黃鵬，陶玲，全涌，顧明

(同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092)

0 引言

浙江省沿海地區(qū)是臺(tái)風(fēng)的易發(fā)地帶，我國歷史上多次臺(tái)風(fēng)曾在此登陸。歷史上登陸我國大陸時(shí)風(fēng)速最強(qiáng)的“5612號(hào)”臺(tái)風(fēng)的登陸地就是寧波市象山縣，此外，2002年8月第16號(hào)臺(tái)風(fēng)“森拉克”在溫州市蒼南縣沿海登陸，2004年8月第14號(hào)臺(tái)風(fēng)“云娜”［1－2］在臺(tái)州溫嶺市登陸，2006年8月第8號(hào)臺(tái)風(fēng)“桑美”［3－4］在溫州市蒼南縣登陸(圖1)。這些風(fēng)災(zāi)均造成了大量的房屋損壞、倒塌，人員傷亡慘重，經(jīng)濟(jì)損失巨大。為了深入地了解浙江省沿海地區(qū)農(nóng)村房屋的抗風(fēng)情況，本課題組于2009年6月對浙江省溫州和寧波兩地區(qū)進(jìn)行了為期5 d的調(diào)研。并對調(diào)研的結(jié)果進(jìn)行了總結(jié)，對抗風(fēng)措施的改進(jìn)提出了建議。

1 風(fēng)災(zāi)中房屋的破壞情況

1.1 溫州市蒼南縣的破壞情況

溫州市蒼南縣是浙江省人口第一大縣，2001年被確立為浙江省經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)縣，在全縣36個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，有25個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)屬于欠發(fā)達(dá)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。到2003年底蒼南縣人均收入低于1 500元的貧困人口還有3.1萬戶，計(jì)12.87萬人［5］，蒼南縣總體上經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在溫州市排倒數(shù)第三。蒼南縣瀕臨東海，海岸線長155 km，沿海灘涂面積97.24 km2，故而又是臺(tái)風(fēng)的易發(fā)之地。該縣在2002年“森拉克”和2006年“桑美”臺(tái)風(fēng)中的損失［3］如表1所示。蒼南縣的金鄉(xiāng)、馬站和霞關(guān)3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)是在“桑美”臺(tái)風(fēng)中受災(zāi)嚴(yán)重的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，故先是對該3個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的房屋進(jìn)行了實(shí)地查看，同時(shí)參閱了當(dāng)?shù)卣凇吧Ｃ馈迸_(tái)風(fēng)風(fēng)災(zāi)現(xiàn)場拍攝下的照片以及民房倒塌的原因分析、倒塌結(jié)構(gòu)的缺陷分析［3－4］，總結(jié)了風(fēng)災(zāi)中房屋的破壞情況(表1)和破壞類型。

表1 蒼南縣在“森拉克”和“桑美”臺(tái)風(fēng)中的損失表

(1)木結(jié)構(gòu)房屋

該類結(jié)構(gòu)房屋是1～2層舊民房，由木骨架承重，而圍護(hù)墻大多采用空斗磚來砌，也有少數(shù)用石塊。其木構(gòu)架用卯榫連接，沒有穿枋，縱、橫向的連接均非常薄弱;圍護(hù)墻體與木構(gòu)架之間沒有任何連接措施，未形成一個(gè)穩(wěn)固的整體，墻體自身的整體性也差;加上結(jié)構(gòu)老化，年久失修，屋面和墻壁被風(fēng)吹走，但木骨架有些仍舊未倒，如圖2a所示。

圖1 幾次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的登陸地及調(diào)研地區(qū)的地理位置

