墨江M5.9 地震農(nóng)危改房屋震害調(diào)查與分析

戴必輝，陶忠，葉燎原，高永林，皇甫雙娥

（1.昆明理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院，云南 昆明 650500；2.西南林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224；3.云南省抗震工程技術(shù)研究中心，云南 昆明 650500；4.云南師范大學(xué)，云南 昆明 650500）

我國地震災(zāi)害頻發(fā)，地震區(qū)域分布廣闊，GB 18306—2015《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（以下簡(jiǎn)稱“第五代區(qū)劃圖”）施行后，地震動(dòng)峰值加速度小于0.05g（即Ⅵ度）的分區(qū)不再出現(xiàn)，設(shè)防烈度Ⅶ度及以上的地區(qū)占國土面積達(dá)58%[1]，其中超過80%的5 級(jí)以上地震發(fā)生在農(nóng)村地區(qū).由于長(zhǎng)期以來農(nóng)房建設(shè)并未完全納入我國的建筑抗震管理體系，缺乏統(tǒng)一科學(xué)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造和監(jiān)管[2]，導(dǎo)致現(xiàn)役農(nóng)房抗震能力普遍較低，這種現(xiàn)象在欠發(fā)達(dá)的西部地區(qū)尤為突出，長(zhǎng)期居住使原本抗震性能不佳的農(nóng)房在環(huán)境因素和人為因素的侵蝕及破壞下變成危房，對(duì)居民安全造成巨大威脅.當(dāng)大地震來臨時(shí)，往往會(huì)對(duì)這類房屋造成災(zāi)難性的破壞，甚至小震發(fā)生時(shí)在近震區(qū)造成“小震大災(zāi)”的現(xiàn)象也屢見不鮮[3].

云南省位于印度洋板塊與歐亞板塊碰撞帶的東側(cè)，以小江斷裂帶為代表的227 條活動(dòng)斷裂帶星羅棋布，第五代區(qū)劃圖施行后，地震基本烈度Ⅶ度及以上地區(qū)占全省總面積90%以上，Ⅷ度及以上地區(qū)占比接近一半，是我國破壞性地震較多、震災(zāi)頻繁的地區(qū)之一.云南省處于橫斷山脈南段，高山河谷縱橫其間，山地面積占全省總面積90%以上.歷次震害調(diào)查表明，山區(qū)地形存在地震動(dòng)放大效應(yīng)，加劇房屋震害[4-5].云南省農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)落后，自建農(nóng)房抗震防災(zāi)能力薄弱，是我國農(nóng)村危房最多的省份之一，也是地震成災(zāi)次數(shù)最多的省份[6].

村鎮(zhèn)建筑的抗震水平是一個(gè)國家整體抗震能力的重要組成部分，隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)對(duì)房屋的抗震安全需求不斷提高，對(duì)經(jīng)安全性鑒定為C 級(jí)危房（局部危房）或D 級(jí)危房（整體危房）的既有農(nóng)村住房進(jìn)行加固、維修、拆除、置換或重建，是我國從抗震大國向抗震強(qiáng)國過渡的必然選擇.

目前已有諸多學(xué)者圍繞如何提高農(nóng)房抗震防災(zāi)能力開展研究，在農(nóng)房加固改造方面獲得了經(jīng)驗(yàn)和成果.阿肯江·托呼提等[7]針對(duì)新疆農(nóng)村地區(qū)房屋提出木柱梁-土坯組合墻結(jié)構(gòu)體系；王毅紅等[8]通過試驗(yàn)研究了在役生土結(jié)構(gòu)房屋抗震加固改造的技術(shù)措施；尚守平等[9]針對(duì)農(nóng)村民居既有建筑與新建建筑分別提出了HPFL 加固技術(shù)和鋼筋-瀝青復(fù)合層隔震技術(shù)；周鐵剛等[10-11]針對(duì)土坯承重民居和木構(gòu)架承重-空斗墻圍護(hù)民居提出對(duì)應(yīng)加固措施，通過縮尺振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)得出總體上可以滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)和結(jié)論.這些農(nóng)房抗震加固改造措施雖然得到了理論和試驗(yàn)的驗(yàn)證，但在實(shí)際地震中的表現(xiàn)卻鮮有報(bào)道.墨江5.9 級(jí)地震雖然給人民財(cái)產(chǎn)造成了重大損失，但未造成人員死亡，這在云南省歷史上同級(jí)別地震中較為少見，極大程度上得益于近年大力實(shí)施的農(nóng)村危房改造工作.為進(jìn)一步驗(yàn)證農(nóng)危改房屋的抗震加固效果，研究地震中各種結(jié)構(gòu)形式房屋的震害特征，本文根據(jù)記錄的強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)資料，對(duì)地震動(dòng)峰值加速度衰減規(guī)律及部分臺(tái)站地震波進(jìn)行地震動(dòng)特征分析，在現(xiàn)場(chǎng)震害調(diào)查的基礎(chǔ)上結(jié)合云南省農(nóng)村危房改造的實(shí)施情況總結(jié)震害經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)給出相關(guān)建議.

