我国村镇房屋抗震设计分析与研究

我国地处世界两大地震带即环太平洋地震带与欧亚地震带之间,大部分地区为地震区,特别是对于一些偏远的西部地区,在地震作用下房屋会破坏并造成巨大的人员伤亡和经济损失。为了提高房屋抵御地震作用的能力,我国制定了相应的抗震规范,确保了房屋在地震作用下的安全性。然而,由于我国农村经济较为落后,当前村镇房屋抗震设计仍然存在许多问题,汶川地震的震害就说明了这个问题。本文首先介绍我国抗震规范的发展及现状,并重点从房屋的抗震概念设计,结构抗震计算和抗震构造措施三个方面对我国村镇房屋抗震薄弱原因进行详细分析;通过对村镇房屋抗震薄弱原因的分析,从技术和管理两个方面提出了相应的防御措施,以保证人民生命安全、减少经济损失,确保社会主义新农村及和谐社会的顺利建设。1 我国抗震规范的发展及现状我国是一个多地震国家，近四千年的地震文献记载表明，我国绝大部分地区都发生过震级较大的破坏性地震，地震的发生不仅导致房屋、道路、桥梁等工程结构的倒塌破坏，而且造成惨重的人员伤亡。随着经济的快速发展，城市化进程加速，人口及物质财富向城市进一步高度集中，地震所造成的震害灾难将会更大。1974 年我国批准发布了全国第一本建筑抗震设计规范——《工业与民用建筑抗震设计规范 （试行）》TJ11-74（简称 74 规范）。1976 年唐山发生 7.8级地震致使 24.2 万余人丧生，16.4 万余人重伤，直接经济损失达 100 亿元人民币，按当时的比价大约为 50 亿美元。唐山大地震后随即对74 规范进行了修改，颁布了《工业与民用建筑抗震设计规范》TJ11-78（简称 78 规范）。此后各科研和设计单位开展了大量深入的抗震科研工作，分析总结了唐山地震的经验，积累了抗震设计的实践经验，随后对 78 规范进行了修订，完成并发布了《建筑抗震设计规范》GBJ11-89（简称 89 规范），6 度区的建筑工程正式纳入抗震设防范围，提出了小震不坏，中震可修，大震不倒的抗震设防目标。经过抗震工作者的努力，工程结构抗震在理论、设计等方面都取得了巨大的进步，在 2001 年 7 月 20 日由建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了《建筑抗震设计规范》GB50011-2001（简称 2001 规范）。在抗震规范的指导下，经过抗震设计的房屋在遭遇地震力的作用下能够达到三水准的目标，即小震不坏，中震可修，大震不倒的要求，从而大幅度减小了经济损失和人员伤亡[1]。2008 年5.12 汶川大地震又一次造成了巨大的人员伤亡及经济损失，震后各科研部门组织人员对震害进行现场调研，随后规范组根据调研的震害情况对《建筑抗震设计规范》进行了局部的修订，进一步提高了结构的抗震性能。抗震设计是根据《建筑抗震设计规范》[2]对地震区的工程结构按照工程抗震的要求进行专门的设计，包括抗震概念设计、结构抗震计算和抗震构造措施三个方面。抗震概念设计是指基于震害经验建立的抗震基本设计原则和指导思想，包括工程结构总体布置和细部构造。结构抗震计算是分析地震作用，包括水平地震作用和竖向地震作用，计算分析结构整体及构件的地震效应，即地震作用下结构产生的内力〈剪力，弯矩，扭矩，轴向力等〉和变形〈线位移，角位移等〉，再将地震效应与其它荷载进行组合，验算结构及构件的强度与变形。抗震构造措施是指为提高工程结构的抗震性能而必须采取的细部构造措施。在抗震规范的指导下，我国城市建筑一般都进行了抗震设计，建筑物都具有较好的抗震性能，确保了人民生命安全并减小了经济损失。而对于广大的农村地区由于建房分散，缺少统一规划以及缺少和农村经济相适应的抗震规程指导，致使村镇房屋大部分未经抗震设计，抗震能力比较差，在地震作用下往往造成巨大的人员伤亡和经济损失。