基于抽樣調(diào)查的山西省農(nóng)村民居抗震性能分析研究

甄 盟，楊 斌

（1.中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045；2.山西省地震局，山西 太原 030021；3.太原大陸裂谷動(dòng)力學(xué)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，山西 太原 030025）

0 引言

在我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)，由于歷史原因，很多民居的抗震設(shè)防問(wèn)題被忽略。一般民居建設(shè)隨機(jī)性很大，在建設(shè)過(guò)程中，對(duì)建筑物的抗震能力缺乏考慮。在農(nóng)村民居中，沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致建設(shè)一般僅考慮建筑物的縱向結(jié)構(gòu)和受力，而對(duì)于建筑物的橫向剪切力和建筑物的整體性結(jié)構(gòu)考慮得很少［1］。

近年來(lái)，山西省開(kāi)展的農(nóng)村民居安居工程建設(shè)，就是要對(duì)廣大農(nóng)村地區(qū)民居的建設(shè)加強(qiáng)管理與監(jiān)督，保護(hù)人民群眾生命財(cái)產(chǎn)和生活環(huán)境在地震中免受損失，最大限度地減輕地震災(zāi)害損失。

2009年至2010年，山西省開(kāi)展全省農(nóng)村民居狀況抽樣調(diào)查，對(duì)11個(gè)地市，69個(gè)區(qū)縣，753個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，3 736 738戶農(nóng)居的建筑年代、結(jié)構(gòu)類型、地基基礎(chǔ)、場(chǎng)地條件等情況進(jìn)行全面普查。文章主要是在全省農(nóng)村民居抽樣調(diào)查的基礎(chǔ)上，利用統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)全省農(nóng)村民居的空間分布及抗震性能進(jìn)行分析研究，并為提高農(nóng)村民居的抗震性能提出對(duì)策及建議。

1 山西省農(nóng)村民居現(xiàn)狀

山西省農(nóng)村民居（以下簡(jiǎn)稱農(nóng)居）分布在全省11個(gè)地市1 397個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，人口約占全省人口總數(shù)的52%。經(jīng)調(diào)查研究，農(nóng)居主要有磚混結(jié)構(gòu)、磚木結(jié)構(gòu)、土木結(jié)構(gòu)3種類型，其他結(jié)構(gòu)的民居數(shù)量較少，多為窯洞及臨時(shí)性建筑。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)居中，磚混結(jié)構(gòu)占33.6%，磚木結(jié)構(gòu)占34.8%，土木結(jié)構(gòu)占19.1%，窯洞及其他占12.5%（見(jiàn)圖1）?？偟恼f(shuō)，農(nóng)居磚混結(jié)構(gòu)和磚木結(jié)構(gòu)的房屋占絕大多數(shù)，是目前山西省農(nóng)村的主流民居。

圖1 全省農(nóng)村民居結(jié)構(gòu)分類統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Classification statistics of the structure of rural buildings in Shanxi Province

在建筑年代上，將農(nóng)村民居分為上世紀(jì)80年代以前民居、1980年至2000年民居、本世紀(jì)以來(lái)的民居。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，山西省農(nóng)村民居80年代以前占19.8%，1980年至2000年占45.2%，2000年以后占35%（見(jiàn)圖2）。民居的建筑年代以1980年以后的為主。

圖2 全省農(nóng)村民居建筑年代分類統(tǒng)計(jì)圖Fig.2 Classification statistics of the age of rural buildings in Shanxi Province

農(nóng)居的地基類型分為平坦和坡地2種，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，山西農(nóng)居平坦地基占80.9%，坡地地基占19%（見(jiàn)圖3）。說(shuō)明目前農(nóng)居還有近20%建于山體旁或其他地基不夠平坦的區(qū)域內(nèi)。

圖3 全省農(nóng)村民居場(chǎng)地條件分類統(tǒng)計(jì)圖Fig.3 Classification statistics of the site condition of rural buildings in Shanxi Province

目前，農(nóng)居的地基類型多為三七灰土、石料、磚基和地梁4種。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，三七灰土地基民居占23%，石料地基民居占35.6%，磚基地基民居占33.1%，地梁地基民居占8.2%（見(jiàn)圖4）。