1 地震動(dòng)特性分析

2018 年9 月8 日10 時(shí)31 分29 秒，云南墨江縣境內(nèi)發(fā)生5.9 級(jí)地震，震中位于通關(guān)鎮(zhèn)丙蚌村，震源深度為11 km，發(fā)震構(gòu)造為阿墨江斷裂帶西支[12].此次地震是墨江歷史上震級(jí)最高的一次地震，也是云南省近四年來震級(jí)最高的地震，更是2018 年中國大陸震級(jí)最高的地震.地震造成墨江縣15 個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），168 個(gè)村（社區(qū)）不同程度受災(zāi)，其中：通關(guān)、魚塘、聯(lián)珠、雅邑、龍?zhí)? 個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），33 個(gè)村嚴(yán)重受災(zāi)，受災(zāi)人數(shù)達(dá)10.48 萬人，受傷28 人；因?yàn)?zāi)受損民房10 989戶（因?yàn)?zāi)倒塌民房673 戶2 020 間，嚴(yán)重?fù)p壞民房4 423 戶13 269 間，一般損壞民房5 893 戶17 680間），交通、水利、市政、電力、通訊、教育、衛(wèi)生等基礎(chǔ)設(shè)施損毀嚴(yán)重.云南省地震局公布的墨江5.9 級(jí)地震烈度圖[13]顯示，此次地震極震區(qū)烈度達(dá)Ⅷ度，主要涉及普洱市墨江縣通關(guān)鎮(zhèn)、雅邑鎮(zhèn)、聯(lián)珠鎮(zhèn)，面積約32 km2，等震線呈橢圓形，長(zhǎng)軸方向呈NW向，Ⅶ度區(qū)總面積為438 km2，Ⅵ度區(qū)及以上總面積約5 180 km2.

此次震害調(diào)查主要針對(duì)震災(zāi)較嚴(yán)重的Ⅶ度區(qū)和Ⅷ度區(qū)的農(nóng)房，重點(diǎn)對(duì)農(nóng)危改中加固和新建農(nóng)房在地震中的抗震表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估.本文共收集到云南省地震監(jiān)測(cè)中心采集的震中周邊37 個(gè)臺(tái)站3 個(gè)方向的地面加速度峰值和距離震中最近的3 個(gè)臺(tái)站的強(qiáng)震波形數(shù)據(jù)，用于此次地震動(dòng)特性分析.圖1 為地震震中及臺(tái)站分布示意圖.圖2 為調(diào)查點(diǎn)位置示意圖.

圖1 震中及臺(tái)站分布示意圖Fig.1 Distribution diagram of epicenter and stations

圖2 調(diào)查點(diǎn)位置示意圖Fig.2 Locations of investigation sites

表1 列出了臺(tái)站及其地震動(dòng)觀測(cè)信息，臺(tái)站震中距為50～100 km，除國慶、景谷兩個(gè)臺(tái)站場(chǎng)地類型為基巖外，其余臺(tái)站場(chǎng)地類型均為土層.

表1 震中距100 km 內(nèi)強(qiáng)震動(dòng)記錄Tab.1 Strong motion recordings within 100 km from the epicenter

