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基于实地调研的纳西族民居抗震性能分析

更新时间:2009-03-28

0 引言

丽江是云南省辖的一座地级市,地处我国西南边陲,位于云南省西北部云贵高原与青藏高原的连接部位,是一个地震频发的地区。据1900年以来的数据统计,云南平均每年发生3次5.0~5.9级地震,每3年发生2次6.0~6.9级地震,每8年发生1次7级以上地震[1],其中以1996年发生的7.0级地震损失最为惨重[2]。丽江是一个少数民族聚居地,拥有中国唯一一个纳西族自治县,县内居民以纳西族为主,兼有白族、彝族、傈僳族、普米族等少数民族[3]。此外,丽江具有丰富的森林、矿产、水能、土地、生物等自然资源。其中古城区有林业用地1008.597 km2占全区总面积的80.3%,森林覆盖率为54%,且大多数树木以松木为主;区内不乏铁矿、锰矿、铜矿、铝土矿、粘土、陶瓷土、无烟煤、水泥原料石灰矿、建筑用砂矿、页矿等矿产资源[4]

近年来,我国地震频发,造成了严重的经济损失和人员伤亡。国内外学者对于钢筋混凝土结构,尤其是高层建筑结构抗震性能的研究已较为深入,但对我国广大农村地区原生民居的研究却

  

图1 木构架施工过程Fig.1 Construction process of the wooden framework

年代久远的纳西族传统民居多采用附近山上带粘性的纯红土作为建筑材料,用于砌筑民居面向庭院外的围护墙体,如夯土墙、土坯墙和挂泥墙等。

丽江地区丰富的石材资源也在古建民居建筑中得到了广泛的利用。民居中所采用的石材主要是产自玉龙雪山脚下的红色角砾岩(俗称五花石),主要用作民居外围护墙的墙基、勒脚、台阶、基础等。少之又少。这类房屋普遍未经抗震设防,在遭受地震灾害时后果不堪设想,因此,加大对乡村原生建筑抗震性能的调查和研究是十分必要的。本文的调研对象云南省丽江市纳西族原生民居具有一定的代表性。

1 丽江纳西族民居主要形式及其抗震性能

随着城市现代化建设规模的扩大,目前丽江市保留有纳西族传统民居的地区已不多见,较有代表性的尚有大研古城(即丽江古城)和白沙镇、白华镇等地。

1.1 民居的主要建造材料

由表1,图5、图6结果可见,民族土木结构的房屋破坏情况最为严重,近半数房屋出现部分倒塌,发生中等破损和严重破损的占30%以上,而全毁倒平的却很少,只占1.15%;民族砖木结构的抗震性能则要优越很多,轻微破坏和中等破坏的情况占80%,房屋出现严重破坏的只占1.35%,根本没有出现整体倒塌的现象;其他结构类型,砖木、砖混、钢筋混凝土结构由于不是本次调研的对象,不再赘述。

如果路面渗水则会导致沥青材料受到严重影响,增加水泥处理基层被腐蚀的可能性。同时路面基层不能够及时排出积水,随着积水的不断增多,在一定程度上会导致整个路面结构的支撑能力下降。而且当道路边缘被淤泥堵塞时,排水功能就会失去效果,密级配基层的渗透率低渗透率就得不到有效控制,导致排水性能下降。因此在设计过程中,可以选用一些新型的路面材料。三维复合排水网材料具备孔隙率高、排水效果强等特点,将该材料应用在排水系统中,不但能提高整体路面的抗拉强度,同时还能够为公路路基的质量提供保证[3]。

  

图2 民居木质墙板内景Fig.2 Interior view of the wooden walls

1.2 民居的主要形式及分布

丽江古建民居基本为木结构房屋,通常由木质梁柱和檩椽等组成穿斗式或抬梁式木构架房屋作为结构承重体系,墙体主要起到围护的作用。根据围护墙体所用材料的差异,将丽江木结构民居分为土木结构,砖木结构和石木结构三类。

