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常想徳ꎬ孙静ꎬ谭明
(新疆维吾尔自治区地震局ꎬ新疆乌鲁木齐８３００１１)摘要：自２０００年１月至２０１９年１２月新疆共发生５级以上破坏性地震９３次ꎬ地震灾害损失十分严重ꎮ地震中房屋震害特征及其抗震性能差异与房屋的结构形式相关ꎮ通过搜集整理新疆境内历年典型破坏性地震民居房屋震害资料及房屋调研相关资料ꎬ结合房屋震害特征ꎬ依据房屋的建造年代㊁结构形式㊁有无构造措施㊁砌筑粘结剂强度㊁施工质量及材料强度等抗震性能影响因素将新疆民居房屋结构类型分为土木－木架－石木简易结构㊁砖木结构及砖混结构３大类ꎬ并细化为１０小类ꎮ结合新疆历史破坏性地震房屋震害资料ꎬ对细化分类房屋的震害特征进行总结ꎬ分析影响各结构类型房屋抗震性能的原因ꎮ除房屋本身抗震性能因素外ꎬ场地工程地质条件㊁地震作用及其他自然灾害的累积叠加作用也是造成房屋破坏加重的主要因素ꎮ
关键词：新疆农牧区民居ꎻ房屋结构类型ꎻ震害特征
ｄｏｉ:１０.１６２５６/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１￣８９５６.２０２１.０１.００９
㊀㊀中国是世界上大陆地震最多的国家ꎬ地震灾害损失十分严重ꎬ大量震害调查结果显示ꎬ地震造成的人员伤亡主要是由房屋倒塌造成ꎬ而经济损失的９０％以上是由建筑物毁坏所致ꎬ在农牧区ꎬ由于经济发展相对落后和居民抗震防灾知识缺乏等原因ꎬ房屋抗震能力普遍薄弱ꎬ地震时因房屋破坏而造成人员伤亡的现象更为严重[１￣３]ꎮ新疆是中国内陆地震活跃地区ꎬ也是中国地震灾害最为严重的地区之一ꎬ其特殊的区域地震构造背景ꎬ形成了新疆及其邻区地震活动频度高和强度大的特征ꎮ２０００年１月至２０１９年１２月ꎬ新疆共计发生５级以上破坏性地震９３次ꎬ其中６.０~６.９级地震１２次ꎬ７.０级以上地震３次ꎮ这些破坏性地震总计造成２９１人死亡ꎬ５３２６人受伤ꎮ由于新疆各地区经济发展水平不平衡ꎬ少数民族聚集区发展相对落后ꎬ民居建筑抗震设防水平差异问题非常突出ꎬ同时ꎬ新疆民居房屋的结构特征和设防水平也有着显著的时代特征[４]ꎮ本世纪以来ꎬ新疆农村民居由基本不设防到安居工程的稳步推进与顺利实施ꎬ在多数地区具备良好抗震性能的安居工程房屋已逐步替代了不具备抗震能力的老旧房屋ꎮ但目前ꎬ部分地区仍存在一定数量的简易结构类型的房屋ꎮ本文中通过梳理新疆历年来破坏性地震中各结构类型房屋的震害特征ꎬ分析其产生震害的原因ꎬ较全面的分析新疆农牧区民居房屋的结构类型特征及抗震性能差异ꎬ为提高农村地区的防震减灾能力ꎬ使震前清楚不同结构类型房屋的抗震薄弱环节ꎬ做到有的放矢的预防ꎬ为减轻农牧区地震灾害风险提供基础资料ꎮ
第３５卷㊀第１期２０２１年㊀㊀３月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内陆地震ＩＮＬＡＮＤ㊀ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.３５㊀Ｎｏ.１Ｍａｒ.㊀２０２１①收稿日期:２０２０￣０３
￣０７ꎻ修回日期:２０２０￣０６￣１２.课题项目：新疆地震科学基金(２０１８０７)ꎻ中国地震局地质研究所所长基金(ＪＢ￣１９￣０６).作者简介：常想徳(１９８２~)ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ硕士ꎬ２００９年毕业于新疆大学地质与勘查工程学院ꎬ主要从事工程地震研究.Ｅ￣ｍａｉｌ:ｃｈａｎｇｘｉａｎｇｄｅ＠１６３.ｃｏｍ