1.1 加速度峰值衰減特性分析

地震動(dòng)衰減關(guān)系是地震危險(xiǎn)性分析和工程抗震設(shè)防輸入的重要依據(jù).由于區(qū)域地震構(gòu)造活動(dòng)特征不同，各地區(qū)地震動(dòng)衰減特征差異明顯，利用特定區(qū)域的強(qiáng)震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到的衰減規(guī)律，才能真實(shí)反映該地區(qū)的地震動(dòng)衰減特性.對(duì)比表1 的觀測(cè)數(shù)據(jù)，距震中較近的勐先、磨黑和寧洱得到的地面加速度值較大，水平向PGA（取EW 和NS 兩個(gè)方向中的較大值）最大值為39.2 gal，豎向PGA 最大值為15.2 gal，并隨震中距的增加成一定規(guī)律衰減.為了分析此次地震的水平向加速度衰減特性，本文選取了4組包含該區(qū)域的PGA 衰減關(guān)系研究成果與實(shí)際觀測(cè)記錄進(jìn)行對(duì)比，分別為汪素云等[14]的中國西部地區(qū)（WSY2000 模型）、崔建文等[15]的云南Ⅱ區(qū)（CJW2006模型）、劉本玉等[16]的云南地區(qū)（LBY2012 模型）和俞言祥等[17]的第五代區(qū)劃圖青藏區(qū)（YYX2013 模型）.從圖3 給出的各模型預(yù)測(cè)值曲線與地震加速度記錄數(shù)據(jù)可以看出，地震動(dòng)記錄數(shù)據(jù)為震中距50～300 km 內(nèi)，CJW2006 模型對(duì)此次地震動(dòng)PGA 衰減規(guī)律具有較好的適應(yīng)性，其余模型在震中距100 km 內(nèi)預(yù)測(cè)值均高于觀測(cè)值，其中LBY2012 模型偏離最大.分析原因主要是CJW2006 模型統(tǒng)計(jì)資料區(qū)域針對(duì)性強(qiáng)，更適合這一地區(qū)地震動(dòng)衰減的預(yù)測(cè).

圖3 水平向PGA 衰減特征Fig.3 Attenuation of the horizontal PGA

雖然缺乏近震區(qū)觀測(cè)數(shù)據(jù)，但從預(yù)測(cè)值看，除YYX2013 模型偏高外，其余模型極震區(qū)內(nèi)PGA 值為200～300 gal，由于近斷層地震動(dòng)具有明顯的長(zhǎng)周期速度和位移脈沖，對(duì)砌體、土坯和生土等脆性結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的破壞性，導(dǎo)致震中大量土木、磚木結(jié)構(gòu)農(nóng)房破壞、倒塌，極震區(qū)烈度達(dá)到Ⅷ度.值得注意的是，國慶和景谷臺(tái)站PGA 值明顯小于同等震中距臺(tái)站PGA 值，例如國慶與江城縣城相距不到5 km，水平向PGA 值相差3 倍，說明場(chǎng)地條件對(duì)地震動(dòng)的放大效應(yīng)顯著，農(nóng)村危房改造中拆除重建的房屋應(yīng)考慮選址的影響.

1.2 頻譜特性分析

為進(jìn)一步掌握此次地震的地震動(dòng)特性，對(duì)勐先、磨黑和寧洱臺(tái)站記錄到的強(qiáng)震波形數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜特性分析.圖4、圖5 分別給出了3 個(gè)臺(tái)站東西、南北和豎直方向的加速度時(shí)程及其頻譜分析結(jié)果.

由圖4 可知，由于震中距和場(chǎng)地類型較為接近，勐先和磨黑臺(tái)站的PGA 相差不大，寧洱臺(tái)站的PGA略小，水平方向地震動(dòng)水平高于豎直方向.通過計(jì)算地震動(dòng)參數(shù)發(fā)現(xiàn)，地震波的Arias 強(qiáng)度與PGA 值正相關(guān)，地震動(dòng)相對(duì)持時(shí)（t5～t95）在10～18 s 之間，并隨震中距增加有逐漸增大的趨勢(shì)，豎直方向持時(shí)總體高于水平方向.

圖4 臺(tái)站加速度時(shí)程曲線Fig.4 Acceleration time histories of the ground motion recorded of three seismometer stations

由圖5 可以看出，3 個(gè)臺(tái)站主頻成分在2 Hz 左右，由于水平地面峰值加速度不大，對(duì)該地區(qū)以土木、磚木、生土和砌體結(jié)構(gòu)為主的剛度大、高度小的農(nóng)房建筑未造成破壞.