圖4 全省農(nóng)村民居地基分類統(tǒng)計(jì)圖Fig.4 Classification statistics of the foundation of rural buildings in Shanxi Province

2 山西省農(nóng)村民居空間分布分析

對(duì)于農(nóng)居的空間分布，主要對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)及建筑年代的分布特征進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)全省民居抽樣數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析看出，在抽樣的69個(gè)區(qū)縣中，磚混結(jié)構(gòu)民居主要集中分布在運(yùn)城、臨汾、太原市市區(qū)、忻州市忻府區(qū)及大同市城區(qū)等地（圖5中，磚混結(jié)構(gòu)所占比例為各區(qū)縣中磚混結(jié)構(gòu)房屋戶數(shù)與總戶數(shù)的比值）。

圖5 全省農(nóng)村民居磚混結(jié)構(gòu)所占比例及分布Fig.5 The proportion and distribution of masonry structure of rural buildings in Shanxi Province

從山西省農(nóng)村磚木結(jié)構(gòu)及土木結(jié)構(gòu)的民居分布圖看出，磚木結(jié)構(gòu)的民居主要集中在晉北的大同城區(qū)、大同縣和晉中的清徐、太谷、文水縣等地，土木結(jié)構(gòu)的民居主要集中在晉北的右玉、山陰、代縣、寧武及晉中的榆社、沁源縣（見(jiàn)圖6、第36頁(yè)圖7）。

窯洞及其他結(jié)構(gòu)的民居在所抽樣調(diào)查的民居中所占比例最少，主要分布在晉北的天鎮(zhèn)、陽(yáng)高，太原的陽(yáng)曲、婁煩，晉南的蒲縣、浮山縣等地（見(jiàn)圖8）。

從建筑時(shí)間上看，1980年以前的民居主要集中在山西的北部及中東部，1980－2000年的分布比較平均，2000年以后的主要集中在運(yùn)城地區(qū)（見(jiàn)圖9、圖10、圖11）。

圖6 全省農(nóng)村民居磚木結(jié)構(gòu)所占比例及分布Fig.6 The proportion and distribution of brick－wood structure of rural buildings in Shanxi Province

3 山西省農(nóng)村民居抗震性能分析

對(duì)城市建筑、工業(yè)建筑物和構(gòu)筑物抗震性能的鑒定，國(guó)家都有明確的規(guī)定和作為鑒定依據(jù)的規(guī)范，而且鑒定方法比較成熟。農(nóng)居由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，國(guó)家未制定有關(guān)民居抗震鑒定的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。但是，要對(duì)農(nóng)居抗震性能做普查，必須有總體的評(píng)價(jià)，對(duì)抗震性能有差別的地區(qū)應(yīng)進(jìn)行劃分。結(jié)合已有的農(nóng)村民居震害經(jīng)驗(yàn)，研究時(shí)采用綜合分析法對(duì)農(nóng)村民居的抗震性能做評(píng)價(jià)。對(duì)建筑物進(jìn)行抗震性能的定量評(píng)價(jià)是目前建筑部門所采取的數(shù)字分析方式之一，方法是將建筑物的好壞設(shè)定為一個(gè)參數(shù)，一般是取0.0～1.0之間，1.0代表是最好狀態(tài)，而0.0則代表最差狀態(tài)。一般建筑物的抗震性能參數(shù)為0.0～1.0之間的小數(shù)值。由于農(nóng)居調(diào)查是以農(nóng)村的自然村為基本統(tǒng)計(jì)單元，每個(gè)行政村都有一定數(shù)量的磚混民居、磚木民居、土木房以及窯洞等其他建筑，因此，本項(xiàng)工作中對(duì)農(nóng)村民居建筑的抗震性能判別是采用綜合判別法，即將全村不同結(jié)構(gòu)、不同時(shí)間段的民居定義為不同的參數(shù)值，最后統(tǒng)一加權(quán)得到整個(gè)行政區(qū)劃的抗震性能參數(shù)值。

圖7 全省農(nóng)村民居土木結(jié)構(gòu)所占比例及分布Fig.7 The proportion and distribution of civil structure of rural buildings in Shanxi Province

