汶川地震后羌寨建筑的抗震能力调研与分析

2011-04-19吕秋晨孙裕顺

四川建筑 2011年2期

刘希，吕秋晨，孙裕顺，张磊

(重庆大学土木工程学院，重庆 400045)

羌族，作为我国古老的民族之一，长期生活在高山峡谷，被誉为“云朵上的民族”。羌族人主要聚居于四川盆地西北沿岷江上游和涪江上游地区，位于地震多发带，其建筑经受过多次地震考验。在与地震长年的搏斗中，在当地建设物资种类贫乏的情况下，羌族人民凭借其智慧积累了丰富的技术和经验，其珍贵的古建筑与建造技术需要社会各界给予重视和保护。因此，项目组在大学生科研计划项目“学校建筑抗震结构调查与分析”的研究中，增选了对羌寨在“5·12”地震中的破坏情况和重建工程的实地调研，学习古建筑建造技术，总结古建筑和民居建筑的抗震技术和能力，对我国乡村建筑抗震设计的发展具有重要参考价值。

图1 布瓦寨地势图

1 羌族建筑

1.1 羌族建筑历史

羌区属于四川盆地外围山体向西部高山高原过渡的地带，地势由中山向高山和高原过渡，地形呈蜿蜒起伏的立体单元【1】。笔者此行调研地——布瓦寨，位于岷江和杂谷脑河交汇处北侧的布瓦山上，选址于高半山缓坡之地(图1)。

图2 历史悠久的羌族建筑

羌族建筑历史悠久，据文献记载，已有两千多年历史。《后汉书》中曾有此记载:“众皆依山居止，垒石为室，高者至十余丈，为邛笼”［2］。此行调研选择了布瓦寨黄泥夯筑羌族民居和黄泥碉，均于明代修建，为全国重点文物保护单位(图2)。

1.2 羌族建筑结构及材料

经过对布瓦寨实地调研，民居建筑外形简单，大多为矩形，具有较好的整体性。建筑结构多为土木、土石结构，以木材为框架，以毛石砌成基底，之上采用黄泥夯筑(图3)。民居内部以木材作为梁、柱等内部构件(图4)，可提高其抗震韧性。此外，民居中使用圆木，将其砌在墙中形成木经［1］，可增加墙体的刚度(图3b)。

图3 布瓦寨民居外观

建筑材料方面，羌族人很好地利用了所处地域有限的自然资源，主要包括石材、泥土、木材等。墙体主要采用当地石材，一种外形不规则硬度较高的石片。用于砌石料时的粘和剂则是本地的黄泥，同时掺入一定的纤维材料，使之具有良好的粘结度和和易性，有助于增强建筑整体的抗拉能力。

1.3 羌族民居抗震特色

1.3.1 生土加木石结构:

图4 布瓦寨民居内部梁柱构造

图5 布瓦寨黄泥碉复原图

经调研观察，羌寨房屋以木材作为框架。木框架具有良好的韧性与缓冲能力，能在地震中吸收一定的地震能量。另一方面，就多数羌寨房屋而言，墙体采用片石和块石，并选用粘性好的纯净黄土为粘合剂夯筑而成。同时，在墙体内尤其是转角部位加入片石以及植物纤维，达到增强墙体整体性，提高墙体抗震能力的效果。此外，图3c所示民居和图5所示碉房建筑的内部铺设于两侧墙体端墙的楼层和房顶的密集木质横梁，也起到了从内部支撑墙体、分力抗震的作用［3］。

1.3.2 采用“收分”的墙体建造形式

房屋墙体内侧与地面垂直，外侧通过随高减小墙体厚度而使外墙稍向内倾斜，墙体内直外斜，上小下大，具有良好的稳定性。这种被称为收分的建造方式，不仅可以减轻墙体自重，亦可提高房屋的抗震性能。图3所示民居和图5所示碉房建筑，都采用了“收分”的墙体建造形式。此种形式亦与抗震设计规范中对建筑的质量分布和刚度变化宜均匀的要求相似［3］。

1.3.3 小体量房屋

羌族民居多为小体量，高度不超过两层。此外，民居中有部分联体修建的房屋，在地震中受害较小。

2 布瓦寨房屋震害分析

2.1 生土结构中加入木、石可提高抗震性能

在“5·12”地震中，布瓦寨房屋由于采用黄泥加片石砌筑，虽大部分民房开裂，约三分之一房屋不能居住，但所幸无一人伤亡。相比于此，布瓦寨附近另一处羌寨——萝卜寨，受灾情况更为严重。由于萝卜寨建筑仅用黄泥砌筑，其民居在地震中无一幸免，266户村民的房屋全部倒塌，灾难造成44人死亡【4】。由此可知，黄泥加片石虽无法完全抵挡地震灾害，但相对于仅用黄泥砌筑的建筑，抗震效果更胜一筹。

2.1.1 墙体收分较大的建筑优于收分不明显的建筑

许多外墙收分较大的老房屋墙体垮塌较轻甚至保存完好，而墙体收分不明显或直墙体的房屋墙体垮塌严重。以布瓦寨中的黄泥碉为例，其作为羌族特色建筑，虽历史久远，却仍然在此次汶川地震中幸存下来。究其原因，在于其墙体采用收分的夯筑方式。碉内结构受到损害较为严重，碉层基本垮塌(图5a)，但外部整体表现良好，说明收分的墙体具有良好的抗震性能。

