农村木结构房屋抗震加固措施的研究★

卢 晨 怡

(安庆职业技术学院，安徽 安庆 246003)

农村木结构房屋抗震加固措施的研究★

卢 晨 怡

(安庆职业技术学院，安徽 安庆 246003)

对农村木结构房屋抗震性能与震害特征进行了分析，从结构杆件、榫卯节点、围护墙体及房屋整体性加固等方面进行了论述，并提出了加固方法，解决了木结构房屋抗震能力弱的问题。

木结构房屋，抗震性能，加固措施

0 引言

中国是一个地震多发的国家，地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广[1]，大陆6度～9度地震区占国土面积的80%。其中绝大多数地震灾害发生在农村乡镇地区。通过地震灾害调查分析得知，这些地区还存在着相当数量的木结构民居建筑，基本都是20世纪80年代以前建造形成，由于设计、施工经验不足，建造技术落后，缺乏必要的抗震措施，加之房屋老旧，导致木结构民居建筑抗震能力差[2]。在遭受同等地震烈度灾害的情况下，这些民居建筑的破坏严重程度远高于城市。因此，因地制宜对房屋进行加固改造，提升抗震性能，对于减少人员伤亡和经济损失具有重要意义。

1 现有木结构房屋类型

在我国，木结构房屋类型分布呈现出一定的地域特征[3]，其中，西南地区主要为穿斗木结构，而北方地区多为木柱木梁结构或木柱木屋架结构。

1.1木柱木梁结构

木柱木梁结构分为平顶木构架和坡顶木构架两种类型[2,10,13]。平顶木构架用于跨度大、层数不多的情况，屋顶坡度较小，避免了高大而不稳定的山尖。一般做成强梁弱柱形式，梁与柱用暗榫连接，木柱通常砌入墙内，由于柱的刚度较弱，柱端在地震中易出现较为严重的塑性铰。坡顶木构架在石制柱础上放置承重木柱，在木柱顶端架设较粗的木梁，梁背上立置瓜柱用于支撑梁架，瓜柱上再横置比下层梁短两步架的梁。木柱木梁坡顶式分为有廊厦和无廊厦两种，有廊厦房屋一般有3根～4根木柱，横向稳定性较好。无廊厦房屋则只有前、后檐两根木柱，横向稳定性较差。

1.2木柱木屋架结构

以三角形木屋架为主，结构形式较为简单，屋架用穿榫和木柱连接，有的节点使用铁钉或扒钉等固定件连接构成受力整体，形成平面受力骨架。在屋架的上弦节点处布置檩条，檩条上做屋面，檩条用于托住椽子或屋面板，房屋比较高大、空旷。屋架杆件只有轴力，几乎没有弯矩和剪力。

1.3穿斗式木结构

穿斗式木结构由穿枋、柱、梁、檩等构件组成。沿房屋进深方向依檩数立一排柱，每榀构架一般有3根～5根柱，每柱上架一檩，檩上布椽，每排木柱由穿枋横向贯穿，穿枋与木柱以榫卯节点连接，形成榀形构架。每两个榀形构架之间用斗枋连接，形成一个稳定的空间构架。屋面荷载可以直接由檩条传至柱，再传至地表支撑面。

2 木结构房屋抗震性能与震害分析

2.1木柱木梁结构

平顶式梁柱连接简单[4]，梁具有一定的刚度，木柱是抗震的薄弱点。坡顶式采用较粗的木梁，梁与瓜柱层层叠垛，每榀木构架常用纵向的枋木连接构成空间框架，整体性较强。另外，有廊厦的房屋木柱较多，一般有3根～4根，木骨架横向稳定性较强，从抗震角度来说，木柱木梁坡顶式房屋应尽可能采用有廊厦的结构。但这种房屋梁柱节点仅通过暗榫连接，纵横向无斜撑，无其他连接措施，在地震作用下榫卯结构易产生松动分离，丧失横向稳定性，进一步导致屋架倾斜甚至倒塌[5,6]。檩、椽、横梁之间没有连接，屋面多采用草泥顶或白灰焦碴顶屋面，重量较大，屋顶易塌落。

2.2木柱木屋架结构

这种结构的房屋较为高大、空旷，但由于三角形木屋架下弦杆断面与榫卯接头较小，强度不足，地震引起的弯曲和剪切等易造成脱榫或断榫，因此节点连接是这一类房屋的抗震弱点。另外，木柱木屋架房屋在纵横方向上的整体性和刚度均较差。

2.3穿斗式木结构

穿斗式木结构是木骨架承重房屋中抗震性能最好的一种，构造比较完整，纵横向木柱均用穿枋连接，形成多向受力的空间结构，横向稳定性和结构强度较好，但纵向无斜撑，刚度较弱。穿斗木构件在制作过程中，因对木柱截面削弱较大，或木柱接长处接榫不牢固，或因选材原因在受力较大的截面上存在木节疤，易导致地震时木柱从这些薄弱部位受损或折断。另外，梁、柱、檩等构件连接强度不够，以及柱脚与柱基出现平移错动，都会造成在强震作用下房屋产生纵向倾斜甚至倒塌[7,8]。从总体抗震性能上来说，穿斗木结构还是要优于木柱木梁和木柱木屋架结构，震害相对较小。