圖5 臺(tái)站傅里葉幅值譜Fig.5 Fourier amplitude spectra of three seismometer stations

2 典型震害對(duì)比分析

2.1 墨江縣農(nóng)房建筑結(jié)構(gòu)概述

墨江縣位于云貴高原西南邊緣，地處阿墨江斷裂帶，同時(shí)受哀牢山斷裂帶、紅河斷裂帶和把邊江斷裂帶的影響，地震頻發(fā)，境內(nèi)山谷縱橫，山區(qū)面積占墨江縣總面積的99.98%.墨江縣內(nèi)有25 個(gè)民族，受經(jīng)濟(jì)條件限制，廣大農(nóng)戶在自建房屋時(shí)首先考慮的是采用價(jià)廉量廣的土坯、木材、石材、磚瓦等當(dāng)?shù)亟ú?經(jīng)濟(jì)條件稍好的農(nóng)戶采用磚混結(jié)構(gòu).以農(nóng)村工匠為主體的施工隊(duì)伍決定了建筑結(jié)構(gòu)形式只能是施工簡(jiǎn)單的土木、磚木、生土等.為了便于進(jìn)行震害分析，將災(zāi)區(qū)建筑分為木結(jié)構(gòu)（土木）、生土結(jié)構(gòu)（土掌房）、磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)易房等形式，簡(jiǎn)易房一般作為附屬建筑為滿足日常儲(chǔ)存、飼養(yǎng)等功能，結(jié)構(gòu)形式隨意，建筑多以土木、磚木結(jié)構(gòu)為主.墨江縣村鎮(zhèn)房屋構(gòu)成占比如圖6 所示，其中農(nóng)村地區(qū)土木結(jié)構(gòu)與磚木結(jié)構(gòu)房屋占比達(dá)80%以上[13].

圖6 墨江縣村鎮(zhèn)房屋構(gòu)成比例Fig.6 Composition of rural houses in Mojiang county

木結(jié)構(gòu)以木梁、木柱等作為主要承重構(gòu)件，采用土坯、生土作為圍護(hù)和分隔墻體，按照木構(gòu)架組成又分為穿斗木構(gòu)式、木柱木屋架和木柱木梁.穿斗式房屋一般為兩層獨(dú)棟建筑，層高2～3 m，每棟3～5間，作為正房或廂房使用，柱腳浮擺平擱于礎(chǔ)石之上，橫向用梁和梁下穿枋把柱串聯(lián)成單榀構(gòu)架，縱向依靠斗枋和擱于柱頂?shù)臋_條相連，梁柱間、枋柱間采用榫卯連接，檁條上釘椽子，椽上鋪設(shè)小青瓦形成人字形瓦屋面，建造時(shí)一般先立架后成墻，由于建造簡(jiǎn)單、取材方便，是這一區(qū)域分布最廣、數(shù)量最多的一種結(jié)構(gòu)形式.這類房屋建造年代跨度較大，服役時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)役農(nóng)房中建于二十世紀(jì)七八十年代居多.穿斗木構(gòu)架柱上承檁，屋面荷載和樓面荷載分別通過椽檁和梁枋由木柱直接傳至地面，可以充分利用木材順紋抗壓強(qiáng)度.水平地震作用下木構(gòu)架產(chǎn)生側(cè)向變形，梁柱構(gòu)件在榫卯節(jié)點(diǎn)處的嵌壓和摩擦效應(yīng)支配節(jié)點(diǎn)的半剛性特性，提供轉(zhuǎn)動(dòng)剛度并消耗部分地震能量，使木構(gòu)架具有良好的抗震性能，震后“墻倒架不塌”就是證明.同時(shí)，木材作為一種有機(jī)材料在溫濕度變化和長(zhǎng)期荷載下容易開裂、變形甚至糟朽，木構(gòu)架抗側(cè)能力隨之下降，在上部荷載和較強(qiáng)的水平地震作用下房屋可能“架倒墻塌”.該類房屋主要加固其木構(gòu)架承重結(jié)構(gòu)體系，例如加固木柱柱腳，更換、剔補(bǔ)或墩接加固木柱，采用小斜撐、三角木、鐵扒釘、扁鋼、角鋼等加固梁柱榫卯節(jié)點(diǎn)，使穿斗式木構(gòu)架從松散可變體系變?yōu)楹哪軠p震的幾何不變體系，同時(shí)在縱向柱架增設(shè)剪刀撐，樓屋面增設(shè)水平支撐，修復(fù)加固圍護(hù)墻體，增強(qiáng)墻體、檁條與木構(gòu)架的連接，提高房屋整體抗震性能，減輕震害.值得注意的是，近年來在傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)梁柱榫卯連接抗震加固研究中使用了許多新材料，例如軟鋼、纖維增強(qiáng)材料（碳纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維等）、橡膠阻尼器[18]等，試驗(yàn)表明具有較好的加固效果.