(2)磚木結(jié)構(gòu)房屋

圖2b所示的是低層磚木結(jié)構(gòu)，由磚墻承重，木樓板，木檁條，檁條上面鋪設(shè)椽子，椽子上面擱置小青瓦屋面。由于它們的屋蓋木檁條只是簡單地?cái)R置在墻體上，與豎向墻體之間缺少剛性連結(jié)，故而對豎向墻體發(fā)生平面外的失穩(wěn)不能起到控制作用。而小青瓦在臺(tái)風(fēng)中經(jīng)常被風(fēng)吹落，這樣屋蓋檁條與豎向墻體之間的拉結(jié)就幾乎完全喪失，加上墻體在各層內(nèi)采用一斗到頂?shù)钠龇?，整體性也很差，致使豎向墻體的倒塌屢屢發(fā)生。

(3)磚砌體結(jié)構(gòu)

這類3～4層磚砌體結(jié)構(gòu)是建造于20世紀(jì)80年代末90年代初的(圖2c)，其在風(fēng)災(zāi)中倒塌產(chǎn)生的危害最為嚴(yán)重。該類房屋的基本結(jié)構(gòu)大致是:橫墻為主要承重結(jié)構(gòu)，且為立砌空斗，厚度方向未設(shè)眠磚，墻體本身的穩(wěn)定性差;屋角及縱橫墻交接處未設(shè)構(gòu)造柱，房屋在平面維度上沒有形成統(tǒng)一的整體;前后縱墻開大窗或門連窗，墻體存留很少，加上房屋為大進(jìn)深，橫墻中間卻無縱墻連接，這樣使得整個(gè)房屋在側(cè)向抗力上存在空缺;樓板2層或2、3層為多孔混凝土樓板，個(gè)別有圈梁，大部分無圈梁，樓板直接架在橫墻上，與墻體沒有形成強(qiáng)有力的整體;樓板中部大開洞，后設(shè)木樓梯，樓梯洞口四周未設(shè)樓梯梁，致使房屋的水平向構(gòu)件抗力減弱;頂層為木樓板，無圈梁，個(gè)別民房此層木樓板未設(shè)置，形成了2層半空斗墻，且中間無任何縱向連接;屋面為斜屋面，木檁條，小青瓦。這種房屋在臺(tái)風(fēng)的襲擊下經(jīng)常出現(xiàn)迎風(fēng)山墻的破壞導(dǎo)致混凝土多孔樓板的塌落，產(chǎn)生的傷害極為慘重。

圖2 蒼南縣風(fēng)災(zāi)中房屋的破壞形式

1.2 寧波市象山縣的破壞情況

寧波市象山縣先后榮獲全國綜合實(shí)力百強(qiáng)縣、漁業(yè)生產(chǎn)先進(jìn)縣、科技進(jìn)步先進(jìn)縣、省建筑之鄉(xiāng)和小康縣稱號(hào)。2005年，人均生產(chǎn)總值達(dá)到26 070元。象山縣居浙江省中部沿海，位于象山港與三門灣之間，由象山半島東部及沿海608個(gè)島礁組成，海域5 350 km2，海岸線長達(dá)800 km，占浙江全省海岸線的1/6。由于其特殊的地理位置，因而經(jīng)常成為臺(tái)風(fēng)的登陸與影響地區(qū)。根據(jù)象山縣民政局提供的資料，象山縣2007年臺(tái)風(fēng)“韋帕”和“羅莎”對其造成的損失如表2所示。風(fēng)災(zāi)中倒塌的房屋不多，其破壞的形式主要有木結(jié)構(gòu)不設(shè)端屋架，由于墻體整體性差，山尖墻倒塌導(dǎo)致端開間屋架塌落(圖3a);屋面瓦或屋面覆蓋物與檁條或屋架之間缺乏有效連接，臺(tái)風(fēng)下被強(qiáng)風(fēng)卷走(圖3b);木構(gòu)架圍護(hù)結(jié)構(gòu)年久失修，連接性差，臺(tái)風(fēng)中風(fēng)毀(圖3c)。

