1 磚木結構的介紹

磚木結構房屋是以砌筑黏土磚墻體作為承重墻,門窗及屋頂為木結構的單層及多層房屋,部分房屋設有混凝土圈梁和構造柱。一般磚木結構房屋采用木質屋頂,受力檁條擱置在橫墻上,墻體承擔著承重、抗剪以及滿足構造要求。磚木結構房屋有以下特點:豎向荷載相對較小,木材有較好的彈性、順紋受拉及橫紋抗剪能力較強,以及屋架縱橫向支撐連接形成空間體系,因此只要節點處不破壞,都可以有效地起到抗震作用,所以磚木結構房屋在廣大農村地震區應用廣泛。

磚木結構在汶川地震中表現出的良好抗震性能不是偶然的。在三十多年前的唐山大地震中,全城的建筑幾乎都夷為平地,唯獨剩下兩棟木結構房屋矗立著。在1995年日本神戶大地震中,事實也證明了木結構房屋是具有良好的抗震性能的。神戶大地震造成的經濟損失高達8000億人民幣,其他結構建筑受損嚴重,但是在災區的現代木結構房屋幾乎沒有受到影響。振動臺試驗說明,磚木結構本身是具有良好的抗震性能的。設有鋼筋混凝土構造柱和圈梁的單層磚木結構房屋模型整體剛度較大,抗震能力較強,可以經受9度大震而不倒,滿足8度基本設防烈度的驗證了所提房屋構造方案抵抗高烈度地震的能力,為抗震安居房屋的推廣提供了參考依據。

2 汶川地震中木結構民居主要震害及原因

據相關資料顯示,在汶川地震區的木結構民房主要是磚木結構或土木結構。農村偏遠民居多為穿斗木構架土坯墻房屋(由木構架承重的坡瓦屋頂)。少數土坯墻木屋蓋房屋。木結構民居的震害主要表現為:穿斗木構架土坯墻房屋土墻體倒塌,屋架部分塌落;土坯墻木屋蓋房屋部分墻體倒塌,木屋蓋破壞嚴重。只有少數木結構建筑整體性垮塌。

木結構民居主要是由于采用了強度較低,離散性很大的土體作為墻體產生破壞的,這主要是農村建筑不合理造成的,不是木結構本身的結構問題。施工質量同樣是結構破壞的主要原因,不同的施工質量實施在同樣的建筑結構上所體現出的抗震能力是截然不同的。木構架和木屋頂在地震后仍保持著整體性和基本完整。這說明磚木結構民居是具有良好的抗震性能。

3 “最牛民房”的結構特點

據甘肅省地震局應急處處長景天孝介紹,這個房屋在1998年建造時沒有過多考慮抗震功能,普通的磚木結構房屋,沒有采用混凝土圈梁和構造柱。與其它房屋不同的是,房頂僅以木椽青瓦覆蓋,質輕。至于其它方面,一樓完全用優質實心磚,二樓用的空心磚;而各間房間之間的間隔并非砌以磚墻,而是用木質材料隔開。

磚木結構由于采用木結構屋頂大大的減輕了自重,這座房屋中的二層又采用了空心磚,這樣就更減輕了建筑物的自重。這樣一來從結構動力學和抗震的觀點來看就更避免了“頭重腳輕”的現象。

同樣,房間的隔斷采用木材,這樣又減輕了二樓的自重。同時木材本身具有彈性,能在較大的程度上緩沖并分解地震力。在地震力的作用下,也起到了減小地震損害的作用。

據汶川地震相關資料報告,磚木結構在0·10g地區震害輕微,在0·15g及0·20g地區震害嚴重,主要是因為結構本身未采用足夠的抗震設防構造,其薄弱部位主要是屋蓋體系及獨立磚柱。

“最牛民房”中房頂僅以木椽青瓦覆蓋,輕質,整體性強,約束比較可靠,在地震力作用下產生的慣性力較小。“最牛民房”結構中沒有采用獨立磚柱,而采用普通的墻體承重結構,結構形式比較對稱,這都有利于房屋的抗震作用。

4 磚木結構的抗震機理

磚木結構在地震中表現出良好的抗震性能主要有以下幾點原因:

(1)合理的結構布局。平面上,磚木結構很少應用在平面復雜的建筑上,主要是長寬比不大于2∶1的矩形。規則的平面布局有利于結構的抗震和耗能,這個是得到建筑學界的廣泛認可的。空間上,木屋頂的采用,質輕的同時保持了良好的整體性,這樣的結構形式避免了建筑物的“頭中腳輕”,是理想的抗震結構設計;

(2)木結構屋頂的榫卯耗能。古建筑木結構的榫卯連接是我國建筑的精華。榫卯具有很強的抗震耗能性能。榫卯在承受較大的荷載下,同時具有很強的變形性能。在地震荷載的作用下,榫卯耗散很大的地震能量,減少了對結構本身的損壞;

(3)建筑結構整體性較強。木材具有很好的順紋抗拉強度和橫紋抗剪強度,這樣的結構做出的整體性很強的屋頂,在橫向支撐的作用下,可以和四周墻體形成很好的空間體系。這樣的體系只要在節點出不出現破壞,是可以具備很好的抗震能力的。

5 重建建議

(1)推廣使用磚木結構建筑。磚木結構具有良好的抗震性能且在我國邊遠農村具有很強的民族特色。磚木結構在同時具有造價低、結構相對簡單、施工要求低的特點。這些特點在我國農村地區是具有很強的吸引力的。日本神戶大地震后日本政府明令所有民用住宅必須采用北美木結構別墅并實施JAS的建筑標準。我國也應該結合自己的國情,積極推廣有著良好抗震性能的建筑結構。在汶川震后的大背景下,政府出面積極引導是具有重要意義的;

(2)加強農村民居建設管理。同樣要指出,由于我國農村自建房未納入國家建設管理程序,農村住宅缺乏管理,基本上是隨便設計,不僅沒有考慮抗震設防要求,而且往往存在嚴重的設計缺陷。無資質施工隊施工,施工質量得不到保證。這些都是我國現存的建筑問題,亟待需要解決。所以加強農村民居建設管理,樹立抗震意識,積極應對可能發生的危險,變被動救災為主動防范,這樣會得到事半功倍的效果;

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