大多数，是目前山西省农村的主流民居。

图1 全省农村民居结构分类统计图Fig.1 Classification statistics of the structure of rural buildings in Shanxi Province

在建筑年代上，将农村民居分为上世纪80年代以前民居、1980年至2000年民居、本世纪以来的民居。经统计，山西省农村民居80年代以前占19.8%，1980年至2000年占45.2%，2000年以后占35%（见图2）。民居的建筑年代以1980年以后的为主。

图2 全省农村民居建筑年代分类统计图Fig.2 Classification statistics of the age of rural buildings in Shanxi Province

农居的地基类型分为平坦和坡地2种，经统计，山西农居平坦地基占80.9%，坡地地基占19%（见图3）。说明目前农居还有近20%建于山体旁或其他地基不够平坦的区域内。

图3 全省农村民居场地条件分类统计图Fig.3 Classification statistics of the site condition of rural buildings in Shanxi Province

目前，农居的地基类型多为三七灰土、石料、砖基和地梁4种。经统计，三七灰土地基民居占23%，石料地基民居占35.6%，砖基地基民居占33.1%，地梁地基民居占8.2%（见图4）。

图4 全省农村民居地基分类统计图Fig.4 Classification statistics of the foundation of rural buildings in Shanxi Province

2 山西省农村民居空间分布分析

对于农居的空间分布，主要对建筑物结构及建筑年代的分布特征进行研究。通过对全省民居抽样数据的统计分析看出，在抽样的69个区县中，砖混结构民居主要集中分布在运城、临汾、太原市市区、忻州市忻府区及大同市城区等地（图5中，砖混结构所占比例为各区县中砖混结构房屋户数与总户数的比值）。

图5 全省农村民居砖混结构所占比例及分布Fig.5 The proportion and distribution of masonry structure of rural buildings in Shanxi Province

从山西省农村砖木结构及土木结构的民居分布图看出，砖木结构的民居主要集中在晋北的大同城区、大同县和晋中的清徐、太谷、文水县等地，土木结构的民居主要集中在晋北的右玉、山阴、代县、宁武及晋中的榆社、沁源县（见图6、第36页图7）。

窑洞及其他结构的民居在所抽样调查的民居中所占比例最少，主要分布在晋北的天镇、阳高，太原的阳曲、娄烦，晋南的蒲县、浮山县等地（见图8）。

从建筑时间上看，1980年以前的民居主要集中在山西的北部及中东部，1980－2000年的分布比较平均，2000年以后的主要集中在运城地区（见图9、图10、图11）。

图6 全省农村民居砖木结构所占比例及分布Fig.6 The proportion and distribution of brick－wood structure of rural buildings in Shanxi Province

3 山西省农村民居抗震性能分析

对城市建筑、工业建筑物和构筑物抗震性能的鉴定，国家都有明确的规定和作为鉴定依据的规范，而且鉴定方法比较成熟。农居由于结构简单，国家未制定有关民居抗震鉴定的规范和标准。但是，要对农居抗震性能做普查，必须有总体的评价，对抗震性能有差别的地区应进行划分。结合已有的农村民居震害经验，研究时采用综合分析法对农村民居的抗震性能做评价。对建筑物进行抗震性能的定量评价是目前建筑部门所采取的数字分析方式之一，方法是将建筑物的好坏设定为一个参数，一般是取0.0～1.0之间，1.0代表是最好状态，而0.0则代表最差状态。一般建筑物的抗震性能参数为0.0～1.0之间的小数值。由于农居调查是以农村的自然村为基本统计单元，每个行政村都有一定数量的砖混民居、砖木民居、土木房以及窑洞等其他建筑，因此，本项工作中对农村民居建筑的抗震性能判别是采用综合判别法，即将全村不同结构、不同时间段的民居定义为不同的参数值，最后统一加权得到整个行政区划的抗震性能参数值。

图7 全省农村民居土木结构所占比例及分布Fig.7 The proportion and distribution of civil structure of rural buildings in Shanxi Province

