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摘要：调研了西北地区生土墙承重房屋的类型及建造习惯,分析了生土结构的特点和优缺点。描述了土坯墙承重和夯土墙承重房屋的震害情况。研究了在静力荷载和地震荷载作用下生土结构房屋的破坏特点和破坏原因。指出了传统建造习惯中平面布局,地基处理,基础材料选用,墙体材料选用和墙体施工方法等方面存在的问题。提出了一些措施,可以在不增加造价或略增加造价的情况下,较大的改善生土结构的抗震性能。
关键词：生土结构;震害;村镇建筑;夯土墙;土坯墙
Abstract: the research of northwest were born bearing the kind of the building wall and build habit, analyzes the advantages and disadvantages of the characteristic of structure generates. Describes the TuPiQiang bearing and wall of the house rammer earth bearing the earthquake disasters. Research in the static load and under seismic load generates the destruction of the building characteristics and structural causes of damage. Points out that the traditional build custom layout, foundation treatment, base material selection, wall material selection and wall construction method of the existing problems. Put forward some measures, and may also without any increase in cost or slightly increase the cost of the cases, greatly improved the structure of generates seismic performance.
Keywords: generates structure; Earthquake damage; Town construction; Rammer earth walls; TuPiQiang
中圖分类号：TU352.1+1文献标识码：A 文章编号：
1、生土墙承重房屋的建造习惯和结构特点
1.1 生土建筑的优点
生土建筑利用地方材料建造,造价低廉,技术简单,冬暖夏凉。而且原土不需烧制,不污染环境,这是生土建筑具有较强生命力的主要原因。另外,房屋拆除后建筑垃圾可作为肥料回归土地,这种可持续发展的生态优势是其他任何材料无法取代的。
1.2 生土墙承重房屋的建筑形式
生土墙体承重房屋一般呈硬山搁檩型,全部墙体用土坯或夯土建成。夯土墙墙厚从400-800mm不等,内墙也可做300mm,墙顶上搁檩建顶。大多为双坡屋顶,也有单坡形式,房屋后墙比前墙高出1.5-2m,前墙留有门窗。双面坡的房屋前后墙均可开门窗。土坯墙一般前后墙顶顺墙长方向架 ,檩上铺椽建顶。土坯墙体采用泥浆砌筑,土坯 尺寸根据地区不同而有差异。
1.3 生土墙承重房屋的结构特点
生土墙房屋以墙体为承重体系。夯土墙墙体房屋屋盖系统的檩条或大量直接搁置在墙上,集中荷载直接作用于墙。土坯墙墙体由生土块材砌筑,由于黏结泥浆强度低且在土坯缝中不饱满,墙体承受集荷载的能力很弱,有时在墙顶设通长木梁(一般为圆木),檩条或屋架梁搁置在墙顶木梁上,将集中荷载分布在一定范围。[1][2]