６７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内㊀陆㊀地㊀震㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３５卷１ 新疆农牧区房屋结构类型研究现状
新疆传统的农牧区房屋ꎬ大都是由当地的建筑工匠按照当地的传统习惯建造的ꎬ具有结构简单ꎬ建造样式基本一致ꎬ造价低廉ꎬ易于就地取材的特点ꎮ自实施抗震安居工程以来ꎬ受各地州㊁区市经济㊁人文及自然地理等条件的影响ꎬ新疆农牧区民居出现了许多新型的结构形式[５￣６]ꎮ
新疆从２００４年开始实施的城乡抗震安居工程ꎬ是要变被动的震后救灾为震前主动积极的防御ꎬ要求新建的抗震安居房ꎬ不管是何种结构ꎬ都必须达到抗震的要求ꎬ并针对不同结构类型的农村民居制定出了详细的基本技术要求ꎬ２００６年张勇将新疆农村抗震民居房屋结构类型划分为３大类：一类为单层砖混㊁砖木结构ꎬ二类为土木结构㊁木夹板㊁木构架土坯㊁木构架柳芭夹芯房屋ꎬ三类为石木结构[７]ꎮ
晋强等将新疆民居主要结构类型分为混合结构㊁墙体自承重结构及框架结构ꎬ并将砌筑材料类型分为改性的生土㊁新型石膏土坯及棉花秸秆草砖[８]ꎮ
夏多田等根据承重材料的不同ꎬ将新疆村镇建筑房屋分为ꎬ土木结构房屋(分土坯墙承重ꎬ硬山搁檩房屋㊁木构架承重房屋㊁木构架承重夹土坯芯墙房屋及木板夹心结构房屋)㊁砖木结构㊁石木结构房屋㊁砖混结构房屋及其他新型结构房屋５大类[６]ꎮ
张守洁等人２０１３年根据各地民居传统风俗习惯和建筑材料实际ꎬ将新建和改造民居结构类型分为砖混结构㊁砖木结构㊁木结构(包括 笆子墙 ㊁木板夹心墙)㊁石木结构㊁土木结构㊁石膏土块房等[２]ꎮ
２０１３年谭明等人将新疆传统民居划分为４大类：土木结构㊁砖木结构㊁砖砌体结构及其他类ꎮ其中将土木结构细分为土坯结构㊁夯土墙结构及木构架￣土坯墙结构ꎮ其他类分为石结构㊁木结构及砖土混合结构等①ꎮ
２０１３年９月至２０１５年５月间ꎬ温和平等人在全疆完成了新疆民居房屋的大范围抽样调查工作ꎮ根据调查结果ꎬ新疆除乡镇附近和城郊农村区域建设有各类建筑样式的２~３层砖砌体民居外ꎬ绝大多数区域的民居为单层结构ꎮ将民居建筑类型主要划分为土木结构㊁砖木结构㊁砖混结构及具抗震结构的砌体结构４种结构类型ꎮ并将新疆民居划分为６个典型区域：伊犁盆地区域ꎬ北天山经济带区域ꎬ克拉玛依市区域ꎬ阿勒泰区域ꎬ吐哈盆地区域ꎬ及东天山区域[９]ꎮ
谭明等人将新疆安居工程建设分为２个阶段[１０]ꎬ第１个阶段为２００４~２０１０年ꎬ称为 抗震安居工程 ꎬ目的是为广大众的生命和财产安全提供基本保障ꎬ主要结构类型包括ꎬ砖混结构㊁砖木结构㊁木
板夹芯结构㊁木架构￣土坯墙结构㊁石木结构㊁现浇石膏￣土坯墙结构㊁木架构￣芭子墙结构以及其他结构(木结构㊁编制木板房等)等主要８种结构形式ꎬ结构形式较多ꎬ分布不均匀ꎬ单体建筑面积相对较小ꎻ第２个阶段为２０１１年以后ꎬ在新疆自治区人民政府主导下ꎬ把民居抗震与改善农牧民生产生活条件㊁新农村建设相结合ꎬ将 抗震安居工程 更名为 安居富民工程 ꎬ根据农户宅基地大小㊁家庭人口㊁经济条件和生活习惯等实际ꎬ建造达到抗震设防要求ꎬ同时提高建房标准ꎬ确保农牧民住房面积合适(原则上每户不低于８０平方米)㊁功能设①谭明.新疆抗震安居房震害矩阵初步研究ꎬ２０１３.
