侧向木质支撑技术在地震灾害建筑坍塌救援中的应用

马江涛 唐虎潇

0 引言

我国面积广阔，位于环太平洋地震带与欧亚地震带之间，地震断裂带十分活跃，地震频发，是世界上地震灾害最严重的国家之一[1]。近十年来（2011年1月-2021年8月），根据中国地震局官网大震目录公布数据统计，我国及周边地区5级以上地震319次；世界7级以上地震173次，我国2次（四川雅安、新疆于田）。据统计，在建筑坍塌后有30%受灾人员被困于坍塌后的混凝土楼板、墙体、柱子、梁等构成狭小受限空间内[2]。消防救援人员在进行搜救时，为保障救援工作时的安全，防止发生二次坍塌，减小被困人员和救援人员的危险，通常需要对那些局部受到破坏或者不稳定的建筑结构做临时的支撑。救援支撑技术包括木质支撑、金属支架支撑、重型支撑套具支撑等。在救援现场木材作为常见建筑材料，容易获得且成本较低，使得木质支撑技术成为地震救援技术中非常重要和常用的救援技术之一。木质支撑可以在多种救援环境使用，保障进入废墟作业的救援人员及被困人员的生命安全[3]。同时需要注意，木质支撑是一个临时性技术措施，在支撑环境开展救援时，要对支撑建筑和木质支撑系统进行不间断监测。

1 木支撑材料性能分析

木材是一种天然材料又是当今世界主要工业材料中唯一可再生的材料，符合当今人类社会可持续发展的战略构想，还是一种传统材料，具有广泛的用途和适用性。大部分木材能通过弹性变形来储藏与释放能量，在木支撑救援中能有效地承受冲击荷载；木支撑构件在损坏前往往会产生诸如开裂、变形、发响的预兆，以此发出信号，能有效地保障救援人员的安全[4]。

1.1 国内外常用树种

国内外各地区可供选用的常用树种多样。往往各地对同一树种，有不同的称呼，国内外常用树种见表1。

表1 国内外常用树种

1.2 木结构用材主要特征

木建筑承重构件多采用针叶材，一般要求为：树干长直、纹理平顺、材质均匀、木节少、扭纹少、能耐腐朽和虫蛀、易干燥、少开裂和变形、具有较好的力学性能，并便于加工[5]。以上要求同样适用木支撑救援构件用材要求，但能完全符合这些条件的木材是有限的。在救援中，应按就地取材的原则，结合实际经验，在确保木支撑结构安全的前提下，进行木支撑救援。常用建筑木材的主要特性见表2。

表2 常用建筑木材的主要特性

1.3 木材缺陷主要因素

根据我国国家标准GB155.1-1984《针叶树木材缺陷分类》，木材缺陷是降低其质量、影响其使用的各种缺点。木材中存在的天然缺陷，是由于树木生长的生理过程、遗传因子的作用或在生长期中受外界环境的影响所形成，主要包括：斜纹、节子、应力木、立木裂纹、树干的干形缺陷等，以及在使用过程中出现的虫害、裂纹、腐朽等木材加工缺陷，这些缺陷会降低木材的强度和利用价值，甚至使木材完全不能使用[5]。

通过对国内外常用树种、木结构用材主要特征、木材缺陷主要因素综合分析，进行木支撑救援时宜选用红松、花旗松等强度较高、不易开裂、易切割加工、分布广易获得的木材。特性优越的木材所制成的木支撑结构能更有效地保障救援人员及被困人员安全。

2 侧向木质支撑实用技术

侧向木质支撑是木质支撑中一个大类，用于消防救援人员搜救行动中稳定倾斜或损坏的墙壁[3]。通常设置于受损或倾斜墙壁一侧，将侧向所有受到的荷载通过侧向木质支撑都转移至地面，侧向木质支撑通常成组设立。

2.1 侧向木质支撑分类

目前国内外通常用的侧向木质支撑类型，如图1，主要有：悬空型、固定型、底板分离型侧向木质支撑。

图1 侧向木质支撑类型

2.2 侧向木质支撑基本信息

2.2.1 侧向木质支撑制作程序

侧向木质支撑制作与垂直木质支撑一样，可以按一定的逻辑顺序制作建造，首先是悬空型侧向木质支撑和一些临时支撑稳固墙体，然后是一组固定型侧向木质支撑。由于固定型侧向木质支撑大多是预制的，也可以不安装悬空型侧向木质支撑，直接安装固定型侧向木质支撑。