另一類歷史更為久遠(yuǎn)的民居是哈尼族土掌房，這種房屋一般層高較低，多為二層，依山而建，層層疊疊，錯(cuò)落有致.屋頂用圓木按間隔300～500 mm 一根分檔，上鋪竹笆或木棍，再墊草或樹葉，最上層填150 mm 左右的泥土夯實(shí)，可作為曬場(chǎng)或日?；顒?dòng)場(chǎng)地.土掌房冬暖夏涼，耐久性較好，利于防火，但不利于通風(fēng)采光.哈尼土掌房是一種獨(dú)具民族特色的密梁平頂式結(jié)構(gòu)，由木柱和木梁形成內(nèi)部框架，與土坯或夯土外墻一起承擔(dān)豎向荷載，屬于土木混合承重體系.抗震情況下，地震剪力同樣由木框架和土體墻共同承擔(dān)，因?yàn)闃菍拥?、屋頂重、墻體厚且開洞少，哈尼土掌房具有較好的抗震能力.隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新建農(nóng)房基本不會(huì)采用此類，一戶居民土掌房和新式農(nóng)房混用的現(xiàn)象也很常見.這種混用形式既能增加居住和儲(chǔ)物的使用空間，又能兼顧老一輩居民火塘取暖，供祖祭祀等需求，同時(shí)也使哈尼族土掌房得到保留.

磚木結(jié)構(gòu)在新建農(nóng)房中被廣泛采用，可分為磚墻承重、木構(gòu)架承重磚墻圍護(hù)、木構(gòu)架與磚墻混合承重三種結(jié)構(gòu)類型.墨江地區(qū)的磚木結(jié)構(gòu)房屋建造時(shí)多是先砌墻后搭架，墻體材料以空心磚為主，采用硬山擱檁式木屋蓋，一般為單層，層高3～5 m，屋面荷載通過檁條由磚墻傳至地面，屬于磚墻承重結(jié)構(gòu)體系.砌體墻的抗剪能力普遍高于土坯墻和生土墻，但砌筑砂漿強(qiáng)度低、墻體高厚比過大、縱橫墻連接不牢、屋蓋與墻體連接缺乏錨固、不設(shè)壁柱和圈梁等問題在這類房屋中普遍存在，水平地震作用下常出現(xiàn)墻體灰縫開裂、外墻拉脫外閃、山墻外閃致屋架坍塌等震害.對(duì)此，該類房屋主要加固其磚墻承重體系，例如增設(shè)砌體抗震墻或混凝土扶壁柱，拆除重砌強(qiáng)度過低的墻體，灌漿修補(bǔ)已開裂的墻體，采用水泥砂漿面層、鋼絲網(wǎng)或鐵絲網(wǎng)砂漿面層加固墻體的一側(cè)或兩側(cè)，提高墻體的強(qiáng)度、承載能力和抗變形性能.同時(shí)采用鋼拉桿、外加柱或外加固梁等措施增強(qiáng)縱橫墻連接，增設(shè)托梁或扶壁柱以滿足木樓屋蓋構(gòu)件墻上支承長(zhǎng)度，增設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土外墻圈梁和鋼拉桿內(nèi)墻圈梁，增設(shè)木屋蓋縱向水平系桿、豎向剪刀撐和水平支承，提高房屋整體抗震性能.近年來，諸如碳纖維布加固、高強(qiáng)鋼絞線-聚合物砂漿加固、高延性混凝土加固[19]、簡(jiǎn)易隔震等新技術(shù)在砌體結(jié)構(gòu)加固研究中取得了一些進(jìn)展，部分已用于村鎮(zhèn)磚木結(jié)構(gòu)房屋的抗震加固中.

框架結(jié)構(gòu)由于造價(jià)高，施工難度大，只有縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)少數(shù)公共建筑采用.磚混結(jié)構(gòu)是我國村鎮(zhèn)建筑中最常見的結(jié)構(gòu)形式，但在經(jīng)濟(jì)條件更為落后的墨江農(nóng)村地區(qū)，只有經(jīng)濟(jì)寬裕的家庭自建磚混房，大多都是近幾年才建造的.此外，農(nóng)危改工作中易地重建和震后恢復(fù)重建的民居多采用磚混結(jié)構(gòu).