生土结构房屋的屋盖全部荷载通过檩条或屋架(梁)传给承重的生土墙体,由于生土墙材料强度低,墙体一般较厚。夯土墙房屋的空间刚度和整体性略差。墙体上开设的门窗洞口,对墙体有局部削弱,洞口间墙体过窄和洞口上部墙体高度过度小时,对房屋性能影响较大。墙体荷载传给墙下条形基础,再由基础穿给地基。生土结构房屋的基础,在静力荷载作用下,一般性能良好。但在地震荷载作用下,易裂开产生通缝,滑动,失稳。严重时造成基础失效。村镇生土房屋的地基,通常开挖至基底后,对天然地基稍加夯实,有的不夯实而直接砌筑基础。若地基不均匀,软弱,则对上部结构性有不利影响。
2、生土墙承重房屋震害分析
2.1 震害调查
20世纪70年代以前发生于陕,甘,宁,青,新五省(区)21次强烈地震的震害调查资料表明:生土墙承重房屋在Ⅸ度及Ⅸ度以上地区几乎全部倒塌,在Ⅷ度及Ⅷ度以下地区,破坏和倒塌率随烈度提高而上升。
2.2 破坏特点及破坏原因
生土墙承重的房屋在静力荷载作用下的性能与房屋地基条件,墙体材料和施工方法关系较大。一般情况下。夯土墙承重房屋抗震性能优于土坯墙承重房屋,但不论那种形式的生土墙承重房屋,延性差是其显著弱点。
1) 地基基础破坏。生土墙房屋几乎都没有经过正规设计,基础深度宽度较小,地基未经很好处理,石料,黏土砖常采用泥浆砌筑。若房屋建造在软弱地基。砂土液化地基及土质不均匀地段,可能引起房屋的整体破坏。在静力作用下,反映为墙体开裂,甚至倾斜。在地震荷载作用下会导致房屋的严重变形或倒塌。
2) 结构体系不规则引起的破坏。尤其是单面坡房屋,后墙比前墙高1.5～2m,地震时前后墙的惯性力相差悬殊,易发生墙体严重开裂和前后墙变形差异引起的屋盖系统塌落或房屋的倒塌。
3) 在剪切力的作用下,很容易发生墙体裂开,墙体外倾的现象,这是此类房屋的主要震害之一。震害表明,在Ⅵ度既有少量倒塌,大部分为转角Ⅴ形局部塌落及墙体的斜裂缝,竖向裂缝,纵横墙交界处通裂缝等。
4) 墙体受压承载力不足引起的破坏。屋盖系统的檩条或大梁直接搁置在夯土墙上，墙体承受着屋盖系统的全部重量，在檩条或大梁与墙体的接触处荷载集中，由于墙体受压能力或局部承压能力不足，承重墙体往往使用阶段就产生竖向裂缝，对房屋的抗震性能不利。在地震作用下，由于地震力引起的梁檩与墙体搭接触的冲撞，造成梁檩拨出，山墙倒塌，甚至落架等震害。
3、改善生土结构受力性能的措施
3.1 平面布局
为了减小房屋的地震作用，建筑平面布置和立面处理应力求简单，规整。房屋高度不宜过高，开间不宜过大。最好每开间都设横墙，以减小纵墙的跨度。门窗不宜开得过大，以免因窗间墙过窄在地震时破坏。纵横墙布置要均匀对称，保证房屋高度均匀。避免砌筑一些附属物，如门脸，女儿墙等，防止地震时塌落伤人。烟囱不应削弱墙体强度。烟道可放置在土墙内侧或外侧的墙垛里，并应采取一定连接措施。
房屋以两面坡为宜。单面坡房屋由于屋顶重心不稳，在地震作用下容易向下滑动，与墙体脱开。而后墙高而稳定性差，在地震作用下也容易遭受破坏。
3.2 地基基础
地基应开槽分层回填夯实，深度根据土质确定，土质好的地方浅一些，土质差的地方深一些，通常500～1000㎜为宜。宽度以每边宽出基础150～200㎜。土质好的地区用原土分层回填夯实即可，土质差或湿陷严重的地区应采用2:8或3:7灰土分层回填夯实。
基础应砌至室外地坪以上300㎜左右，以防止墙体底部受雨水侵蚀。材料可以用砖，毛石，片石和砾石。用石灰砂浆砌筑，施工中应注意错缝咬槎。也可用灰石基础。若能用几何尺寸较规则的料石做基础，将大大增强墙体的抗震性能。
3.3承重墙体
1）土坯平砌承压不足易出现通缝，立砌抗折刚度较大但稳定性差，且整体性较差，在地震烈度Ⅶ度以上的地区应优先选用夯土墙的形式。
2）土坯墙因错缝搭接砌筑，土坯尺寸应大体一致，并应掺入碎草等拉接材料，砌筑的泥浆性要好，砌缝的泥浆应饱满，最好用草泥浆以增强砌体的抗震能力。试验表明，土坯中按重量比掺入0。5%的草。土坯的抗弯和抗剪强度可增加50-100%。