2.1.2 联体砌筑的房屋优于单体

经过观察发现，寨中联体砌墙的建筑损毁轻于单体建筑(图6a、图6b)。多座建筑相联，使各建筑之间相互支撑而形成为较大的整体，从而增加了建筑墙体的整体稳固性和抗震性能。

图6 布瓦寨民居受损情况

2.1.3 墙体转角连接处受损严重

房屋结构方面，羌寨建筑存在薄弱环节，位于结构连接处:纵横交接处，外墙转角处，楼梯间以及山墙等部位(图6 c、图6d)。在以后的建设中应注意，墙体在连接处需要加大拉结材料用料，以增加房屋的整体性。

3 羌寨修复重建情况

此次调查地点布瓦寨以其众多的黄土碉楼闻名，现仅存的三座(图7)，被称作“中国最后的黄泥土碉群”【5】。布瓦寨黄泥羌碉的保护是汶川县灾后恢复重建首批启动项目，把3座羌碉的抢救性保护发展作为布瓦羌碉及整个村落的中心，形成一个核心保护区，届时将申报世界物质文化和非物质文化遗产。

图7 布瓦寨黄泥碉修复

在黄泥碉的修复重建中，继续沿用传统的建造技术，即保留了原来黄泥碉墙体内直外斜的收分形式，并在此基础上进行墙体加固。为提高抗震性，施工不急于求快，以保障新旧材料的充分融合。修复重建的黄泥碉不仅具有更好的抗震性，同时在极大程度上保留了传统的碉楼建筑风格。

4 羌寨建筑抗震技术对于乡镇房屋抗震设计的启示

我国村镇房屋普遍存在如下问题:场地选择不科学，结构布局不合理，结构体系存在缺陷，非结构构件的连接构造措施不够，材料强度不能保证，施工质量差等【6】。为此，通过对羌寨的建筑技术的调研与分析，将之与村镇房屋进行对比，得出如下启示。

4.1 场地选择

以四川省为例，许多山区村镇房屋建在地势起伏较大的不利场所，有的甚至临近山坡。由于起伏较大的地形对地震波具有放大作用，因此会加强地震作用。地震时，易造成大面积山体滑坡，若房屋选址于山坡附近，则极易被泥石流掩埋。相比之下，羌寨具有可借鉴学习之处。由于羌地多岩石、陡坡，寨中碉楼用毛石砌筑基础，以应对不良土层，同时毛石基础高出地面几十厘米后才在其上夯筑土墙体(图8 a)。羌寨地处山区，地震过后，附近山脉出现严重的山体滑坡现象。而羌寨以高半山缓坡为址，受山体滑坡影响较小。

4.2 结构布局

村镇房屋中多为村民自行设计，往往造成房屋平面布置不规则，加之抗震意识淡薄，没有进行有效的抗震设计。根据汶川地震启示，只要进行过抗震设计的房屋便能起到抗震作用，达到大震不倒的效果。经过调研，羌寨中联体房屋抗震性能较好，可考虑在村镇建设中加以运用。另一方面，羌寨中无论是石砌或者黄泥夯筑的碉楼，总体上看，建筑平面以矩形为主，简单、规则、对称。碉楼内外均有收分，下大上小的土木石结构，具有明显的抗震优越性。

4.3 构件连接、拉结

村镇房屋主要为土坯房屋、木结构房屋、石结构房屋、砖土混合承重房屋等结构房屋，材料质量和强度没有保证。村镇房屋内构件与结构主体没有有效的拉接措施，连接构造措施不当，使村镇房屋抗震性能大大降低。羌寨房屋中利用片石(图8 b)分层夯筑，内外墙交错夯筑或咬砌，以提高房屋的整体性。在墙体中，尤其是在转角连接处，掺入草苇等纤维拉结物，提高了房屋的抗震性能。

4.4 材料选择

村镇房屋多以土坯墙、夯土墙为主。至于夯土墙，如果使用纯净的粘土筑墙，其墙体的整体性较好且能“以柔克刚”而经受住地震波的冲击，但如果筑墙的粘土夹杂砂石则整体性较差而易被地震波的冲击力瓦解［3］。对比布瓦寨与萝卜寨可知，布瓦寨选用较为纯净的黄泥进行夯筑，而萝卜寨的砌筑材料为夹杂砂石的黄泥土，结果证实布瓦寨的抗震能力远远好于萝卜寨。

4.5 施工

村镇建筑中，由于经济所限，施工人员多数为当地土匠，缺乏技术知识，不能保证质量，从而不利于结构的安全。对于羌族建筑来说，其施工负责仔细。以黄泥碉为例，基本施工工序为每砌筑一层，要停工一年，待下一层充分黏结、沉降后，方可继续往上修建【7】。经过了这种严格把关的建造工序，可以保证墙体内的各种复杂应力趋于稳定，保证了砌体的安全和在使用上的牢固性。