表2 象山縣在“韋帕”和“羅莎”臺(tái)風(fēng)中的損失表

圖3 象山縣風(fēng)災(zāi)中房屋的破壞形式

1.3 比較兩地的破壞情況

通過比較兩地的破壞情況可以發(fā)現(xiàn)，溫州市蒼南縣在臺(tái)風(fēng)中倒塌和損壞的房屋要遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于象山縣。這主要是由于蒼南縣是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，其房屋的自身質(zhì)量比較差，而寧波市象山縣是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，且歷史上又受到過強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊有慘痛教訓(xùn)，其房屋的質(zhì)量較好。但這些在風(fēng)災(zāi)中破壞的房屋卻有著結(jié)構(gòu)上的共同特點(diǎn)，即為:小青瓦屋面，結(jié)構(gòu)老化，整體性差，連接處薄弱，縱向無抗側(cè)力體系。

2 現(xiàn)有房屋抗風(fēng)情況簡介

2.1 溫州市蒼南縣的房屋抗風(fēng)情況

浙江省為了統(tǒng)計(jì)出農(nóng)村住房的防災(zāi)能力，以便在臺(tái)風(fēng)將要登陸時(shí)提前通知村民轉(zhuǎn)移，2007年對沿海地區(qū)農(nóng)村的房屋逐一做了普查，按照房屋的結(jié)構(gòu)形式、基礎(chǔ)形式、所建年代、墻體類型及所處的地理位置等把房屋的抗風(fēng)能力分為較好、一般、較差和差四類，制作了一個(gè)浙江省沿海地區(qū)農(nóng)村住房防災(zāi)信息管理系統(tǒng)。本文從該系統(tǒng)里選取了蒼南縣金鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個(gè)行政村(河尾垟村、夏八美村、洪嶺下村、夏澤村、永興村、珠梅嶺村)總共2 415間現(xiàn)存房屋評(píng)定的抗風(fēng)能力進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。由表3可見，抗風(fēng)能力較好的房屋(圖4a)僅有25%左右，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的資料發(fā)現(xiàn)它們均建于2003年后，其中97%是在2006年“桑美”臺(tái)風(fēng)后由政府補(bǔ)貼重建，僅3%是在2003年后由村民自建;抗風(fēng)能力一般的房屋(圖4b)基本上屬于村民自建，質(zhì)量尚可，但這類房屋所占比例較小，只有11%左右;而抗風(fēng)能力較差和差的房屋(圖4c、圖4d)所占比例卻高達(dá)63.6%。金鄉(xiāng)鎮(zhèn)是在“桑美”臺(tái)風(fēng)中傷亡的集中區(qū)，風(fēng)災(zāi)后政府補(bǔ)貼新建房屋所占比例很大，由此可推測其它地區(qū)抗風(fēng)能力較差和差的房屋所占比例可能更大。

表3 蒼南縣金鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個(gè)行政村的房屋抗風(fēng)能力統(tǒng)計(jì)表

圖4 蒼南縣各種抗風(fēng)能力的房屋

2.2 寧波市象山縣的房屋抗風(fēng)情況

寧波市象山縣則呈現(xiàn)出截然不同的現(xiàn)象。其房屋大部分是磚混或框架結(jié)構(gòu)，很多是混凝土現(xiàn)澆屋蓋，大多數(shù)有圈梁和構(gòu)造柱，有些房屋構(gòu)造要求甚至超過規(guī)范要求。當(dāng)?shù)貥I(yè)內(nèi)人士介紹說這是由于1956年“5612”號(hào)臺(tái)風(fēng)給村民造成的傷害太過慘重，故而每個(gè)人都對房屋的抗風(fēng)能力給予特別的重視所帶來的可喜現(xiàn)象。象山縣建設(shè)局于2007年對該縣共463 856.5間農(nóng)村的房屋防災(zāi)能力進(jìn)行了普查，得到了大量的有用資料，其防災(zāi)能力如表4所示。為了和蒼南縣進(jìn)行比較，本文對該縣高塘島鄉(xiāng)(臨海的鄉(xiāng)鎮(zhèn))的5個(gè)行政村(龍珠村、三五村、羅元村、漁譚村以及孝賢灣村)共2 971.5間房屋進(jìn)行抗風(fēng)能力統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表5所示。可以看出抗風(fēng)能力較好和一般的房屋所占比例約80%(圖5a、圖5b)，而較差和差的房屋所占比例僅為20%左右(圖5c、圖5d)。