3）夯土墙应应分层错缝夯筑，拆摸后应在墙体端部铲成斜面，以使两板结合紧密，如果相隔时间较长，再次夯筑时再铲斜面并应浇水后夯筑。上下两层必须浇水后夯筑，且在按缝处可竖向加竹片，木条等拉结材料，以增加层间拉结。在纵横墙交接处如沿高度每500㎜左右设一层如荆条，苇秆，竹片。木条等拉结材料，墙体整体性会有较大提高。外墙拐角处纵横墙分板夯筑时，应每板加入拉结材料，拉结材料应铺至墙体尽端。门窗洞口两侧沿墙体高度方向水平加入竹片，树枝等拉结材料，以改善局部抗震性能。拉结材料使用前应先在水中充分浸泡，以加强和墙体的粘结。
4）夯土墙的土料中加入一定量的砂，碎石，可明显提高墙体承载力。由于夯土墙墙体较厚，条件许可的地区可采用小型电夯，以提高墙体的夯筑质量，减轻施工人员劳动强度，加快施工进度。墙体边角区须用斜面行锤夯实，以保证墙体质量。[3]
4、结语
1）生土结构房屋由于墙体承载能力低，自重大，延性差等特点，决定了夯土墙承重房屋的抗震性能较差。但由于其易于就地取材，建造方便，綠色环保，可持续发展和经济实用的特点，在我国广大农村，尤其是在经济尚不发达地区仍然是居民的一种主要形式。指出生土结构房屋建造中的一些问题，给出有效的提高抗震性的措施，对村镇建筑减灾防灾具有现实意义。
2）调查表明，生土墙房屋的传统做法有其合理方面，同时也有需要改进的地方，实践表明，通过对此类房屋的震害特点及破坏机理进行分析，提出改善此类房屋抗震性能的技术措施并加以应用，生土墙承重房屋的抗震性能可以得到明显的改善。在非抗震区和低烈度区使用和发展具有一定的前景和实用性。
参考文献：
[1] 尚建丽，杨晓东，李占印.双掺改性聚合物砂浆性能的试验研究.新型建筑材料，2002. 12
[2] 施维林.传统民居与未来居住建筑取向.新建筑，2002.No.2: 5-6
[3] 公路土工试验规程 .JTJO51-93
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：生土结构;震害;村镇建筑;夯土墙;土坯墙
Abstract: the research of northwest were born bearing the kind of the building wall and build habit, analyzes the advantages and disadvantages of the characteristic of structure generates. Describes the TuPiQiang bearing and wall of the house rammer earth bearing the earthquake disasters. Research in the static load and under seismic load generates the destruction of the building characteristics and structural causes of damage. Points out that the traditional build custom layout, foundation treatment, base material selection, wall material selection and wall construction method of the existing problems. Put forward some measures, and may also without any increase in cost or slightly increase the cost of the cases, greatly improved the structure of generates seismic performance.
