土坯建筑地震作用下破壞形式

蘇志凡

摘 要：精準(zhǔn)扶貧、攻堅(jiān)扶貧的口號響徹全國各地，其工作重心大多在廣闊的 貧困農(nóng)村，而農(nóng)村危房改造和重建可謂是其工作的核心。通過對我國西部農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行的大量調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)，生土結(jié)構(gòu)房屋存量巨大，不僅危房率較高，而且?guī)缀鯖]有什么抗震安全構(gòu)造措施。本文結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)歷，總結(jié)出一些土坯建筑地震作用下破壞形式。

關(guān)鍵詞：生土建筑；修繕加固；夯土建筑

0引言

土是生土建筑的主體材料，材料成本微乎其微，再加上多是農(nóng)戶自建，這就大大降低了其建造成本，而且生土還是一種可再生資源，當(dāng)房屋拆除后，土還可以返回農(nóng)田作為肥料重復(fù)利用，不會對環(huán)境造成任何負(fù)擔(dān)。云南生土民居、新疆回族民居、福建土樓、和西北漢族民居中都有許多生土建筑。由于生土材料強(qiáng)度低、結(jié)構(gòu)松散、房屋抗震性能較鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相差很多，加上生土墻體施工工藝和抗震構(gòu)造措施不完善，也沒有具體的規(guī)范作為指導(dǎo)，造成了生土建筑缺少必要的抗震構(gòu)造措施。

農(nóng)村地區(qū)自然環(huán)境比較惡劣，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)相對薄弱，農(nóng)民自建房屋存在許多不合理之處，因此在歷次地震中損失較為慘重。當(dāng)下，在國家精準(zhǔn)扶貧、防災(zāi)減災(zāi)的政策要求下，需要對這些民居的房屋進(jìn)行修繕加固。但是現(xiàn)有的加固技術(shù)主要針對城鎮(zhèn)建筑，大多數(shù)并不適用于生土結(jié)構(gòu)房屋，對于生土結(jié)構(gòu)房屋的加固措施研究少于砌體結(jié)構(gòu)。因此，以“科學(xué)評估、精準(zhǔn)加固、簡單有效、經(jīng)濟(jì)合理、保護(hù)風(fēng)貌”為原則，對農(nóng)村地區(qū)既有生土結(jié)構(gòu)民居的加固研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1生土建筑特點(diǎn)

生土建筑是人類進(jìn)入文明時(shí)代的主要標(biāo)志之一，是中華民族的寶貴財(cái)富。土坯的出現(xiàn)使生土建筑發(fā)展到了一個(gè)更高的水平。雖然土坯建筑擁有眾多優(yōu)點(diǎn)，如施工方便、成本低廉、冬暖夏涼等，但是傳統(tǒng)土坯的問題也日益突。傳統(tǒng)土坯的抗彎、抗剪、抗折強(qiáng)度都比較低，導(dǎo)致土坯建筑抵抗地震災(zāi)害的能力很弱。隨著時(shí)代的不斷進(jìn)步和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，如今廣大農(nóng)村地區(qū)新建房屋時(shí)已經(jīng)很少再使用土坯材料，使得這一古老建筑的數(shù)量正在不斷地減少。然而，隨著環(huán)境污染、能源危機(jī)、生態(tài)危機(jī)等一系列問題的頻繁發(fā)生，使得生態(tài)文明建設(shè)的重要性、緊迫性更加凸顯出來。

生土建筑有許多優(yōu)點(diǎn)，在人們普遍關(guān)注生態(tài)危機(jī)、能源危機(jī)、環(huán)境污染的今天，特別是中國西北地區(qū)，由于歷史上的種種原因致使該地區(qū)經(jīng)濟(jì)落后，森林資源缺乏，生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失嚴(yán)重，大部分地區(qū)被缺水所困擾。生土建筑也有許多缺點(diǎn)，耐水性較差。

2 生土建筑加固與修復(fù)技術(shù)

2.1土坯建筑地震災(zāi)害損失

我國東鄰環(huán)太平洋地震帶，南接歐亞地震帶，其主要地震帶有兩條：一條為南北地震帶，北起賀蘭山，南經(jīng)六盤山，西至云南省東北，其縱貫了我國南北地區(qū)；另一條為東西地震帶，主要的東西構(gòu)造帶有兩條，北面的一條途徑陜、晉、冀并開始向東延伸，最終延伸到遼寧北部的千山地區(qū)，南面的自帕米爾開始，途徑昆侖山、秦嶺山脈，直至大別山[7]。因此我國是世界上遭受地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一.

