云南农村民居梭瓦震害现象研究

【摘要】梭瓦、坠瓦是云南农村房屋在地震中最常见的震害现象，常常导致人民的财产和生命损失。本文分析了云南农村房屋梭瓦的原因，并从原因入手，结合传统建造工艺和现代加固技术，提出了减少农村民居梭瓦的有效措施。

【关键词】农村民居；抗震；梭瓦

1.引言

云南地区处于印度板块与欧亚板块中国大陆碰撞带的东缘，构造运动剧烈，地震频率高、分布广、强度大、灾损重。据统计：1992年-2007年15年间云南省发生56次5.0级以上地震，有53次地震的震中位于农村地区，即95%的地震分布在农村地区，且绝大多数地震的宏观震中分布在山区农村。因此，对我国目前70%以上人口生活的农村地区来说，重视防灾减灾问题已到了刻不容缓的地步。

云南农村民居大多采用生土墙木结构、砖砌体木结构，屋顶为瓦覆盖，俗称“瓦房”。其抗震性能差，在强震下破坏严重，梭瓦、掉瓦是最明显的破坏形式。一旦梭瓦，房屋就得重修之后才能使用，严重时常导致瓦片坠落，伤害生命，因此如果能采取有效的措施控制农村瓦房在地震中的梭瓦问题，将会大大减少人民的财产和生命损失，其意义是非常重大的。

2.云南农村民居类型

云南民居按结构类型的不同主要有以下四大类型：

（1）木结构。木结构在我国已有几千年的历史，由于造价低，云南农村绝大多数的房屋均是木结构。按竖向承重体系不同木结构又分为两种：第一种是墙抬梁式，以砖墙或生土墙（土坯墙或夯土墙）承重，硬山搁檩式屋盖，这种房屋使用木料较少，比较适合于距离林区较远，木料缺乏的地区。第二种采用穿斗式木构架承重，屋盖置于木构架上，砖墙或生土墙只起到围护、隔断的作用。

（2）砖混结构。主要建于乡镇街道、村委会、学校周边等经济较和交通较发达地区。

（3）框架结构。由于造价高，农村很少采用框架结构。

（4）底框结构。相对发达的乡、镇街道的商铺由于使用要求会采用此种结构。

3.农村民居屋盖梭瓦震害原因分析

云南农村木结构房屋的屋盖由屋架、檩条、椽子和筒瓦板瓦构成。檩条木置于硬山墙和屋架或穿斗式木架上；再用铁钉将椽子钉在檩条上，椽子的间距正好是瓦沟的间距；最后将筒瓦和板瓦按一定方式铺在椽子上，两瓦搭接处用石灰砂浆调扣。地震时引起梭瓦的主要原因包括以下三点：

3.1墙体破坏引起屋盖梭瓦

农村房屋墙体一般为就地取材的粘性土垒起而成的生土墙或砖砌体墙，少部分也采用石砌墙或粘土砖墙。一方面墙体抗拉强度和抗剪强度低，自重大，稳定性差，墙体与木构架间缺少可靠拉结，容易倒塌；另一方面墙体使用的砖、砂浆等材料劣质，施工质量不合格、缺乏专业设计等因素造成农村房屋墙体抗震性能特别差。一旦发生地震墙体就很容易发生开裂、坍塌、外闪、倾斜等震害现象。对于墙抬梁式结构，一方面墙体发生破坏，屋盖失去了可靠的支承，从而引起倾斜或坍塌，瓦片梭动或坠落；另一方面由于檩条与硬山墙体地震运动的惯性力和相位差，极易引起檩条与墙体搭接处的冲撞、冲砸作用，从而引起屋架断裂，瓦片被抖落。对于穿斗式木构架，维护墙体倒塌时可能将木构架冲倒或者引起震动，从而导致屋顶瓦片坠落或梭动。

3.2木构架破坏引起屋盖梭瓦

木构架是穿斗式房屋的主要承重体系，一旦发生破坏，房屋将倾斜，引起瓦片梭动和坠落。木构架破坏的主要原因包括：（1）脱榫或榫头折断。木构架多采用榫卯连接，在地震力作用下变形可容度大，能起到消耗能量的作用，但地震时房屋上下颠簸，前后左右摇摆，节点承受拉伸、压缩、剪切和扭转的作用，很容易产生脱榫、榫头折断。（2）木构架整体倾斜或个别木构件劈裂。由于缺乏专业设计，在强震作用下，房屋刚度或底端约束不够而产生过大位移，引起木构架倾斜或个别木构件的抗力被超越而产生劈裂。

3.3屋盖系统破坏引起屋盖梭瓦

屋盖系统由屋架、檩条、椽子和瓦组成。屋盖系统的破坏主要有以下几方面：

3.3.1“墙抬梁”式结构屋架破坏。（1）屋架和檩条直接搁在生土墙上，由于粘土与木材的力学性质差别很大，因此屋架与生土墙在接点处弯矩无法传递，屋架是简支体系，加之屋盖自身重量较重，因此在地震作用下，屋架跨中弯矩过大超过了木材的抗弯能力，从而引起屋架破坏、屋盖坍塌。（2）屋架、檩条与生土墙间靠摩擦力来阻止滑动，而光滑的屋架梁和檩条与墙体间摩擦力较小且缺少可靠的固定装置，所以在水平地震作用下，屋盖容易发生倾斜或从墙体滑落。（3）由于屋顶漏雨或虫蛀造成屋架、檩条和椽子腐朽、削弱了屋架的强度，地震作用下很容易被震坏。

