漾濞6.4级地震中穿斗式木结构墙体震害分析
时间：2023-02-13 11:35:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
杨帆
(云南省地震局，云南 昆明 650224)
2021年5月21日21时48分云南省大理州漾濞县发生6.4级地震，震中位于25.67°N，99.87°E，震源深度8 km。此次地震伴随了3次5级以上地震，其中1次5.6级前震(21日21时21分)，震中位于25.63°N，99.92°E，震源深度8 km；
1次5.0级余震21日(21时55分)，震中位于25.67°N，99.89°E，震源深度8 km；
1次5.2级余震(21日22时31分)，震中位于25.59°N，99.97°E，震源深度8 km。地震造成大理州漾濞县、大理市、洱源县、巍山县、云龙县、永平县等6个县(市)42个乡镇、2个街道不同程度受灾，3人死亡，34人受伤，直接经济总损失达32亿元。
漾濞地震后，受灾地区的土木结构出现了较严重的震害现象，其中墙体的损坏尤其明显，即使经过抗震加固改造的土木结构依旧出现了严重的震害。通过实地调查发现，穿斗式木结构墙体施工不合理是导致本次震害现象的直接原因。灾区部分穿斗式木结构虽然经过抗震加固，但是加固方式侧重于对木构架节点及抗侧力的加固，墙体几乎未作处理，所以导致部分加固过的土木结构墙体也出现了严重震害现象甚至山墙倒塌。
漾濞地震伴随着一系列强余震，截至2021年5月30日08时00分，3.0级以上地震46次，其中6.0～6.9级地震1次，5.0～5.9级地震3次，4.0～4.9级地震13次，3.0～3.9级地震29次。多次余震使得原本受损的房屋进一步受到震害。
漾濞6.4级地震发生后，工作组调查了218个居民点的震害(图1)，结合强震记录、震源机制解以及余震分布、仪器烈度等科技资料，确定了本次地震烈度分布(图1)。此次地震最高烈度为Ⅷ度(8度)，Ⅵ度(6度)及以上区域面积约6 600 km2(含洱海)，共涉及大理州6个县市。
图1 云南漾濞6.4级地震烈度图
根据《地震现场工作第4部分：灾害直接损失评估》(GB/T 18208.4—2011)，以六度区作为外边界，破坏连续分布的区域作为计算经济损失的评估区，漾濞县城和大理市区作为城市评估区单独进行评估。将灾区划分为五个评估区，八度区漾濞县城以外区域为评估区一、七度区为评估区二，六度区大理市区以外区域为评估区三，漾濞县城为评估区四，大理市区为评估区五。表1为评估区各类结构建筑占比，从中可以看出木结构占有相当比例。
从评估区随机选取43个抽样点，根据抽样点房屋破坏面积计算出不同结构每个破坏等级的破坏比，列于表2、3。由图表可知本次地震中木结构受损程度最严重。当地木结构包括密梁式木结构、抬梁式木结构和穿斗式木结构，其中以穿斗式木结构为主(占90%以上)，本文没有单独对穿斗式木结构的损失比进行计算，根据现场工作组调查反馈，穿斗式木结构的损失比与木结构损失比几近相同。
表2 木结构破坏比 单位：%
表3 其他房屋破坏比 单位：%
大理地区的穿斗式木结构中，木构架主要由柱、坊、檩、椽以榫卯结构相连组成[1-2](图2)，使用的榫卯结构大致可以分为直榫、大头榫、箍头榫和半刻榫。其特点是以穿坊将柱子“串联”，通常以四榀三间的形式建造[3-7]，围护墙一般使用夯土墙或土坯墙，也有采用二者混合砌筑或多种材料混合砌筑的结构，墙体厚度一般为40～50 cm。
图2 穿斗木结构
漾濞地震中，穿斗式木结构墙体出现的震害现象主要包括不同程度开裂、局部坍塌和整体倒塌，出现此类现象的原因主要为施工方案不合理、施工技术不达标和居民抗震意识薄弱，这些原因导致建筑抗震性能较差，即使其中很多经过抗震加固，墙体依旧出现损毁。
2.1 选材随意
当地居民制作土坯或夯筑墙体的材料一般使用红土或黄土，其中红土黏粒较多，黄土沙砾较多，乡村地区施工队选材标准往往依靠经验选材。对于土坯，粘性土较多，干燥过程易产生裂纹，粘性不足则粘聚力不足，易被破坏；
对于夯土墙，粘性过高不易扮实，沙砾过多则离散性会增大。
土壤的含水率，沙石粒径，土粒级配等因素都对墙体材料的抗压性和抗剪性有不小的影响，选材不合理会导致房屋墙体由于干缩、受灾等因素出现程度不同的裂缝，影响墙体抗震性能，无法达到应有强度。许多房屋墙体即使加入了竹筋等延性材料，依旧无法达到抗震效果。
2.2 墙包柱
大理地区土木房屋在木构架柱与墙体的连接方式上一般有三种，墙不包柱，墙半包柱和墙全包柱(图3)，为了建筑美观，多数居民会选择后两种建造形式。通过对包括漾濞地震在内的多次震后调研发现后两种建造形式并不利于抗震，加上墙体选材不合理等因素，墙体中包裹柱子的部位反而在墙体上形成薄弱点，造成刚度突变，削弱了外墙的整体性，使墙体在地震中更容易损坏，造成局部坍塌甚至整体坍塌。
