村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋震害特征及現(xiàn)有加固方法研究

石家鑫 李鵬程

(1.中國中元國際工程有限公司，北京 100048； 2.北京建筑大學(xué)，北京 100044)

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村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋震害特征及現(xiàn)有加固方法研究

石家鑫1李鵬程2

(1.中國中元國際工程有限公司，北京 100048； 2.北京建筑大學(xué)，北京 100044)

通過對國內(nèi)部分村鎮(zhèn)地區(qū)的實(shí)地調(diào)研及相關(guān)資料整理，總結(jié)了我國村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋存在的安全隱患以及震害特征，按照加固要求的不同對石結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行了分類，最后歸納和提出了針對房屋不同存在問題的相應(yīng)加固辦法。

村鎮(zhèn)建筑，石結(jié)構(gòu)，抗震隱患，圈梁

1 石結(jié)構(gòu)房屋現(xiàn)狀概述

我國現(xiàn)有石結(jié)構(gòu)主要分布于東北、東部、東南沿海地區(qū)以及云貴高原、青藏高原和其他山地地區(qū)(見圖1，圖2)。主要分布省市有北京、山東、江蘇、浙江、福建、貴州、廣西、四川、山西、陜西、河北唐山等地區(qū)[1]。

由于國內(nèi)石結(jié)構(gòu)房屋多為村鎮(zhèn)建筑，建造工藝往往依靠以往的舊方法和經(jīng)驗(yàn)，不可避免的會(huì)使這些石結(jié)構(gòu)房屋存在部分設(shè)計(jì)方面的問題以及抗震隱患，再經(jīng)過長期使用，這些問題變得愈發(fā)凸顯。本著經(jīng)濟(jì)性的原則，對于這些房屋應(yīng)進(jìn)行有選擇性的加固。

2 初步分類

2.1 歷史遺跡保護(hù)類

不少現(xiàn)存的石結(jié)構(gòu)房屋作為歷史遺跡，已經(jīng)作為地區(qū)的旅游資源(例如北京的爨底下村和靈水村)進(jìn)行了開發(fā)和保護(hù)。但是，綜合各方因素考慮，還是要時(shí)刻關(guān)注其抗震隱患。這一類石結(jié)構(gòu)房屋的維修和加固就要遵循《中華人民共和國文物保護(hù)法》中的相關(guān)規(guī)定，在考慮到在保持建筑原有風(fēng)貌的情況下，通過維修來保證其承載能力，通過加固來提高其抗震性能。

2.2 仍具使用價(jià)值類

部分近代或現(xiàn)代建造的石結(jié)構(gòu)房屋現(xiàn)在仍有人居住，這一類房屋現(xiàn)在大多作為民宅或者是公共設(shè)施等。對于這一類房屋的抗震加固，就要求加固方式要做到周期短、速度快操作方便，從而將施工對于人們正常使用的影響降到最低。

2.3 不具使用價(jià)值類

除去以上提到的兩類石結(jié)構(gòu)房屋類型以外，還有一類房屋，這類房屋常年無人居住或者是其主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)幾乎破壞，由于其已經(jīng)不具備使用價(jià)值，對于這類房屋，建議維持其原貌或者直接進(jìn)行拆除重建。

3 安全隱患以及震害特征

3.1 安全隱患

石結(jié)構(gòu)房屋的安全隱患多種多樣，存在于多個(gè)方面：地基基礎(chǔ)的處理和設(shè)計(jì)方面的欠缺往往會(huì)導(dǎo)致地基不均勻沉降以及基礎(chǔ)破壞；墻體砌筑方式的不規(guī)范會(huì)影響承重結(jié)構(gòu)的傳力，同時(shí)降低了結(jié)構(gòu)的整體性；采用天然石材作為承重構(gòu)件，缺乏延性保護(hù)，梁柱破壞突然無預(yù)兆；縱橫墻間的連接，無法像正常砌塊一樣做到接槎可靠，無法有效的相互拉結(jié)。

這些安全隱患通常會(huì)在房屋經(jīng)過一定時(shí)間的自然使用后，逐漸暴露出來。輕者影響到房屋的正常使用，重者在使用過程中無預(yù)兆的坍塌，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

3.2 震害特征

我國是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，5.0級以上的成災(zāi)地震大多數(shù)發(fā)生在農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)，加之農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)地區(qū)房屋常常存在抗震隱患，導(dǎo)致地震來臨時(shí)這些地區(qū)的石結(jié)構(gòu)房屋會(huì)遭受嚴(yán)重的破壞，造成極嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[2]。

經(jīng)過多方調(diào)研，筆者總結(jié)出了國內(nèi)部分地區(qū)石結(jié)構(gòu)房屋的一些震害特征。

墻體平面內(nèi)的剪切破壞：此類震害通常發(fā)生在整體性較好的料石砌筑墻體。該類墻體在地震作用下，平面外整體性較好，不易倒塌，平面內(nèi)以剪切變形為主，破壞通常是由于砌筑砂漿強(qiáng)度低或灰縫不夠飽滿。

縱橫墻連接破壞導(dǎo)致平面外倒塌：此類震害通常發(fā)生在整體性較差的毛石砌筑墻體。該類墻體縱橫墻通常無法保證有效的連接，加之砌塊間較為松散(見圖3)，墻體在地震下往往先出現(xiàn)平面外倒塌現(xiàn)象(見圖4)。