3.3.2穿斗式木构架结构屋架破坏。（1）穿斗式木构架的侧向刚度较小，在地震作用下容易出现摆动，屋盖四角的瓦片容易被震落或者椽子被震坏。（2）穿斗式木构架是一种轻型构架，但屋顶采用瓦屋面，重量较重，头重脚轻对抗震不利，木构架摆动易引起屋架破坏。（3）漏雨或虫蛀腐蚀木材，削弱了屋架强度而不能抵抗地震作用。

3.3.3屋盖材料间的差异性引起梭瓦破坏。

农村瓦房屋盖是由散状的瓦片靠石灰砂浆连在一起搁置在椽子及檩条形成的“木格栅”上，其整体性和抗震能力都很差。一方面地震时，椽子和檩条形成的“木格栅”具有木材良好的弹性而能抵抗地震作用，而瓦片的连结材料石灰砂浆为脆性材料，很容易被震坏；另一方面两种不同性质的材料由于惯性和相位差不同，很难协同工作，地震时檩条和椽子被来回晃动就会引起砂浆开裂，瓦片断开，产生梭瓦破坏。

3.3.4屋盖材料间的拉结力较小引起梭瓦破坏。（1）农村建房时瓦片用石灰砂浆加入草筋（稻草、芦苇或松叶等用刀扎成2～3cm长）粘结，整体性差，地震作用下，石灰砂浆由于不能抵抗太大的拉力和剪力，所以容易开裂，瓦片断开。（2）为了美观和排水，传统民居中椽子较光滑，瓦片薄而光滑，因而椽子与瓦片间摩擦力较小，且屋面坡度较大，地震时瓦片一旦松动就较容易滑落。（3）部分村民因为受经济条件的制约，在屋顶施工时往往不使用砂浆，而只将瓦片直接铺在椽子上，这种房屋的瓦片在大风作用下都会梭瓦更不用说能抵抗地震作用了。

4.农村民居梭瓦的控制措施

4.1提高房屋整体抗震能力以控制梭瓦

4.1.1遵循农村建筑抗震设计的一般原则提高房屋抗震能力。

（1）房屋选址要安全。最好选择地势平坦、开阔、土层密实、均匀稳定的有利地段、不宜在软弱土层、可液化砂层、河岸、古河道、陡坡、松软场地建房；不应在可能发生滑坡、塌崩、地裂、泥石流及有活动断层的危险地段建房；尽量避开条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石和强风化岩石陡坡、河岸和边坡边缘。

（2）确保基础质量。农村建房的基础一般为浆砌毛石，为了提高房屋的抗震能力，应确保基础的质量：首先挖基槽时应挖至坚硬土层；其次应保证基槽底平整、无杂物；最后砌筑毛石基础时选择坚硬石材、密实、横平竖。

（3）优先选用穿斗式木结构，尽量不采用“墙抬梁”式结构，布置宜规则、对称。穿斗式木结构结构功能明确，与混凝土框架结构类似，木柱、木梁构成框架承重体系。木材自重轻韧性强，具有较好的弹性，对冲击荷载有较强的抵抗力，榫卯连接有耗能作用，所以具有良好的抗震性能和整体性。

（4）控制好材料和施工质量。严把材料和施工质量关才能有效提高房屋的抗震能力，否则一切都是徒劳。

4.1.2建房时严格遵照《云南省农村民居地震安全工程技术导则（实行）》的做法以提高农村房屋的抗震能力。

4.2提高屋盖的抗震能力以控制梭瓦

4.2.1提高屋架的抗震能力

云南农村房屋的屋架主要是三角形屋架，由上弦（又称人字木）、下弦（又称大柁）和竖杆（又称拉杆），有的设有斜杆等杆件组成。一般屋架的上弦承受压力，下弦承受拉力，斜杆承受压力，竖杆承受拉力。提高屋架的抗震能力主要通过以下几个方面：（1）加强屋架连接点的强度。做好上下弦与拉杆间的榫头和卯口，并采用扒钉或扁钢加螺栓对屋架节点进行加强处理。（2）加强屋架与竖向构件的连接。屋架、檩条搁置在墙体上的长度不能太短，且在其下设木垫板并用扒钉或扁钢加螺栓将屋架固定在墙上。屋架搁置在穿斗式构架上时按照（1）的做法加强屋架与柱间连接点的强度。（3）屋架的材料应选取好的木材，粗细恰当，且做好防虫蛀和防水措施。

4.2.2提高屋盖的抗震能力

屋盖的抗震能力的大小主要是由瓦片间的粘结材料石灰砂浆决定的。提高屋盖的抗震能力可以：（1）提高石灰砂浆的质量。首先，瓦片施工时一定要使用石灰砂浆，不能为了省钱将瓦片直接搁在椽子上；其次购买正规厂家出厂的合格石灰、且最好不要存储太久；最后石灰砂浆中一定要放入一定量的草筋，其能大大提高石灰砂浆的抗拉、抗剪性能。（2）椽子钉好后，最好能用石灰砂浆刷毛一道，这样能增加瓦片与椽子间的摩擦力，以减少地震中瓦片迅速滑落。（3）房屋坡度不能太大。（4）椽子和檩条的粗细要适中，瓦片选用质量轻、厚度薄、光滑的瓦片，以减轻屋盖重量。

5.结语

“瓦房”遍及云南农村的广大农村地区，由于材料的特殊性及施工质量问题，该种房屋的抗震性能差，在地震中倒塌严重，但由于它具有防水、美观、就地取材、经济等方面的优点，且就目前云南农村经济条件，该种结构的房屋还将在很长一段时间内被广泛应用。所以发掘云南农村传统瓦房的建造经验，通过科学设计与合理技术对其进行改良，全面提升房屋的抗震安全性能，是当前解决云南贫困地区农村住房问题行之有道的方法和策略。