施齐全㊁建筑质量可靠ꎬ符合地域特的具有实用性和耐用性的有抗震能力农牧民房屋ꎮ这不仅提升了农牧民住房的抗震性能ꎬ还满足了人民众对更高生活品质的需求[４ꎬ１１]ꎮ在此阶段作为中国第二大牧区ꎬ新疆高位推动并实施了 定居兴牧工程 ꎬ彻底改变了牧民居无定所ꎬ实行农牧结合的方式发展畜牧业ꎬ极大改善了牧民的生活条件ꎬ促进了社会稳定和民族团结ꎬ改善了定居点局部生态环境[１２￣１３]ꎮ截止目前ꎬ新疆农牧区房屋结构类型ꎬ逐步统一为以砖木结构㊁砖混结构为主的单层房屋和以砖混结构为主的多层房屋ꎮ
自２０１６年起中国地震动参数区划图全面实施后ꎬ新疆 安居富民工程 改称为 农村安居工程 ꎬ此类房屋严格按照ꎬ施工质量高㊁抗震构造措施齐全ꎬ在地震中均未造成破坏ꎮ
本文中主要依据新疆近些年来破坏性地震中房屋震害程度ꎬ结合造成房屋抗震性能差异的主要因素ꎬ如砌
筑方式㊁建造材料㊁墙体材料㊁建造年代㊁墙体砌筑粘结材料及有无抗震构造措施等ꎬ将新疆农牧区民居房屋结构类型划分为土木－木架－石木简易结构类㊁砖木结构类及砖混结构类ꎬ并将土木－木架－石木简易结构类房屋细分为：夯土墙类(俗称干打垒)㊁土坯墙类㊁砖土混合墙类㊁木构架类及石木结构类ꎻ将砖木结构房屋细分为：无抗震措施的泥浆砌筑的砖木结构房屋㊁无抗震措施的砂浆砌筑砖木结构房屋及有抗震措施的砖木结构房屋ꎻ将砖混结构房屋细分为：无抗震措施的砖混结构房屋和有抗震措施的砖混结构房屋ꎮ将新疆民居房屋结构类型划分为３大类１０小类ꎬ针对各小类的震害特征进行总结分析ꎮ
２㊀农牧区房屋各结构类型震害特征分析
根据近些年新疆部分破坏性地震中房屋的震害现象ꎬ对细化分类后的各结构类型房屋进行震害特征梳理ꎬ并分析其产生破坏的原因ꎮ
２.１㊀土木－木架－石木简易结构该结构类型房屋在２００３年前广泛分布于新疆南北疆农牧区ꎬ从２００４年开展的抗震安居㊁安居富民及定居兴牧工程开展以来ꎬ具备抗震性能的房屋正逐步淘汰此类简易结构房屋ꎬ但是目前在农村及牧区仍有一定数量的该类房屋ꎮ
该类房屋承重墙体多为夯土墙㊁土坯墙及块石ꎬ屋顶由木梁及苇席㊁稻草等简陋防水材料组成ꎮ房屋一般层高较低ꎬ开间及进深均较小ꎬ房屋结构是典型的脆性结构ꎮ
该类房屋墙体结构的材料强度低ꎬ无任何抗震构造措施(仅少量房屋墙体间及转角处含木柱)ꎮ屋面和墙体之间缺乏有效连接ꎬ房屋结构的整体性差ꎬ房屋各构件之间的连接薄弱ꎬ在水平地震力作用下ꎬ整个屋面产生推力破坏承重外墙[８ꎬ１４￣１５]ꎮ此类土木结构房屋大多数建设年代较早ꎬ年久失修ꎬ在新疆历次破坏性地震中受灾程度最重ꎬ破坏范围也最广ꎮ将该类房屋细分为：夯土墙㊁土坯墙㊁砖土混合墙㊁木构架及石木结构５小类ꎮ