承重構(gòu)件破壞：此類震害通常發(fā)生在以天然石材作為梁柱的石結(jié)構(gòu)房屋中。由于石材本身的特性決定了石材具有很強(qiáng)的抗壓能力，但是抗彎抗剪能力卻相對較差，以此類材料作為主要承重構(gòu)件，房屋在自重作用下通常不會(huì)存在問題，但在地震作用下，一旦荷載組合超過了允許值，極容易發(fā)生毫無征兆的脆性破壞。

樓蓋破壞與整體倒塌：此類震害通常不會(huì)由于單純的承載力不足而發(fā)生，一般是承重構(gòu)件的破壞導(dǎo)致樓蓋破壞與房屋的整體倒塌。同時(shí)也不排除由于支撐長度過小而導(dǎo)致的屋蓋在震下塌落現(xiàn)象。

4 現(xiàn)有加固辦法

石結(jié)構(gòu)房屋也屬于砌體的一種，大部分針對砌體房屋的加固方式是可以直接套用或經(jīng)過一定的改變使用在石結(jié)構(gòu)房屋的加固上的。

4.1 整體加固方法

對于原結(jié)構(gòu)沒有圈梁的可在每層加設(shè)圈梁，若結(jié)構(gòu)設(shè)置了圈梁則可隔層增設(shè)。通過設(shè)置水平圈梁，能夠有效地增強(qiáng)房屋的整體性能。對于6度、7度地區(qū)，當(dāng)原有房屋未設(shè)置圈梁時(shí)，還可采用配筋砂漿帶。

可以參考《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中砌體房屋構(gòu)造柱設(shè)置要求來確定石結(jié)構(gòu)房屋加固中扶壁柱的數(shù)量和位置。構(gòu)造柱的形式可以根據(jù)需要設(shè)置的位置不同分為三種：單邊形、鄰邊形和對邊形。

4.2 石梁加固方法

對于表面沒有明顯裂紋石梁可以采用開槽嵌入加固法(見圖5)，通過在梁底的受拉區(qū)開槽嵌入鋼筋或碳纖維筋的方式，提高梁的抗彎承載力和延性[3]。

而對于受拉區(qū)開槽加固來說，采用碳纖維布加固料石梁則屬于無損加固，對于原有石梁造成的損傷較小。

4.3 柱子加固方法

針對南方是結(jié)構(gòu)房屋的獨(dú)立料石柱以及一些料石砌筑柱，可以采用無粘結(jié)外包型鋼加固的方法進(jìn)行加固，以提高柱子的承載力以及抗震性能。對于一些對截面大小要求較為寬松的柱子，也可以采用鋼筋混凝土外包圍套的加固方法。

4.4 樓板加固方法

對于石樓板，可以采用鋼筋網(wǎng)改性砂漿的加固法[4]，通過在石樓板上開孔植入U(xiǎn)型卡件固定鋼筋網(wǎng)之后再使用改性砂漿抹面。除了鋼筋網(wǎng)改性砂漿的加固法以外，碳纖維布加固法也是一

種較為傳統(tǒng)的方法，也可以用在石樓板的加固上。

4.5 墻體加固方法

針對南方常見的料石砌筑墻體，可以采用嵌縫加固法，通過在砌縫中嵌入改性砂漿或鋼筋—聚合物砂漿的辦法來提高料石墻體平面內(nèi)抗剪能力(見圖6)。

針對北方常見的毛石砌筑墻體，則可以采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法。該方法通過使用砌塊置換法，將原有的毛石砌塊挖除，采用微膨脹混凝土填充缺口并預(yù)埋拉結(jié)筋，而后綁扎鋼筋網(wǎng)并采用水泥砂漿抹面(見圖7)。

5 結(jié)語

雖然村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋在設(shè)計(jì)和抗震方面存在著不少安全隱患，但相信隨著人類建造技術(shù)的不斷提高，石結(jié)構(gòu)房屋的建造工藝將會(huì)進(jìn)一步完善。而對于既有的村鎮(zhèn)石結(jié)構(gòu)房屋的抗震加固，我們還需要在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，總結(jié)前人的智慧，進(jìn)行更加深入的思考和研究，解決現(xiàn)有的問題，提出新的問題，在研究的道路上取得更新的進(jìn)展。

[1] 石家鑫,李鵬程,彭有開.村鎮(zhèn)既有石結(jié)構(gòu)房屋現(xiàn)狀調(diào)查[J].山西建筑,2015,41(11):29-30.

[2] 中國建筑科學(xué)研究院.1976年唐山大地震房屋建筑震害圖片集[Z].北京:中國學(xué)術(shù)出版社,1986.

[3] 劉 陽,郭子雄,劉寶成,等.嵌埋CFRP筋組合石梁受彎性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2011,32(3):75-81.

[4] 郭子雄.鋼筋網(wǎng)改性砂漿加固石樓板受彎性能試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2011,32(3):69-74.

[5] 郭子雄.嵌縫加固條石砌筑石墻抗震性能試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2010(43):136-140.

Research on seismic damage characteristic and retrofit method of stone masonry structure

Shi Jiaxin1Li Pengcheng2

(1.ChinaIPPRInternationalEngineeringCo.，Ltd，Beijing100048,China； 2.BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China)

On base of investigating and data collection of rural stone masonry structures, this paper summarizes the potential safety problems and the seismic damage characteristic in China. And classified the stone masonry structures according to the different requirements of the retrofit. And in view of the different potential safety problems, proposes the corresponding retrofit methods.

rural building, stone masonry structure, seismic risk, ringbeam

1009-6825(2017)14-0043-02

2017-03-01

石家鑫(1990- )，男，碩士，助理工程師; 李鵬程(1990- )，男，在讀碩士

TU363

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