Keywords: generates structure; Earthquake damage; Town construction; Rammer earth walls; TuPiQiang
中圖分类号：TU352.1+1文献标识码：A 文章编号：
1、生土墙承重房屋的建造习惯和结构特点
1.1 生土建筑的优点
生土建筑利用地方材料建造,造价低廉,技术简单,冬暖夏凉。而且原土不需烧制,不污染环境,这是生土建筑具有较强生命力的主要原因。另外,房屋拆除后建筑垃圾可作为肥料回归土地,这种可持续发展的生态优势是其他任何材料无法取代的。
1.2 生土墙承重房屋的建筑形式
生土墙体承重房屋一般呈硬山搁檩型,全部墙体用土坯或夯土建成。夯土墙墙厚从400-800mm不等,内墙也可做300mm,墙顶上搁檩建顶。大多为双坡屋顶,也有单坡形式,房屋后墙比前墙高出1.5-2m,前墙留有门窗。双面坡的房屋前后墙均可开门窗。土坯墙一般前后墙顶顺墙长方向架 ,檩上铺椽建顶。土坯墙体采用泥浆砌筑,土坯 尺寸根据地区不同而有差异。
1.3 生土墙承重房屋的结构特点
生土墙房屋以墙体为承重体系。夯土墙墙体房屋屋盖系统的檩条或大量直接搁置在墙上,集中荷载直接作用于墙。土坯墙墙体由生土块材砌筑,由于黏结泥浆强度低且在土坯缝中不饱满,墙体承受集荷载的能力很弱,有时在墙顶设通长木梁(一般为圆木),檩条或屋架梁搁置在墙顶木梁上,将集中荷载分布在一定范围。[1][2]
生土结构房屋的屋盖全部荷载通过檩条或屋架(梁)传给承重的生土墙体,由于生土墙材料强度低,墙体一般较厚。夯土墙房屋的空间刚度和整体性略差。墙体上开设的门窗洞口,对墙体有局部削弱,洞口间墙体过窄和洞口上部墙体高度过度小时,对房屋性能影响较大。墙体荷载传给墙下条形基础,再由基础穿给地基。生土结构房屋的基础,在静力荷载作用下,一般性能良好。但在地震荷载作用下,易裂开产生通缝,滑动,失稳。严重时造成基础失效。村镇生土房屋的地基,通常开挖至基底后,对天然地基稍加夯实,有的不夯实而直接砌筑基础。若地基不均匀,软弱,则对上部结构性有不利影响。
2、生土墙承重房屋震害分析
2.1 震害调查
20世纪70年代以前发生于陕,甘,宁,青,新五省(区)21次强烈地震的震害调查资料表明:生土墙承重房屋在Ⅸ度及Ⅸ度以上地区几乎全部倒塌,在Ⅷ度及Ⅷ度以下地区,破坏和倒塌率随烈度提高而上升。
2.2 破坏特点及破坏原因
生土墙承重的房屋在静力荷载作用下的性能与房屋地基条件,墙体材料和施工方法关系较大。一般情况下。夯土墙承重房屋抗震性能优于土坯墙承重房屋,但不论那种形式的生土墙承重房屋,延性差是其显著弱点。
1) 地基基础破坏。生土墙房屋几乎都没有经过正规设计,基础深度宽度较小,地基未经很好处理,石料,黏土砖常采用泥浆砌筑。若房屋建造在软弱地基。砂土液化地基及土质不均匀地段,可能引起房屋的整体破坏。在静力作用下,反映为墙体开裂,甚至倾斜。在地震荷载作用下会导致房屋的严重变形或倒塌。
2) 结构体系不规则引起的破坏。尤其是单面坡房屋,后墙比前墙高1.5～2m,地震时前后墙的惯性力相差悬殊,易发生墙体严重开裂和前后墙变形差异引起的屋盖系统塌落或房屋的倒塌。
3) 在剪切力的作用下,很容易发生墙体裂开,墙体外倾的现象,这是此类房屋的主要震害之一。震害表明,在Ⅵ度既有少量倒塌,大部分为转角Ⅴ形局部塌落及墙体的斜裂缝,竖向裂缝,纵横墙交界处通裂缝等。
4) 墙体受压承载力不足引起的破坏。屋盖系统的檩条或大梁直接搁置在夯土墙上，墙体承受着屋盖系统的全部重量，在檩条或大梁与墙体的接触处荷载集中，由于墙体受压能力或局部承压能力不足，承重墙体往往使用阶段就产生竖向裂缝，对房屋的抗震性能不利。在地震作用下，由于地震力引起的梁檩与墙体搭接触的冲撞，造成梁檩拨出，山墙倒塌，甚至落架等震害。