2.2土坯建筑破壞形式

土坯建筑擁有諸多優(yōu)點(diǎn)，如就地取材、施工技術(shù)方便、熱穩(wěn)定性好、節(jié)約成本、生態(tài)環(huán)保等，致使我國許多地區(qū)仍然存著大量的土坯建筑。但是隨著時(shí)間的發(fā)展土坯建筑不足之處日益突出。本節(jié)結(jié)合實(shí)地調(diào)研和對前人文獻(xiàn)的總結(jié)，對正常使用下的土坯建筑破壞情況做如下介紹

（1）地基的不均勻沉降導(dǎo)致墻體開裂

農(nóng)村現(xiàn)有的土坯建筑大部分沒有進(jìn)過合理的設(shè)計(jì)，場地一般選擇在原有宅基地處或者完全按照自主經(jīng)驗(yàn)選擇，這樣有可能將房屋建造在不良地基上。農(nóng)村土坯建筑房屋幾乎沒有像現(xiàn)有城市住宅一樣做散水來保護(hù)地基。由于生土遇水浸泡容易液化，致使其承載力有很大程度的降低，最終導(dǎo)致地基的沉降量或者變形不一致，進(jìn)而引起墻體開裂。

（2）溫差引起土坯墻體開裂

因?yàn)槲蓓斒艿疥柟庹丈涞臅r(shí)間要比墻體長的多，其屋頂?shù)臏囟缺葔w高的多。又由于墻體和屋頂建造材料的熱膨脹系數(shù)不同，致使屋頂?shù)臒崦浝淇s變形幅度要比墻體大，從而會在墻體內(nèi)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力和剪切應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力在墻體內(nèi)不斷增大，一旦超過墻體本身的極限強(qiáng)度時(shí)就會產(chǎn)生不同形式的裂縫。這種由溫差引起的裂縫在墻體上的分布規(guī)律為：墻體的端部大于中間，頂部大于下部。特別在西北干旱半干旱地區(qū)溫差較大，夏季升溫快氣溫高，冬季降溫快氣溫低，這種現(xiàn)象更為明顯。

（3）砌塊和灰漿收縮引起墻體開裂

一方面，制作土坯的材料為粘性土，水分不易蒸發(fā)，在砌筑墻體時(shí)處于未完全干燥狀態(tài)。另一方面，傳統(tǒng)土坯墻體直接利用伴有麥草的黏土泥漿進(jìn)行砌筑，而土坯磚本身擁有較強(qiáng)的吸水性。因此隨著時(shí)間的發(fā)展土坯磚和泥漿會隨著水份的慢慢流失而產(chǎn)生干縮變形。當(dāng)墻體發(fā)生收縮變形時(shí)，就會受到來自相鄰約束構(gòu)件的約束，從而在墻體內(nèi)部產(chǎn)生約束拉應(yīng)力。隨著外部條件的不斷變化，致使墻體內(nèi)的拉應(yīng)力不斷累計(jì)加大，一旦超過墻體的極限強(qiáng)度時(shí)就會產(chǎn)生相應(yīng)形式的裂縫。

（4）屋蓋荷載引起墻體裂縫

土坯墻承重房屋的屋架和檁條直接放置在土坯墻上，其上部屋蓋的重量全部由土坯墻承擔(dān)；而對于傳統(tǒng)土坯建筑材料即土坯磚和粘結(jié)泥漿其強(qiáng)度普遍較低，抗壓強(qiáng)度一般為0.3～0.8MPa。因此在屋蓋與土坯砌體直接接觸部位往往造成局部壓應(yīng)力過大，而相應(yīng)墻體的承載力又過小，最終導(dǎo)致墻體被劈裂。目前農(nóng)村地區(qū)關(guān)于農(nóng)房建設(shè)方面尚未頒布相應(yīng)的規(guī)范制度，致使很多房屋達(dá)不到規(guī)范要求，如土坯墻的縱橫墻接觸部位或者轉(zhuǎn)角處既不留槎，也不設(shè)置拉結(jié)措施。進(jìn)而在上部屋蓋荷載長期作用下形成里外貫通裂縫。

（5）其他因素引起土坯墻體的破壞

傳統(tǒng)土坯是通過相應(yīng)的模具經(jīng)過人工夯制而成，其密實(shí)度較低，而對于用于砌筑泥漿的粘結(jié)性更是達(dá)不到規(guī)范要求，因此其耐久性較差。隨著時(shí)間的發(fā)展容易受到風(fēng)蝕、雨水浸濕、硝堿侵蝕等破壞。導(dǎo)致砌筑泥漿剝落，灰縫松散形成孔洞；墻基易出現(xiàn)返潮、起泡、空鼓、開裂、剝落等狀況。最終使墻體承載力下降，甚至倒塌。另外施工工藝引起的原始缺陷也是墻體開裂的一個(gè)重要原因，比如很多夯土墻有施工縫，隨著時(shí)間的發(fā)展墻體在此處容易開裂，而土坯墻同樣也存在類似的情況。

結(jié)束語：貧困地區(qū)由于受到自然、地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)狀況和歷史文化等因素的制約，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后，貧困人口所占比例較大，農(nóng)村建設(shè)艱難。在對生土建筑結(jié)構(gòu)形式劃分的基礎(chǔ)上，對其安全性能進(jìn)行分析，分析房屋結(jié)構(gòu)上存在的安全隱患、普遍性的結(jié)構(gòu)不合理等問題。

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（作者單位：西安建筑科技大學(xué)）