2.2.2 墙板、防滑板与钉子

（1）墙板一般选用10cm×10cm或15cm×15cm方木，高度由支撑墙壁决定。

（2）防滑板选择与固定：

墙板选用10cm×10cm方木时，60cm防滑板用于45°侧向木质支撑，用14-16颗钉子固定；75cm防滑板用于60°侧向木质支撑，用20-16颗钉子固定。

墙板选用15cm×15cm方木时，60cm防滑板用于45°侧向木质支撑，用20-16颗钉子固定；75cm防滑板用于60°侧向木质支撑，用29-16颗钉子固定。防滑板钉子固定方式，如图2。

图2 防滑板钉子固定方式

（3）钉子的选择：

在木支撑救援中，钉子的主要作用是连接各部件，并不直接承担荷载。通常使用两种型号的钉子：固定护板使用6.5cm×3.3mm圆 钉、固 定5cm×10cm方木使用9cm×3.8mm圆钉。如使用直径更粗的钉子容易造成木材开裂。

2.2.3 底板与防滑板

底板选用10cm×10cm方木时，60cm防滑板用14-16颗钉子固定；底板选用15cm×15cm方木时，60cm防滑板用20-16颗钉子固定。

2.2.4 护板

护板通常选用厚度为1.6cm或1.9cm，长宽为30cm的胶合板。在环境干燥的救援现场也可以使用刨花板，尺寸参照胶合板。护板固定方式，如图3。

图3 护板固定方式

2.2.5 斜支柱角度和长度

（1）斜支柱与底板之间的夹角通常在30°～60°之间，夹角越小支撑效率越大。

（2）最常用的角度是45°和60°，在侧向木质支撑中斜支柱与底板之间最大安全角度为60°。

（3）测量需要支撑的墙壁，确定墙板高度及斜支柱插入点位置，确定斜支柱角度并计算所需木材长度。斜支柱采用45°时比60°时使用更多的方木。斜支柱插入点距墙板顶端最小60cm。

（4）斜支柱与底板长度计算见表3、表4。

表3 斜支柱长度计算表

表4 底板长度计算表

2.2.6 斜支柱的拼接

使用两块90cm×1.9/1.6cm×10/15cm胶合板对10cm×10cm或15cm×15cm方木两侧进行固定，对接处每边使用8颗钉子固定，如图4。

图4 斜支柱拼接示意图

2.2.7 U型槽制作

U型槽，如图5，一般作为悬空型和底板分离型侧向木质支撑基础使用，在U型槽底下通常放置45cm×45cm垫板。U型槽材料清单见表5。

表5 U型槽材料清单

图5 U型槽示意图

2.2.8 防滑固定锚

为防止整个侧向木质支撑系统受力后远离受损或倾斜墙壁，在侧向木质支撑系统后设置支撑固定锚，如图6。固定锚通常使用10cm×10cm方木，长度不小于1.2m，方木后侧打入钢钎。如果救援现场有强风或者余震，使用15cm×15cm方木，并在方木内部打入钢钎，其他情况钢钎均置于方木后侧。在底板与方木之间打入楔子加固，楔子通常使用5cm×10cm或10cm×10cm型号。钢钎规格为2.5cm×100cm，每个固定锚通常设置4根钢钎。

图6 防滑固定锚示意图

2.3 固定型侧向木质支撑

用于消防救援人员搜救行动中稳定倾斜或损坏的墙壁，如图7。它的特点是完整的底板与墙板构成全三角形，斜支柱与底板夹角一般为45°或60°，2个为一组，中间增加横向加固，稳定性更好。固定型侧向木质支撑材料清单见表6。

图7 固定型侧向木质支撑示意图

表6 固定型侧向木质支撑材料清单

2.3.1 固定型侧向木质支撑制作过程

（1）确定侧向木质支撑位置，测量倾斜或受损墙壁高度，确定插入点高度。

（2）如果支撑区域有建筑废墟，也可以考虑使用底板分离型侧向木质支撑。

（3）确定斜支柱角度，然后切割墙板、底板、斜支柱、全护板。墙板、底板切割时注意留出余量，斜支柱切割后保证斜角与防滑板和楔子接触充分。

（4）预制墙板与底板，底板顶住墙板底端，夹角为90°，在墙板与底板相交处一侧安装一块全护板。墙板上侧安装防滑板，一侧安装全护板。

（5）预制斜支柱与墙板，透过墙板上侧全护板钉一颗钉子到斜支柱上，不要钉紧，之后有可能还需要调整。在底板上标出楔子的位置，以便安装全护板。在斜支柱底部一侧安装全护板，护板与底板先不进行连接，打紧楔子后再固定。