２.１.１㊀夯土墙类此类夯土墙(俗称干打垒)形式房屋是将半干半湿的黏性土逐层分段夯实ꎬ纵墙搁梁ꎬ山墙搁檩ꎮ此生土类建筑的物理特征是它的导热系数小和热惰性好ꎬ因此这类房屋具有良好的隔热㊁保温和防寒性能ꎬ能实现冬暖夏凉ꎬ节约能源的效果ꎮ但其最大的缺点是怕水ꎬ因新疆地区气候干燥ꎬ降水量少ꎬ此类房屋分部较广[１６￣１７]ꎮ震害特征及分析：该类型房屋震害表现为屋顶坍塌㊁承重墙体整体或局部倒塌(图１ａ㊁ｂ㊁ｃ㊁ｄ)及墙体结合部开裂等ꎮ此类型房屋多为建造时就地取材ꎬ有些房屋墙体材料为含粉砂类７７１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀常想徳等：新疆农牧区民居房屋结构类型与震害特征分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
８７㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀内㊀陆㊀地㊀震㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀３５卷土ꎬ其墙体承载能力差ꎬ若未及时修缮或加固ꎬ其很容易遭受风雨侵蚀ꎬ抗震能力极差ꎮ在２０１１年尼勒克 巩留６.０级地震㊁２０１２年新源 和静６.６级地震㊁２０１４年于田７.３级地
震[１８￣１９]及２０１６年阿克陶６.７级地震中此类房屋多数出现破坏ꎮ
２.１.２㊀土坯墙类
土坯墙类房屋ꎬ是由土坯块做墙体砌筑材料ꎬ黏土泥浆粘结砌筑而成作为承重墙体ꎬ屋架和木梁搁置在土坯墙上ꎬ屋顶上部由覆盖ꎮ少数房屋屋顶有整体性较好木屋架(如阿图什市)ꎬ其房屋层高约５ｍꎬ进深约３ｍꎬ最大开间约５~６ｍꎮ该类型房屋缺少如木圈梁㊁木柱及拉结构造等抗震措施ꎬ加之部分地区房屋因雨水冲刷㊁地基变形等因素地震前已出现不同程度损坏ꎬ房屋抗震性能显著降低ꎮ
此类土坯墙房屋中ꎬ存在少量的土坯墙与墙内木构架共同受力形式的房屋ꎮ房屋墙体结合部设置了木柱ꎬ且墙体中均匀设置了木拉梁与木柱相连ꎻ屋顶由木料卯接成整体后安装ꎬ屋盖整体性能较好ꎬ屋顶铺设ꎬ整体结构设置了多项合理抗震措施ꎬ有效地提高了结构的整体性和抗倒塌性ꎮ
震害特征及分析：土坯墙房屋震害现象主要表现为屋顶整体或局部坍塌(图１ｅ㊁ｆ)㊁承重墙体整体或局部倒塌(图１ｇ㊁ｈ)㊁承重墙体纵横墙交接处开裂㊁墙体外闪㊁墙体斜向及竖向裂缝㊁门窗洞角裂缝及洞口间墙体剪切裂缝㊁女儿墙及屋檐等非承重构件损坏等[２０￣２１]ꎮ该类房屋大多数建设年代较早ꎬ年久失修ꎮ房屋承重墙体建筑材料强度低ꎬ是典型的脆性结构ꎬ无任何抗震构造措施ꎬ屋面和墙体之间缺乏有效连接ꎬ房屋整体性很差ꎬ在水平地震力作用下ꎬ整个屋面产生推力破坏承重外墙[１４￣１５]ꎬ如在２０１５年皮山６.５级地震Ⅷ度区内的固玛镇老街多数此类结构房屋倒塌破坏(图１ｆ)ꎻ在２０１７年塔什库尔干５.５级地震中ꎬ一居民房屋(图１ｅ)屋面及墙体倒塌造成３名工人遇难ꎮ该类房屋门窗洞口上