3.1 抗震性能參數(shù)的確定

劉莉在《城市防震減災(zāi)能力標(biāo)定及可接受風(fēng)險(xiǎn)研究》指出，建構(gòu)筑物抗震能力主要與抗震設(shè)防情況、建筑年代、建筑結(jié)構(gòu)類型和施工質(zhì)量以及場(chǎng)地條件有關(guān)，并以此作為衡量城市建構(gòu)筑物抗震能力的主要指標(biāo)。本文在結(jié)合震害經(jīng)驗(yàn)，參考此次農(nóng)居抗震性能普查的基礎(chǔ)上，認(rèn)為建筑物的抗震性能差別直接取決于建筑物結(jié)構(gòu)類型的差異和建筑年代的長(zhǎng)短及民居的地基，因此，參數(shù)的確定主要考慮上述3個(gè)因素［2－7］。從建筑結(jié)構(gòu)上講，磚混建筑抗震性能最好，磚木建筑次之，而土木房的最差；從建筑時(shí)間上來(lái)看，時(shí)間越長(zhǎng)民居的抗震性能越差。取4種結(jié)構(gòu)民居在不同年代的抗震性能參數(shù)值（見(jiàn)表1），參數(shù)上限為1.0，下限為0.0［8－13］。

對(duì)于建筑物的地基類型、場(chǎng)地條件，在統(tǒng)計(jì)加權(quán)中也做統(tǒng)籌考慮（見(jiàn)表2），可以更客觀地統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)民居抗震性能的好壞。

圖8 全省農(nóng)村民居窯洞及其他結(jié)構(gòu)比例及分布Fig.8 The proportion and distribution of cave dwelling and other structures of rural buildings in Shanxi Province

表1 全省農(nóng)村民居建筑結(jié)構(gòu)抗震性能參數(shù)表Table 1 Seismic performance parameters of building structure of rural buildings in Shanxi Province

表2 全省農(nóng)村民居地基及場(chǎng)地條件抗震性能參數(shù)表Table 2 Seismic performance parameters of foundation and site condition of rural buildings in Shanxi Province

圖9 全省1980年以前農(nóng)村民居所占比例及分布Fig.9 The proportion and distribution of rural buildings before 1980in Shanxi Province

以上幾個(gè)參數(shù)乘以建筑面積，最后加權(quán)求和，就可以得到這個(gè)行政村的抗震性能參數(shù)值。

3.2 抗震性能參數(shù)值的計(jì)算方法

根據(jù)前面所述的方法，就可以得出各種結(jié)構(gòu)民居抗震性能參數(shù)的計(jì)算公式：

圖10 1980－2000年農(nóng)村民居所占比例及分布Fig.10 The proportion and distribution of rural buildings from 1980to 2000in Shanxi Province

對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)民居，用BC表示，則

式中：Bc（i）i＝1，2，3分別代表1中的3個(gè)年代磚混結(jié)構(gòu)建筑參數(shù)值；SBc（i）i＝1，2，3分別代表相應(yīng)時(shí)間段民居的面積；SBc代表磚混結(jié)構(gòu)民居的總面積；Tsd、St、Br、Gb、FL和SL 分別代表表2參數(shù)；STsd、SSt、SBr和SGb分別代表地基類型為三七灰土、石料、磚基和地梁的4種民居面積；SFL和SSL分別代表平坦地基和坡地地基的民居面積。

用同樣的方法，可以得到磚木結(jié)構(gòu)民居的抗震性能參數(shù)，用BW表示：

窯洞及其他類型農(nóng)居抗震系數(shù)用CA表示：

公式（3）（4）（5）中的BW、CI、CA 分別表示磚木結(jié)構(gòu)民居、土木結(jié)構(gòu)民居、其他類型民居的抗震系數(shù)，其他參數(shù)同公式（2）。

對(duì)4種結(jié)構(gòu)民居的抗震性能參數(shù)進(jìn)行加權(quán)求和，可求得統(tǒng)計(jì)區(qū)內(nèi)民居抗震性能的總參數(shù)P：

圖11 2000年以后農(nóng)村民居所占比例及分布Fig.11 The proportion and distribution of rural buildings after 2000in Shanxi Province

3.3 山西省農(nóng)村民居抗震性能評(píng)價(jià)