图3 墙包柱造成的震害
2.3 土坯墙砌筑方式存在缺陷
震区土坯常见尺寸为120 mm×160 mm×280 mm,根据这个尺寸，墙体的砌筑方式主要有三种(图4)，其中最常见的为一丁一拐[1]。虽然这种砌筑方式省时省力，但却存在一定的抗震缺陷，地震时容易在土坯与土坯间的空隙中形成从上到下的通缝，且许多土坯墙砌筑的时候仅在上下层土坯之间涂抹砂浆，竖缝基本没有砂浆，更降低了墙体的竖向荷载能力。
2.4 夯土墙施工工艺存在缺陷
夯土墙在施工的时候，多采取先夯筑完一面墙再夯筑另一面墙的施工方式，这就导致纵墙与横墙之间无法有效结合，随着房屋使用年限的增长，伴随着土壤干缩、侵蚀等因素，进一步削弱了墙体间的连接性。当地震发生时，墙角处容易产生应力集中，加上木构架与土坯或夯土墙材料特性不同，导致二者位移反应不一致，地震中二者相互作用，使墙体受损[2-4]。图5(b)中所示的两条裂缝中左边一条是由于承受竖向荷载过大造成的竖向通缝，右边一条便是因为纵横墙施工工艺自身缺陷，遭受地震时所形成的齐平竖向通缝。
图4 常见土坯墙砌筑方式
图5 施工不当墙体的震害
2.5 混合砌筑的墙体抗震性能较差
为了施工方便，大理乡镇地带穿斗式木结构经常使用多种材料来修建墙体，例如土砖混用，土石混用，土坯、夯土混用。
最常见的方式是采用土坯与夯土墙混合承重的方式来建造，一般有三种形式：一层二层围护墙使用夯土的方式夯筑，山尖墙改用土坯砌筑；
一层围护墙夯筑，二层以上使用土坯砌筑(图6a)；
一层围护墙夯筑，一二层交接处为了将木架包裹入墙体，且方便找平，会在梁上部位铺设一层土坯，再进行二层墙体的夯筑(图6b)。此外，在建造过程中土坯与夯土墙之间往往简单使用泥浆进行衔接，很难达到有效结合(图6c)，山尖墙也常采用土坯的形式甚至有土坯干砌的情况，导致地震时土坯部位经常损坏。
砖墙包土墙(俗称“金包银”)(图6d)、四角做砖柱(图6e)中间以夯土墙填充也是大理地区常见的墙体建造方式。其缺点是土壤与砖砌体之间无法有效拉结。“金包银”的建造方式在地震时会导致土壤对外贴砖产生推挤作用致使墙体大片剥落倒塌。四角做砖柱的形式则使得墙体被进行分割，地震中容易出现墙体坍塌。除此之外，还有一些土墙与空心砖的混搭方式来建造墙体(图6f)，也极易受到震害。
大量震害经验表明，云南乡镇地带现行的墙体修建方式中，夯土墙的抗震性能要优于土坯墙，单一材料的墙体抗震性能则优于两种及以上材料修建的墙体[5-7]。
2.6 砌筑砂浆强度不足
砌筑砂浆强度不足的情况主要出现在土坯墙和土坯与夯土混合使用的墙体之中，大部分土坯墙中所使用的粘结材料就是土坯所使用的土壤，土坯之间离散性较大，地震现场可以见到许多土坯未受损害但散落严重的震害现象。
图6 使用多种材料墙体的震害
(1)科学选材，注重对生土墙体材料的科学配比，可加入改性材料提升墙体抗震性能，切勿因赶进度而缩短养护时间，应使墙体材料达到有效强度。
(2)墙体尽量选择单一材料及单一建造形式，多种材料或多种建造形式混合搭配的墙体在多次地震中已被证明抗震性能不足。
(3)建议采用类似砖墙的平砌方式，不仅有效避免竖向通缝的形成，还能使土坯平放承载能力达到最大。
(4)纵墙与横墙之间采用分层交错咬合夯筑的形式，加强纵横墙之间的连接性。
(5)木构架不应包入墙体，最好采用铁件与木垫片的方式加强木构件与墙体的连接性，防止二者在地震中出现较大相互作用导致墙体受损。
(6)墙体修建过程中建议加入竹筋或木垫片等Z4横向延性材料。
(7)生土墙的山尖墙与檩条接触部位应设置木垫片。
(8)大部分土木结构的主体结构抗震性能良好，但土坯围护墙倒塌、开裂及屋面梭瓦、掉瓦明显。建议在恢复重建过程中，保持地域风貌特色，避免大拆大建，原则上以加固修复为主。同时，应通过生土墙材料改性补强或直接采用砌体墙等方式着力解决维护构件易损性问题。
对地震灾害进行震害分析的意义之一在于防止后来地震中出现由于相同原因造成的建筑损坏。房屋受损不仅对居民的生命安全造成威胁，也是不小的经济负担。漾濞地震后的很长一段时间，大量农村居民因为房屋出现严重损坏(以土木结构为主)不得不在户外田野上居住。科学、严谨的施工不仅可以有效避免伤亡，也可以有效减轻居民财产损失，防止因震致贫、因震返贫现象的发生。希望本文所提观点及措施对采用穿斗式木结构房屋的地区有所帮助。
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