未设置过梁ꎬ或者仅放置窄细木条ꎬ搭接长度不够ꎬ不能起到过梁的作用ꎮ土坯墙体本身强度低ꎬ地震来袭ꎬ造成局部应力集中ꎬ门窗洞口上部角部墙体出现裂缝ꎻ房屋纵横墙在砌筑时未在墙体交接处咬槎搭砌ꎬ纵横墙间无可靠拉结ꎬ地震造成纵横墙体间出现贯穿裂缝或墙体局部坍塌ꎬ如在２０１６年阿克陶６.７级地震中木吉乡布拉克村村委会附近的此类房屋成片出现这种震害现象(图１ｇ㊁ｈ)ꎻ屋面檩条或大梁简单搁置于土墙墙顶(硬山搁檩)ꎬ梁下无梁垫ꎬ梁下墙体无暗柱或壁柱[２０]ꎬ在地震动作用下ꎬ梁下墙体产生应力集中现象ꎬ出现竖向裂缝ꎮ
吉林地震局２.１.３㊀砖土混合墙类
此类房屋ꎬ多为砖砌基础ꎬ前墙为砖砌ꎬ其余墙体为土坯砌筑ꎬ或内墙为土坯砌筑外墙为粘土砖砌筑(土坯墙和砖墙之间无有效可靠的连接ꎬ属于典型的砖包皮墙体)ꎬ木屋顶ꎬ硬山搁檩ꎬ或部分有整体性较好的木屋架ꎮ仅少数砖包皮房屋建造质量较好或经过抗震加固外ꎬ此类房屋因其墙体材料的差异性和结构整体性较差等因素ꎬ在地震中易发生破坏ꎮ震害特征及分析：这类房屋土坯墙和砖墙之间没有可靠的连接ꎬ在地震中外侧墙体倒塌㊁墙体上部屋檐及女儿墙塌落的现象较为普遍(图１ｉ㊁ｊ)ꎬ地震时众撤离到屋外过程中被震落屋檐碎块砸伤也是造成人员受伤的原因之一[２２]ꎮ
部分地区针对此类房屋开展了抗震加固措施ꎬ如精河县大河沿子镇的此类房屋ꎬ在２０１７年精河６.６级地震之前ꎬ在当地政府各部门的大力支持与指导下ꎬ针对此结构类型的房屋采取了墙体间增设钢筋拉结等抗震加固措施ꎬ极大提高了房屋结构的整体性ꎬ在地震中Ⅶ度区内此
类房屋抗震性能表现良好ꎬ未出现墙体倒塌等现象ꎬ仅少数房屋承重墙体出现裂缝(图１ｋ㊁ｌ)ꎮ
２.１.４㊀木构架类该类木构架结构房屋主要包括夹板墙(木板夹心)与笆子墙类房屋ꎮ夹板墙木架类房屋主要为２００４年之前建设的抗震类房屋ꎮ此类房屋将黏性土放在木夹板之间夯实ꎬ木夹板与梁或檩有连接ꎬ是一种简单的抗震房ꎻ笆子墙木架结构房屋为较早的抗震安居房结构形式之一ꎬ木制地圈梁㊁屋顶圈梁和木制立柱ꎬ木架主体完成后使用树条或红柳条编制成笆子作围护墙ꎬ之后再内外墙附ꎬ当地俗称笆子墙ꎮ
该类房屋在广大农村易于推广ꎬ其具有建造时取材便利㊁结构受力明确㊁柱与梁布设灵活㊁自重较小及结构轻质等特点ꎬ抗震性能好ꎬ墙体不易产生整体倒塌等破坏[１９ꎬ２３]ꎮ在新疆多次地震中在保护众生命安全ꎬ减少地震灾害损失方面发挥了重要作用ꎮ但是其结构构件主要为木质结构ꎬ耐久性较差ꎬ随着时间的推移ꎬ木架结构抗震房屋使用的维护成本将逐渐上升ꎬ抗震能力也会逐渐降低[２４]ꎮ震害特征及分析：该类房屋在低烈度时墙体不易产生整体倒塌现象ꎬ一般