2 现今我国村镇房屋抗震存在的问题我国村镇房屋很多并没有按照《建筑抗震设计规范》的具体要求进行抗震设计，在抗震概念设计、结构抗震计算和抗震构造措施三个方面均存在问题，严重者存在毫未进行抗震设计，从而房屋的抗震能力极低，地震发生时出现房屋倒塌，人员伤亡惨重。现从抗震概念设计，结构抗震计算和抗震构造措施三个方面分别分析具体存在的抗震问题。2.1 抗震概念设计2.1.1 场地选择不当许多山区及丘陵地区村镇房屋建在山尖及地形变化剧烈的不利地方，由于地形对地震波的放大作用使地震作用加强。如 2003 年 7 月 21 日云南大姚地震中位于山尖及地形变化剧烈的地方房屋基本倒塌[3]。2.1.2 结构布局不合理村镇房屋中相当一部分是由屋主根据主观意愿自行设计，往往造成建筑平面布置不规则如∟型、Π型，再加上房屋本身没有进行抗震设计，地震时受扭转效应的不利影响，从而导致房屋容易发生破坏倒塌。2.1.3 结构体系有缺陷村镇房屋多为纵墙或横墙承重，然而由于连接构造措施不当，不能有效的传递荷载。如木结构的门式和三角形屋架之间无斜撑，仅靠铆榫和檩条连接不能形成刚接点，在地震作用下容易松动变为铰接点，整个屋面系统成为一个几何可变体系，从而在地震作用下容易发生倾斜或倒塌。又如山墙搁檩，即檩条直接搁在山墙上，而山墙一般较高，整体稳定性差，地震时山墙容易内闪倒塌，导致屋盖塌落造成住户被活埋死亡，人员伤亡惨重[4]。2.1.4 非结构构件的连接构造措施不够大多数村镇房屋有出屋面的烟囱、高门脸、女儿墙等局部突出部分，这些构件与结构主体没有有效的拉接措施，加上地震作用的鞭梢效应，地震发生时易倒塌，从而砸伤人员。2.1.5 材料强度不能保证村镇房屋主要为土坯房屋、木结构房屋、石结构房屋、砖土混合承重房屋等砌体结构房屋，材料质量和强度没有保证。如砖土结构房屋中砖和土坯之间粘结强度低；木构件容易发生腐朽，且没有任何的防腐措施，这些房屋在地震作用下容易由于强度不够而发生破坏。2.1.6 施工质量差由于农村经济原因，施工人员多数为当地的土匠，缺乏技术知识，不能保证质量，从而不利于结构的安全性。如砖砌体结构的交叉处未同步砌筑，不配置拉接筋。先浇构造柱再砌筑砖块，从而影响结构的整体协同工作能力。又如砌墙过程中多采用带刀灰，砂浆只涂在砖边沿，未填饱满，有的墙面砌筑很不平整，形成鼓包墙[5,6]。2.2 结构抗震计算对于土坯墙体和砖土墙体混合承重结构，木结构，石墙结构等砌体房屋，GB50011-2001《建筑抗震设计规范》（2008 版） 并未要求进行抗震计算，仅通过高度、层数等尺寸限制和一些做法以确保房屋抗震能力。对多层砌体结构，规范有明确的抗震计算要求，然而有部分多层砌体未进行抗震计算，仅凭经验施工，认为只要加大构造柱、圈梁便可保证结构有足够的安全度，从而使房屋抗震能力得不到保证。2.3 抗震构造措施许多房屋未设构造柱和圈梁，从而降低房屋的整体性和刚度。门窗洞口处没有设置过梁，在地震力作用下极易发生破坏。3 提高农村建筑抗震性能的措施地震作用具有不可预测性和巨大的破坏性，加之我国农村人口众多，由于经济等原因村镇房屋抗震能力极低，一旦地震发生会造成巨大的人员伤亡和经济损失，在新时期全面建设社会主义新农村，保障人民生命和财产安全刻不容缓，村镇建筑需采取相应的对策和措施.3.1 技术措施3.1.1 注重抗震概念设计（1）慎重选择建筑场地场地是建筑物的基础，一个好的场地可以缓解地震波的冲击。不要在孤立的山岗，山脊上建房。避开不稳定的斜坡，陡崖，陡坎及活动的地质断层，应选在地势开阔平坦，土质硬实的地方建房。如确需在软弱，松散半挖半填的不均匀地基上建房，应采取相应的措施，加强基础的整体性和刚度[7]。（2）选择合理的结构体型震害表明体型规则，地震作用传递路线简捷的工程结构，在地震中破坏较轻，所以工程结构的平面布置应尽量简单规则，竖向应该保持均匀与连续，且工程结构的刚度中心与质量中心应尽可能接近。对无法满足的复杂体系可设抗震缝，形成多个较规则的抗侧力结构单元。