2.2 典型震害現(xiàn)象

此次地震極震區(qū)烈度達(dá)到Ⅷ度，超過了當(dāng)?shù)亟ㄖ锟拐鹪O(shè)防烈度（Ⅶ度，0.10g），按云南省及墨江縣農(nóng)危改技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施了修繕加固的農(nóng)房，達(dá)到了“中震可修，大震不倒”的設(shè)防目標(biāo).地震破壞主要集中在Ⅶ度區(qū)、Ⅷ度區(qū)未經(jīng)加固的農(nóng)房，其中Ⅷ度區(qū)土木、磚木結(jié)構(gòu)農(nóng)房震害最為嚴(yán)重.為了與農(nóng)危改房進(jìn)行震害對(duì)比，主要對(duì)Ⅷ度區(qū)、Ⅶ度區(qū)土木和磚木結(jié)構(gòu)農(nóng)房震害調(diào)查資料進(jìn)行整理和分析，總結(jié)各自震害特點(diǎn)并分析震害原因.

土木結(jié)構(gòu)是極震區(qū)采用最多的結(jié)構(gòu)形式，因此震害最為嚴(yán)重，受使用年限、用材、設(shè)計(jì)水平和施工質(zhì)量的綜合影響，同一區(qū)域的震害現(xiàn)象會(huì)有差異.調(diào)查發(fā)現(xiàn)，Ⅷ度區(qū)土木結(jié)構(gòu)房屋普遍梭掉瓦，墻體開裂，個(gè)別架倒墻塌，如圖7（a）所示.部分墻體外閃或局部坍塌，如圖7（b）所示.Ⅶ度區(qū)震害以中等破壞和輕微破壞為主，表現(xiàn)為墻體局部坍塌、梭掉瓦和墻體開裂，如圖7（c）（d）所示，大部分房屋基本完好.

圖7 土木結(jié)構(gòu)農(nóng)房典型震害Fig.7 Typical seismic damage of rural raw-soil and timber structure houses

磚木結(jié)構(gòu)和生土結(jié)構(gòu)主要分布在Ⅶ度區(qū)，震害相對(duì)較輕.未經(jīng)加固的磚木結(jié)構(gòu)房屋普遍墻體開裂，梭掉瓦，如圖8 所示.調(diào)查發(fā)現(xiàn)，承重墻體破壞主要是由于墻厚小，砂漿強(qiáng)度低，地震時(shí)墻體抗剪承載力不夠，或是層高和開間過大、墻體開洞導(dǎo)致側(cè)向剛度不足.

圖8 磚木結(jié)構(gòu)農(nóng)房典型震害Fig.8 Typical seismic damage of rural brick and timber structure houses

哈尼土掌房在此次地震中表現(xiàn)出較好的抗震性能，Ⅶ度區(qū)少數(shù)墻體開裂，大部分房屋基本完好，如圖9 所示.

圖9 哈尼土掌房典型震害Fig.9 Typical seismic damage of raw-soil structure houses of Hani people

相比于以上結(jié)構(gòu)形式的民居，磚混結(jié)構(gòu)房屋大多數(shù)是脫貧工作中拆除重建的民居或政府出資建設(shè)的公共用房，經(jīng)過正規(guī)選址和設(shè)計(jì)，按圖施工，因此具有較好的抗震性能.如圖10 所示，丙蚌村（Ⅷ度區(qū)）拆除重建的二層磚混結(jié)構(gòu)房屋基本完好.

圖10 磚混結(jié)構(gòu)房屋典型震害Fig.10 Typical seismic damage of masonry-concrete structure houses

2.3 農(nóng)危改房屋震害對(duì)比分析

2009～2018 年，墨江縣結(jié)合脫貧攻堅(jiān)和抗震安居工程對(duì)37 018 戶C、D 級(jí)危房實(shí)施改造，其中拆除重建20 629 戶，修繕加固16 389 戶，各占總數(shù)的55.7%和44.3%.地震發(fā)生后，應(yīng)急排查評(píng)估專家組對(duì)災(zāi)區(qū)68 戶農(nóng)房（農(nóng)危改40 戶，未改造28 戶）進(jìn)行抽查，結(jié)果顯示：實(shí)施農(nóng)村危房改造工程的民房震損較輕，砌體承重墻、樓屋蓋完好，評(píng)估結(jié)論絕大多數(shù)為A 類，極少數(shù)為B 類，未實(shí)施農(nóng)危房改造的震損嚴(yán)重，評(píng)估結(jié)論為C 類，表明已改造房屋能經(jīng)受地震的考驗(yàn).表2 對(duì)未改造房屋與農(nóng)危改房屋震害進(jìn)行了對(duì)比.