由前一節(jié)給出的計(jì)算方法，對(duì)農(nóng)居抽樣調(diào)查的數(shù)據(jù)給出一個(gè)定量分析。計(jì)算時(shí)，由于農(nóng)居普查數(shù)據(jù)是按照戶數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的，按照國(guó)家統(tǒng)計(jì)局第二次全國(guó)農(nóng)業(yè)普查報(bào)告，農(nóng)村居民每戶擁有住宅面積128m2，將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)換算為面積進(jìn)行計(jì)算得出，山西省農(nóng)村民居的抗震性能指數(shù)在0.3至0.75之間。為更直觀地顯示各地區(qū)的情況，將農(nóng)村民居的抗震性能分成好、較好、一般、差4個(gè)等級(jí)，相應(yīng)的抗震性能參數(shù)范圍是：好為0.7～1.0，較好為0.5～0.7，一般為0.4～0.5，較差為0～0.4。利用抗震性能參數(shù)，就可以定性地給出各地民居抗震能力的好壞。

從全省農(nóng)村民居的抗震性能指數(shù)上看，抗震性能不容樂(lè)觀。從空間分布上看，抗震性能好的地區(qū)很少，主要集中在太原市區(qū)；抗震性能較好的地區(qū)主要分布在太原、晉中及運(yùn)城地區(qū)；抗震性能一般的地區(qū)主要在呂梁的汾陽(yáng)、文水，運(yùn)城的夏縣、聞喜等地；抗震性能較差的地區(qū)較多，主要在大同的天鎮(zhèn)、陽(yáng)高，太原的古交、婁煩、陽(yáng)曲，呂梁與臨汾的交界處等地（見(jiàn)圖12）。

圖12 山西省農(nóng)村民居抗震性能分布圖Fig.12 The seismic performance distribution of rural buildings in Shanxi Province

4 農(nóng)居抗震性能制約因素分析及改進(jìn)建議

改革開(kāi)放30多年來(lái)，農(nóng)民的生產(chǎn)生活和居住條件發(fā)生明顯的變化。但到目前為止，全省多數(shù)農(nóng)居不符合抗震設(shè)防規(guī)定，一旦發(fā)生破壞性地震，將極大地威脅廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。究其原因，認(rèn)為主要有以下幾方面［14－21］：

（1）農(nóng)民收入累積增加與建造符合抗震設(shè)防要求的房屋投資還存在相當(dāng)大的差距。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前農(nóng)村建造一幢5間符合抗震設(shè)防的房屋，投資不少于12萬(wàn)～15萬(wàn)元，2010年山西省農(nóng)村人均收入為6 393元，農(nóng)村戶均人口4.2個(gè)，年收入近2.6萬(wàn)元。但就家庭而言，累積建房資金是在支付兒女上學(xué)、婚姻、家庭成員生病就醫(yī)、家庭成員病老喪葬和添置必備設(shè)施的前提下完成的。如此，每個(gè)農(nóng)村家庭要想建造抗震房屋至少也得10年以上的收入累積。農(nóng)民收入嚴(yán)重滯后于建造符合抗震房屋所需資金的需求。

（2）傳統(tǒng)建房習(xí)慣嚴(yán)重制約建造符合抗震房屋的進(jìn)度。建國(guó)以后，山西省大部分農(nóng)村地區(qū)未經(jīng)歷過(guò)重大地震的破壞，故在建房時(shí)大多不考慮抗震設(shè)防要求。

（3）各相關(guān)政府部門對(duì)農(nóng)民建房缺乏鼓勵(lì)、引導(dǎo)、優(yōu)惠政策。

為早日實(shí)現(xiàn)全省農(nóng)居基本具備抗御6級(jí)左右地震的能力，根據(jù)這次農(nóng)居抗震性能普查結(jié)果，提出如下建議：

（1）靠政策調(diào)動(dòng)農(nóng)民房改積極性，出臺(tái)建設(shè)抗震設(shè)防的房屋資金補(bǔ)助和優(yōu)惠政策。

（2）進(jìn)一步強(qiáng)化宣傳，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)村施工隊(duì)伍的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，加大對(duì)民居工程質(zhì)量檢查監(jiān)督的力度等。

（3）出臺(tái)適合不同地區(qū)的抗震設(shè)防民居標(biāo)準(zhǔn)。

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