如学习《长方体正方体表面积》时设计了三个不同层次的练习:第一层,直接运用公式,进行表面积计算。第二层,一个长方体游泳池四周和底面贴上瓷砖,需要多少瓷砖?第三层,一根长10米的长方体木块,把它截成两个完全一样的正方体木块,表面积增加了50m2,求原来的长方体的体积是多少m3?这样可以照顾到不同层次的学生,让每个学生都得体验到成功的快乐。

土坯墙本身是抗震能力薄弱的砌体,因此有必要针对传统土坯墙技术的不足,提出改进意见,提高土坯墙体的抗震能力[14]

  

图3 纳西族土木结构民居Fig.3 Naxi soil-wood structure dwelling

砖木结构是近十几年出现的,以木构架作为承重体系,围护墙以砖砌代替土坯砌筑的房屋。与土木结构相比,这类房屋的特点是建造方便,安全可靠。目前大研古城、束河古镇等地的房屋基本都是砖木结构,原因之一是随着近些年丽江旅游业的发展,上述地区已被开发为旅游景点,遗留下来的民居主要用作商铺使用,由承包商统一进行修缮改造,经过十几年的发展,古城的原始风貌有所变化,虽然延续了纳西族木构架民居的整体风格,但是墙体已不采用村民自制的土坯,转而使用材料易得、砌筑方便的砖材。另一个重要原因是1996年发生的7.0级地震中,伤亡情况严重,社会各界意识到土木结构民居可能存在的安全隐患,转而使用强度更高的砖墙。此外,不容忽视的是,随着丽江城市化进程的推进,由于砌砖市场利润巨大,丽江当地砖厂加大砌砖供应,当地政府也积极组织和引导城外企业优质砌砖进入丽江市场,砌砖市场不断吞噬着土坯原本占有的市场。各种材料本身性能的优劣以及外界政策、市场导向等原因,决定了丽江民居建筑结构类型的发展趋势。

1.3 纳西族民居地震受灾情况

在丽江地震历史上,属1996年的7.0级地震部采用土坯或砖材砌筑,有时对墙面进行抹灰处理;房屋二层多采用木质墙板加以局部开窗。房屋两端山墙一层用石材砌筑,二层采用土材或砖材。图3和图4分别为纳西族特色的土木结构民居和石木结构民居。目前这类房屋主要分布在白沙镇、白华镇等民风淳朴、商业化程度低的原始村落,经济条件较好的村民会选择石木或土石木的形式建房。最为强烈,造成的人员伤亡、财产损失最为惨烈,民居破坏情况最为严重。在此之后,虽然丽江也不断遭受大小地震的影响,但其强度和毁灭性都远未达到1996年的程度。研究丽江纳西族民居抗震性能,一个重要的部分就是去了解当地传统民居在1996年02月03日丽江地震的影响下所表现出的破坏形态和抵抗能力。

  

图4 纳西族石木结构民居Fig.4 Naxi stone-wooden structure dwelling

通过发放问卷了解到,1996年丽江7.0级地震对丽江传统民居的破坏程度不尽相同。部分房屋基本没有受损,甚至屋顶没有掉瓦;部分房屋出现轻微破损,简单修缮即可继续使用;部分房屋出现墙体倒塌、屋顶垮塌等严重破坏现象;甚至有部分民居整体倒塌,对居民的生命和财产安全造成巨大影响[5]。丽江市地震局提供的资料反映了当时(1996年)丽江县城各类房屋的震害情况,见表1。从表中提取有用信息,绘制成图5、图6。

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图5反映了震害中各类结构房屋的受损程度,用 “震害指数”表达,指数越大,说明受到震害影响越大;折线图表示各类结构形式在统计样本中的占比,大致反映丽江县城的房屋结构形式分布情况。

图6主要反映了两类纳西族原生民居受到震害影响后各自的破坏程度分布情况,颜色越深代表破坏越严重。

 