表2 加固與未加固房屋震害對(duì)比Tab.2 Comparison of seismic damage between reinforced and unreinforced houses

房屋倒塌和破壞是地震造成人員傷亡的主要原因，此次地震未造成人員死亡，受傷人數(shù)較少，這在云南歷年同級(jí)別地震中較為少見.針對(duì)地震災(zāi)區(qū)分布最廣、數(shù)量最多的土木結(jié)構(gòu)農(nóng)房，本文將此次地震與其他三次地震在Ⅷ度區(qū)震害的統(tǒng)計(jì)情況和震害指數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如圖11 所示.

圖11 四次地震Ⅷ度區(qū)土木結(jié)構(gòu)農(nóng)房震害對(duì)比Fig.11 Comparison of seismic damage to rural raw-soil and timber structure houses in the region of Ⅷintensity of the four earthquakes

為了統(tǒng)一，土木結(jié)構(gòu)農(nóng)房不同破壞等級(jí)的震害指數(shù)按簡(jiǎn)易房屋毀壞、破壞和基本完好分別取0.65、0.29 和0，其中2007 年寧洱6.4 級(jí)地震[20]距離最近，2011 年盈江5.8 級(jí)地震[21]震級(jí)相當(dāng)，2014 年魯?shù)?.5級(jí)地震[22]傷亡最大.由圖11 可以看出，墨江地震中土木結(jié)構(gòu)農(nóng)房毀壞的比例較低，震害指數(shù)最小，說明房屋破壞明顯輕于其余地震，抗震加固效果顯著.

對(duì)既有農(nóng)房進(jìn)行抗震加固主要針對(duì)大部分C 級(jí)和少量D 級(jí)危房，結(jié)構(gòu)形式以土木結(jié)構(gòu)和磚木結(jié)構(gòu)為主，此次地震中這兩類房屋的抗震加固效果也最為明顯.墨江地區(qū)的土木結(jié)構(gòu)房屋主要以穿斗式木構(gòu)架為主要受力構(gòu)件，土坯或夯土墻為圍護(hù)結(jié)構(gòu).浮擺柱腳的減隔震以及梁柱榫卯節(jié)點(diǎn)的耗能減震使穿斗式木構(gòu)架具有良好的整體變形能力和抗倒塌能力[23]，但年久失修的房屋在自然侵蝕和人為破壞下，梁柱榫卯節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和剛度下降，榫頭脫離卯口，木構(gòu)架變松散，抗震能力降低，水平地震作用下木構(gòu)架變形，梭掉瓦和墻體開裂現(xiàn)象普遍存在，強(qiáng)震下易造成房屋局部甚至整體坍塌.同時(shí)還存在木構(gòu)架與墻體剛度差異大而變形不協(xié)調(diào)的問題，當(dāng)墻體與木構(gòu)架缺乏足夠拉結(jié)時(shí)易發(fā)生相互碰撞，加劇墻體開裂破壞.加固后一方面通過補(bǔ)強(qiáng)木構(gòu)件和木節(jié)點(diǎn)使穿斗式木構(gòu)架從松散可變體系變?yōu)楹哪軠p震的幾何不變體系，抗側(cè)能力提高；另一方面通過增設(shè)有效支撐、修復(fù)墻體、增強(qiáng)構(gòu)件連接提高房屋整體抗震性能，減少地震破壞.磚木結(jié)構(gòu)的砌體墻既要承擔(dān)所有上部荷載，又要作為抗震墻抵抗水平地震作用，部分房屋砌體墻塊材使用不當(dāng)、墻厚度薄、砂漿強(qiáng)度低，導(dǎo)致墻體抗剪承載力不夠，或是層高開間過大、墻體開洞導(dǎo)致側(cè)向剛度不足，地震時(shí)墻體開裂非常普遍.當(dāng)墻體平面布局不合理，未設(shè)置圈梁，屋蓋體系不完整，縱橫墻連接或樓屋蓋與墻體連接不牢時(shí)極易造成坍塌.加固后一方面通過增設(shè)、拆除重砌、修補(bǔ)或加固砌體墻，提高抗震墻的強(qiáng)度、承載能力和抗變形性能，減少墻體開裂破壞和變形；另一方面通過增設(shè)圈梁、托梁、扶壁柱和各類支撐件，增強(qiáng)構(gòu)件連接，加固易倒塌部位，完善房屋抗側(cè)力體系，提高房屋整體抗震性能，減輕震害.