表4 象山縣農(nóng)村住房防災(zāi)能力普查成果匯總

表5 象山縣高塘島鄉(xiāng)5個(gè)行政村的房屋抗風(fēng)能力統(tǒng)計(jì)表

圖5 象山縣各種抗風(fēng)能力的房屋

2.3 兩地的房屋抗風(fēng)情況比較

兩地的普查結(jié)果明顯地表示出象山縣抗風(fēng)能力較差和差的房屋占的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于蒼南縣，這也正給出了前面風(fēng)災(zāi)中象山縣破壞的房屋遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于蒼南縣的主要原因。

3 現(xiàn)有房屋的抗風(fēng)特性分析

3.1 蒼南縣金鄉(xiāng)鎮(zhèn)房屋抗風(fēng)特性分析

首先對蒼南縣金鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個(gè)行政村不同抗風(fēng)能力房屋的所建年代、結(jié)構(gòu)形式及基礎(chǔ)形式進(jìn)行具體分析。由表6可見，抗風(fēng)能力較好的房屋全部是1990年后建造，實(shí)際上根據(jù)統(tǒng)計(jì)的資料97%以上都是2006年后建造的，這些房屋上部是框架結(jié)構(gòu)，下部是鋼筋混凝土基礎(chǔ)，毫無疑問，此種結(jié)構(gòu)的房屋整體性和延性均好，但造價(jià)很高。同時(shí)這些重建的房屋為了防止屋面的瓦片被風(fēng)刮起，都采用平屋面，但平屋面通常存在漏水隱患，故設(shè)計(jì)出對抗風(fēng)有利造價(jià)減小的坡屋面房屋對于解決農(nóng)村房屋的抗風(fēng)有很大的意義。同樣由表6可知，抗風(fēng)能力一般的房屋大部分是1990年后建的，由磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土基礎(chǔ)組成，此種磚混結(jié)構(gòu)相對于前面抗風(fēng)能力較好的磚混結(jié)構(gòu)一般來說或是建造年代早些，或是屋面的形式不利于抗風(fēng)。

表6 金鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個(gè)行政村各種抗風(fēng)能力的房屋特性統(tǒng)計(jì)表

從表6中還可以看出抗風(fēng)能力較差和差的房屋主要是由磚木結(jié)構(gòu)和毛石基礎(chǔ)建成，且從統(tǒng)計(jì)的房屋照片來看基本屬小青瓦屋面，而這類結(jié)構(gòu)恰恰是風(fēng)災(zāi)中很容易受到破壞的房屋類型;這里仍有一部分是磚混結(jié)構(gòu)，此類磚混結(jié)構(gòu)的大部分是在1992年前建的，還有一些雖是1992年后建的，但是墻面沒有經(jīng)過粉刷。且這里所說的磚混結(jié)構(gòu)是磚墻承重，樓面為混凝土多孔板，實(shí)為磚砌體結(jié)構(gòu)，大都無圈梁和構(gòu)造柱。此類抗風(fēng)能力較差和差的房屋需要經(jīng)過一些防護(hù)或者構(gòu)造措施來改善其抗風(fēng)能力。