（6）将预制部件小心地靠在倾斜或者损坏的墙壁上，确保墙板与地面垂直。确保墙板与墙壁充分接触，如果墙壁不平整，可以添加垫片。

（7）打紧底板上防滑板与斜支柱之间的楔子，在打紧楔子后，有可能还需调节墙板与墙壁之间的垫片，确保充分接触。

（8）安装其余全护板。

（9）安装墙板防滑钢钎或者膨胀螺丝，透过墙板安装两根钢钎或者膨胀螺丝到墙壁上，防止支撑滑动。

（10）安装斜支柱中点撑，在斜支柱使用10cm×10cm方木长度大于3.3m时，在斜支柱中点与墙角全护板位置上安装中点撑。

（11）安装水平加固支撑。通常使用1条5cm×15cm方木或者2条并排5cm×10cm方木安装在斜支柱上下两端。斜支柱使用10cm×10cm方木长度大于3.3m时，在斜支柱中点位置再加一条水平加固支撑。

（12）安装X型或V型加固支撑。

（13）安装底板防滑钢钎，透过底板安装两根钢钎到地面90cm以下，防止支撑滑动。如果支撑现场地面不是混凝土或者沥青地面时，每组支撑需要4根钢钎。

2.3.2 技术要点及注意事项

（1）当斜支柱使用10cm×10cm方木长度小于3.3m或15cm×15cm方木长度小于4.8m时不用安装中点支撑加固。

（2）墙板贴靠于混凝土墙壁上进行加固时，固定型侧向木质支撑使用45°斜支柱，在墙板上安装2根直径1.25cm长20cm钢钎进行固定；固定型侧向木质支撑使用60°斜支柱，在墙板上安装3根直径1.25cm长20cm钢钎进行固定。

（3）支撑混凝土墙壁如果使用胶合板增大墙板受力面积时，要将胶合板与墙板连接固定，同时将胶合板钉于混凝土或砖墙上。也可使用混凝土膨胀螺丝固定。

（4）墙板贴靠于木结构墙壁上进行加固时，使用120cm×60cm×1.9cm胶合板增大墙板受力面积时，要将胶合板与墙板连接固定，同时将胶合板钉于木结构墙体上。

（5）在土地上进行侧向木质支撑时，在底板楔子处下方，放置45cm×45cm垫板，3块5cm×15cm×45cm方木或者2张1.9cm×45cm×45cm胶合板。

（6）防滑锚的制作。木材防滑锚，通常使用10cm×10cm方木，长度不小于1.2m，方木后侧打入直径2.5cm长1.2m钢钎，钉入地面至少90cm，每根钢钎间隔30cm。混凝土地面上可以只使用2根钢钎固定。金属防滑锚，使用金属支撑杆底板时，用2根直径1.25cm长10cm混凝土膨胀螺丝固定在混凝土地面上。

（7）固定型侧向木质支撑斜支柱使用10cm×10cm方木时单个支撑承载重量为1100kg；斜支柱使用15cm×15cm方木时承载重量为1600kg。

2.4 底板分离型侧向木质支撑

用于消防救援人员搜救行动中稳定倾斜或损坏的墙壁，如图8。它的特点是当墙角有废墟不能安装固定型侧向木质支撑时，采用底板分离型侧向木质支撑，斜支柱与U型槽夹角一般为45°或60°，2个或2个以上为一组，中间增加横向加固，提高稳定性。底板分离型侧向木质支撑材料清单见表7。

图8 底板分离型侧向木质支撑示意图

表7 底板分离型侧向木质支撑材料清单

2.4.1 底板分离型侧向木质支撑制作过程

（1）确定侧向木质支撑位置，测量倾斜或受损墙壁高度，确定插入点高度。制作这种支撑不用清理大量废墟，必要时还需要临时支撑。

（2）确定斜支柱角度，然后切割墙板、底撑、斜支柱、全护板。墙板切割时注意留出余量，斜支柱切割后保证斜角与防滑板接触充分。

（3）预制斜支柱与墙板，透过墙板上侧全护板钉一颗钉子到斜支柱上，不要钉紧，之后有可能还需要调整。预制墙板与底撑，两侧底撑钉于距墙板底端15cm处，夹角为90°，另一端钉于斜支柱上。