表1 1996年7.0级地震丽江县城各类房屋的震害分布率和震害指数Table 1 Earthquake damage distribution rate and damage index of various types of buildig under Lijiang ML7.0 earthquake in 1996

  

注:表中民族土木结构是指木构架土坯墙结构;民族砖木结构是指木构架砖墙结构;砖木结构是指砖墙承重木楼盖、木屋盖的房屋。

 

建筑面积/(m 2) 和震害分布率/(%)民族土木 民族砖木 砖木 砖混 钢筋混凝土结构 调查房屋合计基本完好 3 1 1 5 3 6 4 5 3 2 0 7 3 8 7 7 8 5 2 3 1 9 1 0 1 0 6 4 0 2.4 2 1 6.4 1 6.0 5 3 0.6 2 2 4.7 7 1 8.6 4轻微破损 1 4 0 9 0 8 8 9 5 8 6 5 3 3 1 2 8 7 9 9 0 6 1 1 6 1 9 8 6 0.2 1 0.9 2 4 0.0 4 1 6.3 3 2 4.7 0 4 6.8 9 2 9.8 8中等破损 1 9 1 3 5 9 0 3 0 1 6 1 0 2 3 8 9 2 2 4 9 9 5 5 1 3 3 1 4 4 0.4 1 4.8 4 4 0.6 5 3 0.3 8 3 0.7 3 2 3.6 5 2 4.5 6严重破损 2 6 7 7 0 3 0 0 1 1 7 9 2 1 4 2 6 5 9 9 2 6 6 3 0 2 3 0.6 2 0.7 5 1.3 5 2 2.1 9 1 1.2 6 4.7 0 1 1.6 3部分倒塌 6 4 3 8 4 3 4 5 6 0 6 8 3 4 0 5 0 7 4 2 0 2 0.8 4 9.9 2 1.5 5 1 1.4 5 2.6 9 0.0 0 1 3.6 9全毁倒平 1 4 8 7 0 7 2 0 8 0 0 8 6 9 5 1.0 1.1 5 0.0 0 1 3.6 0 0.0 0 0.0 0 1.6 0调查房屋总数 1 2 8 9 8 1 2 2 2 1 5 5 3 0 0 0 1 2 6 6 5 7 2 1 1 2 6 1 5 4 2 1 1 4 2 3.7 9 4.1 0 9.7 8 2 3.3 6 3 8.9 7 1 0 0震害指数 0.6 2 0.2 6 0.5 1 0.2 6 0.2 2 0.3 5震害程度和震害指数

  

图5 丽江县城各类房屋比重及震害指数Fig.5 Proportion of various types of building and earthquake damage index of Linjiang county

  

图6 纳西族原生民居房屋破损情况分布Fig.6 The distribution of damage degree of two kinds original dwellings

丽江民居建筑所采用的木材主要是当地出产的松木等,这些木材用于屋顶的檩条和椽子、房屋梁柱木构架等丽江传统民居建筑的结构体系之中(图1)。此外,多数房屋面向庭院外的围护墙的二层部分采用木质围护墙;面向庭院内的部分墙体以木格栅代替。在房屋内部,地板、天花、隔墙以及少数加装于土坯墙的顺墙板也是以当地所产的松木为材料建造的(图2)。

由于丽江地震中,以民族土木结构为主体的丽江原生民居的建造相对随意,没有经过抗震方面的考虑,因此受灾严重。民族土木结构的房屋整体垮塌的并不多,换句话说,木框架本身一般没有问题,很少出现木框架倒塌的现象,而发生破坏的往往是墙体等围护结构开裂、倾斜或倒塌,或是屋面掉瓦,梁柱搭接处局部断榫、脱榫、柱脚发生滑移等[6]。也有少量施工质量比较好的房屋,即使是处在震害严重的地段,房屋仍可保持屹立不倒,甚至鲜有破损。相比之下,民族砖木结构的房屋受灾情况就没有那么严峻,破坏程度较轻。1996年以前,原生民居多是民族土木结构,使用砖墙的相对较少。从表1可以看出,在所调查的房屋中,有23.79%是民族土木房屋,而民族砖木房屋只有4.10%。地震之后,人们意识到土木房屋抗震性能的薄弱,才有越来越多的砖墙替代了土墙用于房屋修缮,于是出现了如今大研古城内的景象。