3 木结构房屋抗震加固措施分析

3.1结构杆件加固

结构杆件加固是通过修复破损结构杆件并提高原构件的强度，以达到更高承载力的要求。加固方法主要有以下几种：1)对已经开裂或者腐蚀的木结构杆件使用纤维布加固，如碳纤维(CFRP)布、玻璃纤维(GFRP)布等，能够显著提高其承载力和刚度，还可以改善其强度，大幅提高木结构杆件的耐腐蚀、耐火、耐老化等特性，同时操作简单、施工快。2)对于裂缝不大或者有轻微糟朽的结构杆件先进行表面去腐处理，再用同尺寸大小的木条嵌补，并用耐水木胶粘合剂粘合。此方法能够有效阻止结构杆件裂缝进一步发展，提高杆件的抗震性能。3)对于已遭受虫、菌、机械损害的木结构杆件通过化学药剂的浸泡等处理方法增加木材的强度，以及抗虫、防腐的能力。4)对于受损或需加固的木结构杆件用扁铁环箍、铁丝环箍等铁件箍牢，同时在两加固构件中间连接钢板或者钢筋，有效提高木结构杆件的力学性能[9，11]。

3.2榫卯节点加固

榫卯节点加固的关键是通过增加节点刚度，限制榫卯节点的水平拔榫以提高承载力，从而避免落梁、拔榫等破坏形式，发挥其抗震性能[10]。具体加固方法有以下几种：1)采用扒钉钉入榫卯节点，利用扒钉直钩的抗弯折力增加榫卯节点的强度。2)发挥碳纤维增强塑料(CFRP)抗拉强度高、耐腐蚀好等优点。将CFRP布包裹在榫卯节点处，限制卯榫节点拔榫危害，增加节点抗剪、抗弯承载力。3)采用钢套钢钉组合的钢构件如U形铁箍等加以固定，将卯口和榫头锁固住。这种方式施工快、造价低。

3.3围护墙体加固

对于围护墙体的加固不仅可以增强整体房屋抗侧向力，还能间接为柱、梁提供抗水平力，最终提高房屋的抗震性能。围护墙体的加固方法有墙揽加固、打包带加固和纤维布加固等[12]。墙揽加固法将墙与柱用两块钢板夹住，并用钢筋穿接固定，保证墙体和木柱的有效连接，增强房屋整体性。打包带和纤维布加固法首先在墙体四周全高布置角钢，然后使用打包带或纤维布把墙体紧紧包裹起来，增加墙体整体性，提高墙体承载力。

3.4整体性加固

对于每榀框架的纵向和水平方向设置剪刀撑，对于屋架设置斜撑，提高构架、屋架的抵抗侧向弯曲变形的能力，提高整体稳定性[13]。具体来说，木柱木屋架和木柱木梁房屋要在屋架与柱连接处设置斜撑，形成空间桁架。穿斗木构架房屋可不设置斜撑，而在木柱的两端设置穿枋，并在柱间设置1道～2道斜撑或45°～60°的剪刀撑。

4 结语

由于经济落后和抗震防灾知识不足，农村现有木结构房屋抗震能力薄弱，容易在烈度较大的地震中倒塌或损毁，危及群众人身和财产安全。通过对现有木结构房屋结构特征和抗震性能的分析，分析出其中存在的抗震薄弱环节，因地制宜对房屋屋架、榫卯节点、墙体等进行加固，使得房屋的承载力、抗剪、抗弯、抗拉、抗侧向力等均得到了显著提高，房屋的整体抗震能力得到了加强。

[1] 钱芳芳,钱 凯.砖木结构分类及抗震构造研究[J].中外建筑,2015(11):115-116.

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[10] 居兴鹏,陆伟东,邓大利.村镇木结构房屋震害分析及抗震减灾措施[J].建筑结构,2011(S2):466-468.

[11] 鲁旭光.村镇木结构住宅抗震加固试验研究[D].西安：长安大学,2011.

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[13] 邓 涛.轻型木结构农村民居房屋抗震性能研究[D].长沙：湖南大学,2009.

Studyontheseismicstrengtheningmeasuresofruralwoodenhouse★

LuChenyi

(AnqingVocationalandTechnicalCollege,Anqing246003,China)

The seismic performance and damage characteristics of wood structure buildings in rural areas are analyzed. The structures, bars, mortise and tenon joints, retaining walls and the overall reinforcement of buildings are discussed, and the reinforcement methods are put forward. The problem of weak seismic capacity of wood structure buildings is solved.

wood structure house, seismic performance, reinforcement measures

TU366.2

A

1009-6825(2017)26-0039-03

2017-07-05 ★：安庆职业技术学院自然科学研究项目-农村木结构房屋抗震加固措施的研究(2013ZRKX002)

卢晨怡(1983- )，女，实验师