震害調(diào)查表明，按云南省及墨江縣農(nóng)危改技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)修繕加固的農(nóng)房，在Ⅶ度區(qū)能做到基本完好，在Ⅷ度區(qū)能做到局部可修或不倒塌；拆除重建的農(nóng)房在Ⅷ度區(qū)能做到完好或基本完好；未加固農(nóng)房在Ⅶ度區(qū)表現(xiàn)為中等破壞，在Ⅷ度區(qū)表現(xiàn)為嚴(yán)重破壞或倒塌.實(shí)踐證明，農(nóng)村危房改造不僅是民心工程，更是群眾生命財(cái)產(chǎn)的守護(hù)工程，是群眾的“保命房”.

3 結(jié)論與建議

在掌握墨江5.9 級(jí)地震地震動(dòng)特征的基礎(chǔ)上，對(duì)農(nóng)房震害進(jìn)行了調(diào)查，重點(diǎn)分析農(nóng)村危房改造對(duì)提高農(nóng)房抗震防災(zāi)能力的實(shí)際效果，得出以下結(jié)論和建議：

1）加強(qiáng)地震動(dòng)觀測(cè).利用地震多發(fā)的地理優(yōu)勢(shì)豐富西南地區(qū)地震觀測(cè)數(shù)據(jù)資料，為地震危險(xiǎn)性分析和工程抗震設(shè)防輸入提供依據(jù).近年來云南省通過加強(qiáng)地面地震觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)在歷次地震中捕捉到了一些非常有意義的地震記錄，如2014 年8 月3 日魯?shù)?.5 級(jí)地震，PGA 高達(dá)948 gal；2018 年8 月13日通海5.0 級(jí)地震，PGA 達(dá)到460.5 gal.相比之下，對(duì)建構(gòu)筑物的強(qiáng)震觀測(cè)還很少.

2）加大農(nóng)房抗震加固改造.震后應(yīng)急排查評(píng)估和震害調(diào)查結(jié)果顯示，實(shí)施農(nóng)村危房改造工程的民房震損較輕，在Ⅶ度區(qū)能做到基本完好，在Ⅷ度區(qū)能做到局部可修或不倒塌，有效保障了人民生命財(cái)產(chǎn)安全，是此次地震損失較輕的重要原因.農(nóng)村危房抗震加固改造工作是全面提升既有農(nóng)房抗震防災(zāi)能力的有效途徑.

3）推廣新材料新技術(shù)應(yīng)用.許多新技術(shù)新材料已經(jīng)在城市建筑中取得成功運(yùn)用，但在村鎮(zhèn)建筑方面，因?yàn)槿鄙偌夹g(shù)標(biāo)準(zhǔn)的支撐且造價(jià)偏高，在缺乏實(shí)際地震檢驗(yàn)的情況下，新技術(shù)新材料的運(yùn)用推廣嚴(yán)重滯后.建議積極引導(dǎo)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定，解決推廣缺乏依據(jù)的難題.政策上對(duì)新技術(shù)新材料應(yīng)用提供一定時(shí)期指導(dǎo)性補(bǔ)貼，解決造價(jià)偏高的問題.積極開展相關(guān)研究和試點(diǎn)應(yīng)用，為實(shí)際工程應(yīng)用提供經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支撐.

4）重視震害調(diào)查.由于對(duì)地震的產(chǎn)生、傳播與其對(duì)建筑物的影響涉及諸多不確定性，加之地震模擬及實(shí)驗(yàn)條件、數(shù)值模擬及仿真條件、理論分析及計(jì)算方法的局限性，應(yīng)更加注重地震災(zāi)害調(diào)查研究，將地震震害作為抗震規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn).

調(diào)研過程中得到了云南省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳、普洱市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局的支持和配合，感謝墨江哈尼族自治縣人民政府提供農(nóng)危改工作開展情況數(shù)據(jù)、地震農(nóng)房受損數(shù)據(jù)、震后農(nóng)房排查評(píng)估數(shù)據(jù)以及震害對(duì)比圖片資料，感謝云南省地震局云南臺(tái)提供地震動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，在此深表感謝！