3.1 抗震性能参数的确定

刘莉在《城市防震减灾能力标定及可接受风险研究》指出，建构筑物抗震能力主要与抗震设防情况、建筑年代、建筑结构类型和施工质量以及场地条件有关，并以此作为衡量城市建构筑物抗震能力的主要指标。本文在结合震害经验，参考此次农居抗震性能普查的基础上，认为建筑物的抗震性能差别直接取决于建筑物结构类型的差异和建筑年代的长短及民居的地基，因此，参数的确定主要考虑上述3个因素［2－7］。从建筑结构上讲，砖混建筑抗震性能最好，砖木建筑次之，而土木房的最差；从建筑时间上来看，时间越长民居的抗震性能越差。取4种结构民居在不同年代的抗震性能参数值（见表1），参数上限为1.0，下限为0.0［8－13］。

对于建筑物的地基类型、场地条件，在统计加权中也做统筹考虑（见表2），可以更客观地统计区内民居抗震性能的好坏。

图8 全省农村民居窑洞及其他结构比例及分布Fig.8 The proportion and distribution of cave dwelling and other structures of rural buildings in Shanxi Province

表1 全省农村民居建筑结构抗震性能参数表Table 1 Seismic performance parameters of building structure of rural buildings in Shanxi Province

表2 全省农村民居地基及场地条件抗震性能参数表Table 2 Seismic performance parameters of foundation and site condition of rural buildings in Shanxi Province

图9 全省1980年以前农村民居所占比例及分布Fig.9 The proportion and distribution of rural buildings before 1980in Shanxi Province

以上几个参数乘以建筑面积，最后加权求和，就可以得到这个行政村的抗震性能参数值。

3.2 抗震性能参数值的计算方法

根据前面所述的方法，就可以得出各种结构民居抗震性能参数的计算公式：

图10 1980－2000年农村民居所占比例及分布Fig.10 The proportion and distribution of rural buildings from 1980to 2000in Shanxi Province

对于砖混结构民居，用BC表示，则

式中：Bc（i）i＝1，2，3分别代表1中的3个年代砖混结构建筑参数值；SBc（i）i＝1，2，3分别代表相应时间段民居的面积；SBc代表砖混结构民居的总面积；Tsd、St、Br、Gb、FL和SL 分别代表表2参数；STsd、SSt、SBr和SGb分别代表地基类型为三七灰土、石料、砖基和地梁的4种民居面积；SFL和SSL分别代表平坦地基和坡地地基的民居面积。

用同样的方法，可以得到砖木结构民居的抗震性能参数，用BW表示：

窑洞及其他类型农居抗震系数用CA表示：

公式（3）（4）（5）中的BW、CI、CA 分别表示砖木结构民居、土木结构民居、其他类型民居的抗震系数，其他参数同公式（2）。

对4种结构民居的抗震性能参数进行加权求和，可求得统计区内民居抗震性能的总参数P：

图11 2000年以后农村民居所占比例及分布Fig.11 The proportion and distribution of rural buildings after 2000in Shanxi Province

3.3 山西省农村民居抗震性能评价

由前一节给出的计算方法，对农居抽样调查的数据给出一个定量分析。计算时，由于农居普查数据是按照户数进行统计的，按照国家统计局第二次全国农业普查报告，农村居民每户拥有住宅面积128m2，将统计数据换算为面积进行计算得出，山西省农村民居的抗震性能指数在0.3至0.75之间。为更直观地显示各地区的情况，将农村民居的抗震性能分成好、较好、一般、差4个等级，相应的抗震性能参数范围是：好为0.7～1.0，较好为0.5～0.7，一般为0.4～0.5，较差为0～0.4。利用抗震性能参数，就可以定性地给出各地民居抗震能力的好坏。

从全省农村民居的抗震性能指数上看，抗震性能不容乐观。从空间分布上看，抗震性能好的地区很少，主要集中在太原市区；抗震性能较好的地区主要分布在太原、晋中及运城地区；抗震性能一般的地区主要在吕梁的汾阳、文水，运城的夏县、闻喜等地；抗震性能较差的地区较多，主要在大同的天镇、阳高，太原的古交、娄烦、阳曲，吕梁与临汾的交界处等地（见图12）。

图12 山西省农村民居抗震性能分布图Fig.12 The seismic performance distribution of rural buildings in Shanxi Province

4 农居抗震性能制约因素分析及改进建议

改革开放30多年来，农民的生产生活和居住条件发生明显的变化。但到目前为止，全省多数农居不符合抗震设防规定，一旦发生破坏性地震，将极大地威胁广大人民群众的生命财产安全。究其原因，认为主要有以下几方面［14－21］：