此外,国内外对土木结构传统民居的抗震性能的分析研究尚少,大都停留在地震现场实地观察描述及土坯墙结构力学性能分析研究的基础之上[7-12],对于采用数值模拟分析土坯墙结构在地震作用时的应力分析及运动特点并总结其抗震机理的研究几乎没有。

当前,对钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构等现代常用结构体系的计算分析和抗震设计已相对成熟。在中国广大农村,诸如丽江传统民居“木构架土坯墙”等原生建筑广泛存在,但相关研究却少之又少,不被专家学者重视。每当灾害发生时,此类建筑往往首当其冲。因此,对我国乡村原生建筑震害的研究与调查势在必行,如何在广大贫困地区实现 “安筑”这一目标,是每个建筑行业从业者值得思考,也理应思考的一个问题。

而随后以地方高校为主体的优质课程资源建设是对互联网和终身学习深度融合的又一次积极实践。部分地方高校借助先进的教育信息技术组建了慕课形式的“优课联盟”。该联盟致力于地方高校继续教育优质课程资源的开发、整合和应用。以深圳大学为首的优课联盟将基于互联网在线教育“慕课”这一新形式应用于继续教育的教育实践中,使高校继续教育和学习者个性化的教育需求建立连接,使更多优质课程和人才资源借助互联网这一形式得以共享。

2 民居抗震加固措施及建议

调研中了解到,即使经历了 1996年丽江 7.0级地震的惨痛教训,当地居民的抗震安全意识仍有待加强。多数居民,尤其是生活在白沙乡、拉市乡等相对贫困地区的原住居民,对抗震设防的概念缺乏认识,认为小震不怕、大震即使发生了也只能听天由命,因此在建造房屋时往往忽视了对房屋进行抗震设防的重要性。在丽江这样地震频发的地区,相关部门有必要对当地居民进行培训教育,使他们认识到抗震设防措施的重要性。此外,地震发生后,丽江市建筑设计研究院曾牵头出版过一本关于丽江民居抗震加固的规范图集,丽江市地震局也曾整理过相关的资料,但由于各种原因部分珍贵的抗震保护档案资料已经丢失。因此,建立档案资料管理机制来合理地管理和保存当地各项档案资料文献是丽江市相应部门亟需进行的一项工作。

整体性差是传统土坯墙抗震能力差的主要原因。设置圈梁、构造柱[15]是提高砌体结构民居整体性的最基本措施,而白沙镇、白华镇等原始村落在建房时均未考虑这一点。

2.1 新型制坯技术

采用土木结构的房屋,以土坯墙作为围护体系,是最为传统的纳西族民居。丽江民居房屋多为三开间的两层楼房,面向庭院外的围护墙体的一层部分多为敦实厚重的土坯墙、夯土墙或挂泥墙等,二层部分多为木围护墙;面向庭院的墙体 (围墙除外)多采用木格栅。石木结构,围护墙用料石或毛石砌筑。在丽江古建民居建筑中,纯粹的石木结构属于少数,更为广泛的做法是在沿街立面采用三段式的围护墙体,房屋一层下部采用石墙基,上

第三阶段(1992年—1997年),稳步增长阶段。1992年,邓小平同志南巡讲话摆脱了姓“社”、姓“资”的困扰,党的十五大确立了以公有制为主体,多种所有制经济共同发展的基本经济制度,明确了非公有制经济是我国社会主义市场经济的重要组成部分。

传统土坯采用黏土为主要制坯原料,必要时掺加麦秸、松针等提高土坯抗裂性。新型土坯制备技术进一步扩大制坯原料范围,沙性土、建筑固体废弃物、纤维、水泥、乳化沥青等也可用来生产土坯。