不会造成大面积破坏ꎬ但在高烈度区这类房屋震害现象较为明显ꎬ表现为一面或两面墙体倒塌ꎬ屋盖塌落(图１ｍ㊁ｎ㊁ｏ)ꎬ墙体局部或较大面积脱落(图１ｐ)ꎬ部分房屋墙体两侧均脱落ꎮ此类房屋出现破坏的原因主要是木梁㊁柱各节点连接不牢固所致[２５]ꎮ在地震作用下ꎬ节点不仅要承受水平力ꎬ还要承受拉扭作用ꎬ因此节点处很容易产生拉脱㊁折榫现象ꎬ导致木构架的局部破坏或全部塌落[５]ꎮ此外ꎬ由于雨水侵蚀和木制老化等原因造成墙体整体强度下降ꎬ且与笆子墙粘合度较低也是此类房屋出现破坏的主要原因[１０ꎬ１８]ꎮ同样ꎬ木板夹芯
墙木构架结构房屋在早期经历过地震的检验ꎬ体现出良好的抗震性能ꎬ但随着使用年限的增加ꎬ其耐久性及舒适性方面的缺点逐渐凸现ꎮ如在２０１１年新疆阿图什 伽师交界５.８级地震中ꎬ灾区此类房屋出现严重破坏现象(图１ｐ)ꎮ
２.１.５㊀石木结构类石木结构房屋主要分布在牧区ꎬ牧区居民点分布较为分散ꎬ地形主要为山间盆地ꎬ河流沟谷阶地及山间坡地等ꎬ受交通与经济条件的限制ꎬ此类房屋大多为当地居民就地取材而建ꎬ尤其在交通不便的偏远高原地区此类房屋数量较多(如阿克陶县与塔什库尔干县高原山区)ꎮ该类房屋承重墙体主要为片块石㊁卵石等天然材料由粘土砌筑而成ꎬ屋顶结构为先搭建房梁后在其上搁置短木条作为椽子ꎬ在椽子上铺设草席后覆盖房泥ꎬ此类房屋砌筑材料粘结强度较差ꎬ结构整体强度低ꎬ抗震性能较差ꎮ
震害特征及分析：房屋破坏形式主要为屋顶与承重墙体整体或部分坍塌毁坏(图１ｑ㊁ｒ㊁ｓ)㊁房屋墙角塌落损坏㊁承重墙体贯穿裂缝等现象ꎮ部分片块石砌筑的房屋多采用内外墙分别砌筑方式ꎬ内外墙间缺乏有效连接(图１ｒ㊁ｔ)ꎬ房屋墙体结构自身整体性很差ꎬ同时ꎬ这类房屋多数建造年代较早ꎬ大多未及时维修加固ꎬ墙体主要由黏土做为粘结剂砌筑而成ꎬ材料强度差异极大ꎬ块石或卵石之间粘结强度极差ꎬ且部分老旧房屋屋顶房泥较厚ꎬ再加上存在施工质量差和受场地条件的影响ꎬ在地震中破坏较为严重ꎬ造成人员伤亡ꎬ如在２０１６年阿克陶６.７级地震中Ⅷ度区内的布拉克村开科阿特克居民点ꎬ地震造成该地牧民房屋及棚圈成片倒塌毁坏[２６]ꎬ造成布拉克村卡拉其居民点一此类房屋倒塌致１人死亡(图１ｓ)ꎮ２０１７年塔什库尔干５.５级地震造成８人死亡ꎬ其中致５人死亡的房屋均为此结构类型(或其墙体由土
坯与石块混合砌９７１期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀常想徳等：新疆农牧区民居房屋结构类型与震害特征分析㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
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