（4）组装U型槽。将斜支柱与U型槽连接固定。

（5）将预制部件小心地靠在倾斜或者损坏的墙壁上，确保墙板与地面垂直。确保墙板与墙壁充分接触，如果墙壁不平整，可以添加垫片。

（6）在U型槽底部放置垫板，调整U型槽角度，在U型槽后部设置木材防滑锚，并在它俩之间轻轻敲入楔子。确保墙板与墙壁充分接触，如果墙壁不平整，可以添加垫片。

（7）打紧U型槽与木材防滑锚之间的楔子，在打紧楔子后，有可能还需调节墙板与墙壁之间的垫片，确保充分接触。

（8）安装其余全护板。

（9）安装墙板防滑钢钎或者膨胀螺丝，透过墙板安装两根钢钎或者膨胀螺丝到墙壁上，防止支撑滑动。

（10）安装斜支柱中点撑，在斜支柱使用10cm×10cm方木长度大于3.3m时，在斜支柱中点与墙角全护板位置上安装中点撑。

（11）安装水平加固支撑。通常使用1条5cm×15cm方木或者2条并排5cm×10cm方木安装在斜支柱上下两端。斜支柱使用10cm×10cm方木长度大于3.3m时，在斜支柱中点位置再加一条水平加固支撑。

（12）安装X型或V型加固支撑。

2.4.2 技术要点及注意事项

（1）当斜支柱使用10cm×10cm方木长度小于3.3m或15cm×15cm方木长度小于4.8m时不用安装中点支撑加固。

（2）墙板贴靠于混凝土墙壁上进行加固时，底板分离型侧向木质支撑使用45°斜支柱，在墙板上安装2根直径1.25cm长20cm钢钎进行固定；底板分离型侧向木质支撑使用60°斜支柱，在墙板上安装3根直径1.25cm长20cm钢钎进行固定。

（3）支撑混凝土墙壁如果使用胶合板增大墙板受力面积时，要将胶合板与墙板连接固定，将胶合板钉于混凝土或砖墙上。也可以使用混凝土膨胀螺丝固定。

（4）墙板贴靠于木结构墙壁上进行加固时，使用120cm×60cm×1.9cm胶合板增大墙板受力面积时，要将胶合板与墙板连接固定，同时将胶合板钉于木结构墙体上。

（5）在安装底板分离型侧向木质支撑时，在U型槽下方放置45cm×45cm垫板，3块5cm×15cm×45cm方木或者2张1.9cm×45cm×45cm胶合板。

（6）防滑锚的制作。木材防滑锚，通常使用10cm×10cm方木，长度不小于1.2m，方木后侧打入直径2.5cm长1.2m钢钎，钉入地面至少90cm，每根钢钎间隔30cm。混凝土地面上可以只使用2根钢钎固定。

（7）底板分离型侧向木质支撑斜支柱使用10cm×10cm方木时单个支撑承载重量为1100kg；斜支柱使用15cm×15cm方木时单个支撑承载重量为1600kg。

2.5 悬空型侧向木质支撑

这是一种快速组装和安装的侧向支撑，如图9，用于消防救援人员搜救行动中稳定倾斜或损坏的墙壁，最好作为最初始的临时支撑，直到一个更可靠的支撑系统完成。它的特点是不用清理废墟，直接安装悬空型侧向木质支撑，可以单独支撑，也可以成对建立。悬空型侧向木质支撑材料清单见表8。