在不改变原生民居风貌的基础上,搅拌工艺和养护方法上可适当创新,如采用强制式搅拌机,土坯养护中进行淋水、覆盖薄膜等。

2.2 新型构造技术

地震中房屋发生倒塌或者损害,往往是由于施工方法不合理或者施工监理不严格导致房屋施工质量低下而造成的。因此,今后修建房屋时可以从以下几个方面着手提高房屋的整体稳定性,加强房屋的抗震性能[13]

星雨将“石压蛤蟆”“死蚯蚓”“大道曰返”讲给李离听,李离也笑得前仰后合,一边又正色对星雨讲:“颜老师的字雄秀独出,一变古法,兼收汉魏晋宋以来风流,我朝书法名家,没有谁超过他的。字如其人,他格力天纵,神乎其神,难以预测!练百花拂穴手中的‘快雪时晴’‘钟林毓秀’,都应体会书圣的笔意!”星雨听得半懂不懂,只是觉得颜师父的课虽然没什么意思,但这些促狭师兄太有意思了……

可沿外墙高每1 m左右加一道木圈梁与木柱连牢,嵌于墙体内表面。并沿墙体每隔一段距离增设一个构造柱。此外,在土坯墙或土筑墙转角处使用竹片作拉结筋[16]亦可增强外墙体稳定性,使外墙体在地震时只能往外倒塌,不伤及室内人员。

为增强房屋的纵向稳定性,可在屋盖房架大叉以上加纵向支撑,如在两端间及隔间中柱顶部加木剪刀撑或木斜撑。为减少柱脚滑移,可在木柱脚处加锁脚枋(地脚),以加强木柱脚处锚固[17]

2.3 改善施工方法

采用平砌土坯墙,要求墙体水平及竖向灰缝饱满均匀,土坯错缝搭接。

同时应做好木构件的防腐及防虫处理。凡木构件与土坯墙体接触的隐蔽部位应涂防腐剂,可用煤焦油刷两道,木构件表面应刷油漆。对于已损坏的木构件,应及时更换。

3 结语

(1)丽江传统民居是典型的木构架房屋,根据围护墙体材料的不同可以分为土木结构、石木结构、砖木结构等。

本研究特地区选取我院于2015年4月至2016年4月期间需进行输血治疗患者200例作为研究对象,每组100例,实验组中女性68例,男性32例,年龄(18-67)岁,平均年龄(58.2±3.2)岁。对照组中女性69例,男性33例,年龄(20-68)岁,平均年龄(59.5±3.3)岁。两组在基本资料的比较上,经统计学处理,无显著性差异,具有可比性。

(2)木构架承重房屋的震害形态通常是围护墙体的破坏,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。

机械电气设备故障电阻法主要就是通过电压及电流的准确测量,对机械电气设备实际运行情况进行全面分析。由于机械电气设备故障会导致自身断电等问题出现,可能无法使用电阻测量法,需对原本构件,如单个、非并联状态元件等进行电阻检测,以保持机械电气设备电阻进行精确检测。

(3)砖木结构的抗震性能较土木结构有较显著的提高。

(4)目前国内外对土木结构传统民居的抗震性能的分析研究尚少,大都停留在地震现场实地观察描述及土坯墙结构力学性能分析研究的基础之上,对于采用数值模拟分析土坯墙结构在地震作用时的应力分析及运动特点并总结其抗震机理的研究几乎没有,有较大研究发展空间。

(5)可采用新型制坯技术、构造措施和施工方法等对纳西族原生民居进行抗震加固和保护。

③ 治安维持法,为惩处以国体的变革和否定私有财产制度为目的的结社组织者和参加者的法律。大正14年(1925)制定,1945年随着日本投降而废止。

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侯兆熔,季静
《华南地震》 2018年第01期
《华南地震》2018年第01期文献

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