3.2 象山縣高塘島鄉(xiāng)房屋抗風(fēng)特性分析

再來分析象山縣高塘島鄉(xiāng)5個(gè)行政村房屋的具體特性。從表7中不難發(fā)現(xiàn)各種抗風(fēng)能力的房屋上部結(jié)構(gòu)形式都是以磚混結(jié)構(gòu)為主，只是在剩下的其它結(jié)構(gòu)中，抗風(fēng)能力較好的房屋主要是框架結(jié)構(gòu)，而較差和差的卻是亂石結(jié)構(gòu)?？癸L(fēng)能力較好的房屋90%以上都是1990年后建造的，且60%以上是混凝土現(xiàn)澆板屋蓋，鋼筋混凝土、毛石和石頭各基礎(chǔ)形式所占比例相差不大;抗風(fēng)能力一般的房屋也是1990年后建的所占比例大些，屋蓋形式70%以上是混凝土現(xiàn)澆板屋蓋，而基礎(chǔ)形式是毛石占60%以上;與此同時(shí)，抗風(fēng)能力較差的85%以上是1990年前建的，屋蓋形式65%以上是小青瓦，基礎(chǔ)形式約80%是毛石;抗風(fēng)能力差的90%以上都是1990年前建的，屋蓋形式80%以上是小青瓦，基礎(chǔ)形式90%以上是毛石。這樣的結(jié)果并不難理解，房屋的建造年代越久，其整體性以及各構(gòu)件間的連接都會(huì)變差，抗風(fēng)能力相應(yīng)越差。屋蓋是混凝土現(xiàn)澆板這樣就消除了風(fēng)荷載下的最大隱患—屋蓋被風(fēng)刮走，從而提高了房屋的抗風(fēng)能力;而屋蓋是小青瓦，很易被風(fēng)刮走，進(jìn)而導(dǎo)致屋架或山墻的倒塌，降低了房屋的抗風(fēng)能力。

3.3 兩地的房屋抗風(fēng)特性總結(jié)

從蒼南縣金鄉(xiāng)鎮(zhèn)6個(gè)行政村和高塘島鄉(xiāng)5個(gè)行政村房屋的抗風(fēng)特性分析來看，抗風(fēng)能力較好的房屋建造年代基本沒有超過20年，屋蓋為混凝土現(xiàn)澆板的居多，上部結(jié)構(gòu)大多為框架或磚混結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為鋼筋混凝土或石板排鋪也有毛石;而抗風(fēng)能力較差和差的房屋大多數(shù)是建造年代已久，小青瓦屋面，磚木或構(gòu)造措施較差的磚混結(jié)構(gòu)，毛石基礎(chǔ)。

表7 高塘島鄉(xiāng)5個(gè)行政村各種抗風(fēng)能力的房屋特性統(tǒng)計(jì)表

4 抗風(fēng)措施的建議

蒼南縣當(dāng)?shù)氐拇迕衿毡椴捎迷谖菝嫔嫌么u頭壓瓦的方法來防止臺(tái)風(fēng)時(shí)瓦片飛走(圖4c、圖4d);并在窗戶外加木板(圖4a)以在臺(tái)風(fēng)來臨時(shí)封住窗戶，防止臺(tái)風(fēng)時(shí)窗戶被風(fēng)致飛行物打破，內(nèi)壓增大，屋面掀起。

對于村民采用的磚頭壓瓦方法，根據(jù)風(fēng)致飛行物的公式［6］:

?=(0.5ρa(bǔ)U2fCF)/(Iρmg)，(1)式中:?是將要被風(fēng)吹起物體的特征尺寸;ρa(bǔ)是空氣密度;ρm是將要被風(fēng)吹起物體的材料密度;CF=F/0.5ρa(bǔ)U20A，是空氣動(dòng)力系數(shù)，其中，F(xiàn)是總的氣動(dòng)力，A是參考面積(不一定是力的作用面積);Uf是飛行臨界風(fēng)速;I是固定強(qiáng)度完整性系數(shù)，即移動(dòng)物體所需要的力除以物體自重的倍數(shù)值;g是重力加速度常量。則根據(jù)上述公式，可以反推飛行臨界風(fēng)速。

取屋面傾斜面上的面積A來計(jì)算升力，這時(shí)的豎直向上升力為:

式中:U0為檐口高度的風(fēng)速;Cp為垂直屋面的風(fēng)壓系數(shù)。則相應(yīng)水平投影面積上的升力系數(shù)為:

農(nóng)村的房屋基本在2～4層之間，高度H在6～12 m間居多，屋面坡度α的范圍基本上是10°～35°。根據(jù)Holmes［7］給出的10°～30°坡度的低矮房屋整個(gè)屋面在所有風(fēng)向角下的最不利負(fù)壓系數(shù)Cp的范圍基本是－5～－2(除了坡度為20°時(shí)極端值能達(dá)到－7)，即升力系數(shù)范圍同樣基本為－5～－2。

現(xiàn)以普通磚為例，?為0.053 m，ρmg取18 kN/m3，ρa(bǔ)為1.29 kg/m3，并取I=1，這樣可以算得使磚塊飛起的臨界速度Uf是27.2～17.2 m/s。也就是說，當(dāng)在屋面高度H=6～12 m，風(fēng)速達(dá)到17.2 m/s時(shí)，在屋面最不利區(qū)域的磚塊就會(huì)被風(fēng)吹起;而當(dāng)風(fēng)速達(dá)到27.2 m/s時(shí)，在屋面任一處的磚塊都可能會(huì)被刮起。而臺(tái)風(fēng)都是12級(jí)以上，10 m高度處的10 min平均風(fēng)速超過32.6 m/s，遠(yuǎn)超過使磚塊飛起的臨界速度。

由此可見，屋面上任一處的磚頭在發(fā)生臺(tái)風(fēng)時(shí)都可能被風(fēng)吹起，生成容重很大的風(fēng)致飛行物，會(huì)產(chǎn)生更大的損害，是很危險(xiǎn)的，應(yīng)予以避免。

5 結(jié)語

通過對我國浙江省沿海地區(qū)農(nóng)村房屋抗風(fēng)情況的調(diào)查研究，可得到以下結(jié)論。

(1)風(fēng)災(zāi)中破壞的房屋一般特點(diǎn)是:小青瓦屋面，結(jié)構(gòu)老化，整體性差，連接處薄弱，縱向無抗力體系。

(2)一些臺(tái)風(fēng)易發(fā)而又相對不富裕地區(qū)現(xiàn)有的房屋中有60%以上都是抗風(fēng)能力差和較差的，以致這些地區(qū)在風(fēng)災(zāi)中會(huì)破壞大量的房屋;而在有過慘痛教訓(xùn)且較富裕的地區(qū)，由于全體村民的抗風(fēng)意識(shí)提高，只有20%以下的房屋是抗風(fēng)能力差和較差的，其房屋的抗風(fēng)能力大大提高，在風(fēng)災(zāi)中破壞的房屋也就大大減少。

(3)抗風(fēng)能力較好的房屋絕大多數(shù)是建造年代不久，多為混凝土現(xiàn)澆板屋蓋，上部多為框架或磚混結(jié)構(gòu);而抗風(fēng)能力較差和差的絕大多數(shù)為建造年代已久，多為小青瓦屋面，上部結(jié)構(gòu)多為磚木結(jié)構(gòu)或構(gòu)造措施較差的磚混結(jié)構(gòu)。

(4)農(nóng)村中普遍存在的“磚頭壓瓦”措施是危險(xiǎn)的，當(dāng)風(fēng)速超過臺(tái)風(fēng)的界限風(fēng)速，屋面上任一處的磚頭都可能被風(fēng)吹起，產(chǎn)生更大的破壞，應(yīng)該避免。

致謝:對于溫州市建設(shè)局，溫州蒼南縣的建設(shè)局，金鄉(xiāng)鎮(zhèn)、馬站鎮(zhèn)、霞關(guān)鎮(zhèn)，寧波象山縣的交通局、建設(shè)局、民政局以及規(guī)劃局的領(lǐng)導(dǎo)和同志提供的資料和幫助，在此表示誠摯的感謝。

［1］李偉國，丁珊胭，楊美仙．“云娜”臺(tái)風(fēng)對民房危害的特征分析［J］．浙江建筑，2007，4(8):14－17．

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