表8 悬空型侧向木质支撑材料清单

图9 悬空型侧向木质支撑示意图

2.5.1 悬空型侧向木质支撑制作过程

（1）确定悬空型侧向木质支撑位置，测量倾斜或受损墙壁高度，确定插入点高度。制作这种支撑不用清理废墟，作为临时支撑设置。

（2）确定斜支柱角度，然后切割墙板、底撑、斜支柱、全护板。墙板切割时注意留出余量，斜支柱切割后保证斜角与防滑板接触充分。

（3）组装U型槽。将斜支柱与U型槽连接固定。

（4）预制斜支柱与墙板，透过墙板上侧全护板固定斜支柱。预制墙板与底撑，两侧底撑钉于距墙板底端15cm处，夹角为90°，另一端钉于斜支柱上。

（5）将预制部件小心地靠在倾斜或者损坏的墙壁上，确保墙板与地面垂直。确保墙板与墙壁充分接触，如果墙壁不平整，可以添加垫片。

（6）安装墙板防滑钢钎或者膨胀螺丝，透过墙板安装两根钢钎或者膨胀螺丝到墙壁上，防止支撑滑动。

（7）在U型槽底部放置垫板，调整U型槽角度，在U型槽后部设置木材防滑锚，并在它俩之间轻轻敲入楔子。确保墙板与墙壁充分接触，如果墙壁不平整，可以添加垫片。

（8）打紧U型槽与木材防滑锚之间的楔子，在打紧楔子后，有可能还需调节墙板与墙壁之间的垫片，确保充分接触。

（9）安装其余全护板。

2.5.2 技术要点及注意事项

（1）悬空型侧向木质支撑通常使用在极度危险的区域，作为临时支撑使用。

（2）悬空型侧向木质支撑可以作为单个支撑使用，也可以两个支撑成对安装，在两个支撑之间添加水平加固支撑和X型加固支撑。

（3）墙板贴靠于混凝土墙壁上进行加固时，悬空型侧向木质支撑使用45°斜支柱，在墙板上安装2根直径1.25cm长20cm钢钎进行固定；悬空型侧向木质支撑使用60°斜支柱，在墙板上安装3根直径1.25cm长20cm钢钎进行固定。

（4）支撑混凝土墙壁如果使用胶合板增大墙板受力面积时，要将胶合板与墙板连接固定，同时将胶合板钉于混凝土或砖墙上，也可使用混凝土膨胀螺丝固定。

（5）墙板贴靠于木结构墙壁上进行加固时，使用120cm×60cm×1.9cm胶合板增大墙板受力面积时，要将胶合板与墙板连接固定，同时将胶合板钉于木结构墙体上。

（6）如果混凝土或砖墙顶部有突出部分，可以将悬空型侧向木质支撑安装在突出以下，可以省略墙板打孔固定。不能在光滑墙壁上依赖摩擦力支撑。

（7）悬空型侧向木质支撑支撑没有严重破裂的混凝土或砖墙窗沿时，在窗沿处安装一条或两条5cm×10cm×1.2m方木。

（8）在安装悬空型侧向木质支撑时，在U型槽下方放置45cm×45cm垫板，3块5cm×15cm×45cm方 木 或 者2张1.9cm×45cm×45cm胶合板。

（9）防滑锚的制作。木材防滑锚，通常使用10cm×10cm方木，长度不小于1.2m，方木后侧打入直径2.5cm长1.2m钢钎，钉入地面至少90cm，每根钢钎间隔30cm。混凝土地面上可以只使用2根钢钎固定。

（10）悬空型侧向木质支撑单个支撑承载重量为450kg。

2.6 侧向木质支撑系统

一个完整的侧向木质支撑系统，如图10，是由多个侧向支撑构成，并且沿着损坏或倾斜的墙壁搭建。

图10 侧向木质支撑系统

这是一个由4个固定型侧向木质支撑组成的侧向木质支撑系统，整个系统中间要进行加固支撑，加固方式有X型和V型，通常X型加固安装于整个系统两端。

2.6.1 侧向木质支撑系统基本信息

（1）每个侧向支撑之间最大距离为2.4m，实际救援时间距更小。

（2）侧向木质支撑系统通常采用5cm×15cm方木进行水平和对角支撑加固。

（3）水平支撑通常使用1条5cm×15cm方木或者2条并排5cm×10cm方木。一般长度大于4.8m，如果使用短方木可以通过连接固定后使用，连接固定方法，如图11。

图11 水平支撑连接固定示意图

2.6.2 侧向木质支撑系统加固

木质支撑系统加固通常分为两类：X型加固和V型加固，具体加固方式见表9。

表9 木质支撑系统加固分类

2.6.3 侧向木质支撑系统墙体支撑

（1）对混凝土墙和砖墙进行支撑，如果墙体开裂严重，可以在墙板和墙面之间安装胶合板，分散受力。

（2）对土墙和木结构进行支撑。将胶合板安装于土墙和墙板之间，并靠近插入点的位置；支撑木结构时，墙板支撑于木柱处，用钉子将墙板和柱子进行连接固定。

3 结语

笔者总结了国内外常用的侧向木质支撑的3类结构类型及其应用环境，并对制作过程和技术要点进行了详细叙述，可以有效帮助消防救援人员实战中制作侧向木质支撑，保障救援人员作战安全。开展救援支撑训练中，使救援人员更加快速准确地理解侧向木质支撑类型及其使用环境，提高救援水平。总之，侧向木质支撑技术，在地震灾害建筑坍塌救援中保障救援人员人身安全和成功营救被困人员具有十分重要的意义。