（1）农民收入累积增加与建造符合抗震设防要求的房屋投资还存在相当大的差距。据统计，当前农村建造一幢5间符合抗震设防的房屋，投资不少于12万～15万元，2010年山西省农村人均收入为6 393元，农村户均人口4.2个，年收入近2.6万元。但就家庭而言，累积建房资金是在支付儿女上学、婚姻、家庭成员生病就医、家庭成员病老丧葬和添置必备设施的前提下完成的。如此，每个农村家庭要想建造抗震房屋至少也得10年以上的收入累积。农民收入严重滞后于建造符合抗震房屋所需资金的需求。

（2）传统建房习惯严重制约建造符合抗震房屋的进度。建国以后，山西省大部分农村地区未经历过重大地震的破坏，故在建房时大多不考虑抗震设防要求。

（3）各相关政府部门对农民建房缺乏鼓励、引导、优惠政策。

为早日实现全省农居基本具备抗御6级左右地震的能力，根据这次农居抗震性能普查结果，提出如下建议：

（1）靠政策调动农民房改积极性，出台建设抗震设防的房屋资金补助和优惠政策。

（2）进一步强化宣传，加强对农村施工队伍的业务培训，加大对民居工程质量检查监督的力度等。

（3）出台适合不同地区的抗震设防民居标准。

［1］周安，孙洁，杨勇.基于抽样调查的安徽农村民居震害预测与减灾对策［J］.地震学报，2009，31（1）：100－107.

［2］刘莉.城市防震减灾能力标定及可接受风险研究［J］.国际地震动态，2010（1）：37－38.

［3］陈国兴，张克绪，谢军斐.黄土崖窑洞抗震性能分析［J］.哈尔滨建筑工程学院学报，1995，28（1）：15－22.

［4］王强.砖木结构房屋抗震性能评价方法研究［D］.中国地震局兰州地震研究所，2009.

［5］王继唐.窑洞民居防灾［J］.灾害学，1993，8（1）：86－90.

［6］单玉坤，苏爱军，秦爱娟.木结构房屋抗震性能的试验研究［J］.河北工业大学成人教育学院学报，2007，22（3）：39－43.

［7］何玲，潘文，杨正海，等.村镇木结构房屋震害及抗震技术措施［J］.工程抗震与加固改造，2006，28（61）：94－101.

［8］王瑛，史培军，王静爱.中国农村地震灾害特点及减灾对策［J］.自然灾害学报，2005，14（1）：82－89.

［9］王兰民，林学文.农村民房地震破坏特征与震害预测［J］.震灾防御技术，2005（4）：334－337.

［10］王兰民，王强.西北地区农村民房现状及抗震技术研究［J］.华南地震，2011，31（4）：14－21.

［11］张守信.甘肃农村民居抗震设防现状与地震安全民居示范工程对策［J］.震灾防御技术，2006（4）：345－352.

［12］张勇.新疆农村抗震民居结构类型及应用［J］.震灾防御技术，2006（4）：359－364.

［13］王兰民，袁中夏，林学文.甘肃农村民房地震易损性的调查与分析［J］.世界地震工程，2005，21（4）：16－25.

［14］王兰民，陶裕禄，袁一凡.中国地震安全农居示范工程综述［J］.西北地震学报，2005，27（4）：305－311.

［15］袁中夏.我国农村民居地震安全工作推进现状及国外经验［J］.震灾防御技术，2006，1（4）：365－370.

［16］王斌，梁雪萍，周健.有关农村地区防震减灾对策的思考［J］.国际地震动态，2008（9）：36－40.

［17］黄田庚，朱煌武.城镇防震减灾研究［M］.北京：地震出版社，1992：123－126.

［18］赵冠谦，开彦，林建平，等.住宅设计规范［M］.北京：中国建筑工业出版社，1999.

［19］陈亚红，赵亚国.农村民居抗震性能存在的问题及对策［J］.防灾科技学院报，2006（2）：97－99.

［20］雷静雅，杨辉，韩晓光，等.农村民居震害特点及其抗震防灾启示［J］.长江科学院院报，2010，27（5）：67－70.

［21］袁中夏，王兰民.农居地震安全指要［M］.兰州：兰州大学出版社，2010.