3、改善生土结构受力性能的措施
3.1 平面布局
为了减小房屋的地震作用，建筑平面布置和立面处理应力求简单，规整。房屋高度不宜过高，开间不宜过大。最好每开间都设横墙，以减小纵墙的跨度。门窗不宜开得过大，以免因窗间墙过窄在地震时破坏。纵横墙布置要均匀对称，保证房屋高度均匀。避免砌筑一些附属物，如门脸，女儿墙等，防止地震时塌落伤人。烟囱不应削弱墙体强度。烟道可放置在土墙内侧或外侧的墙垛里，并应采取一定连接措施。
房屋以两面坡为宜。单面坡房屋由于屋顶重心不稳，在地震作用下容易向下滑动，与墙体脱开。而后墙高而稳定性差，在地震作用下也容易遭受破坏。
3.2 地基基础
地基应开槽分层回填夯实，深度根据土质确定，土质好的地方浅一些，土质差的地方深一些，通常500～1000㎜为宜。宽度以每边宽出基础150～200㎜。土质好的地区用原土分层回填夯实即可，土质差或湿陷严重的地区应采用2:8或3:7灰土分层回填夯实。
基础应砌至室外地坪以上300㎜左右，以防止墙体底部受雨水侵蚀。材料可以用砖，毛石，片石和砾石。用石灰砂浆砌筑，施工中应注意错缝咬槎。也可用灰石基础。若能用几何尺寸较规则的料石做基础，将大大增强墙体的抗震性能。
3.3承重墙体
1）土坯平砌承压不足易出现通缝，立砌抗折刚度较大但稳定性差，且整体性较差，在地震烈度Ⅶ度以上的地区应优先选用夯土墙的形式。
2）土坯墙因错缝搭接砌筑，土坯尺寸应大体一致，并应掺入碎草等拉接材料，砌筑的泥浆性要好，砌缝的泥浆应饱满，最好用草泥浆以增强砌体的抗震能力。试验表明，土坯中按重量比掺入0。5%的草。土坯的抗弯和抗剪强度可增加50-100%。
3）夯土墙应应分层错缝夯筑，拆摸后应在墙体端部铲成斜面，以使两板结合紧密，如果相隔时间较长，再次夯筑时再铲斜面并应浇水后夯筑。上下两层必须浇水后夯筑，且在按缝处可竖向加竹片，木条等拉结材料，以增加层间拉结。在纵横墙交接处如沿高度每500㎜左右设一层如荆条，苇秆，竹片。木条等拉结材料，墙体整体性会有较大提高。外墙拐角处纵横墙分板夯筑时，应每板加入拉结材料，拉结材料应铺至墙体尽端。门窗洞口两侧沿墙体高度方向水平加入竹片，树枝等拉结材料，以改善局部抗震性能。拉结材料使用前应先在水中充分浸泡，以加强和墙体的粘结。
4）夯土墙的土料中加入一定量的砂，碎石，可明显提高墙体承载力。由于夯土墙墙体较厚，条件许可的地区可采用小型电夯，以提高墙体的夯筑质量，减轻施工人员劳动强度，加快施工进度。墙体边角区须用斜面行锤夯实，以保证墙体质量。[3]
4、结语
1）生土结构房屋由于墙体承载能力低，自重大，延性差等特点，决定了夯土墙承重房屋的抗震性能较差。但由于其易于就地取材，建造方便，綠色环保，可持续发展和经济实用的特点，在我国广大农村，尤其是在经济尚不发达地区仍然是居民的一种主要形式。指出生土结构房屋建造中的一些问题，给出有效的提高抗震性的措施，对村镇建筑减灾防灾具有现实意义。
2）调查表明，生土墙房屋的传统做法有其合理方面，同时也有需要改进的地方，实践表明，通过对此类房屋的震害特点及破坏机理进行分析，提出改善此类房屋抗震性能的技术措施并加以应用，生土墙承重房屋的抗震性能可以得到明显的改善。在非抗震区和低烈度区使用和发展具有一定的前景和实用性。
参考文献：
[1] 尚建丽，杨晓东，李占印.双掺改性聚合物砂浆性能的试验研究.新型建筑材料，2002. 12
[2] 施维林.传统民居与未来居住建筑取向.新建筑，2002.No.2: 5-6
[3] 公路土工试验规程 .JTJO51-93
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。