四川乡村民居穿斗式木结构改良做法

雍 军

(成都大学建筑与土木工程学院 四川 成都 610106)

四川乡村民居穿斗式木结构改良做法

雍 军

(成都大学建筑与土木工程学院 四川 成都 610106)

四川乡村民居穿斗式木结构节点采用榫卯连接方式在地震中是有利于减震、耗能的，但结构中隔墙与主体木架构在水平力作用下变形不同步，且隔墙不能为主体木架构提供有效的侧向支撑，因此在地震作用下穿斗式木结构体系侧向柔软导致变形过大而容易发生严重破坏。本文用木剪力墙做法代替四川传统穿斗式木结构隔墙做法，墙体与主体木架构能有效连接，同为木制材料，又可保证墙体与主体木架构变形协调一致，从而可以大大提升穿斗式木结构民居抵抗地震的能力。

乡村民居；穿斗式木结构；木剪力墙；改良

引 言

2008年四川汶川地震过后，我国西部地区地震频发，相继发生较大的地震有青海玉树地震、四川芦山地震、云南鲁甸地震等，给人民生命财产造成极大损失。经统计，在数次地震中，乡村建筑受灾情况远比城镇建筑更严重。据统计[1]，2013 年4 月20 日，四川省雅安市芦山7.0 级地震，共造成196 人遇难， 21 人失踪，死难者中约90%以上为农村人口，基本上由建筑物倒塌所引起。城镇建筑在设计及建造中多严格考虑了抗震要求，具备一定抗震能力。而乡村建筑大多为村民自建房，以民间建造经验为主，特别是四川乡村很有特色的穿斗式木结构民居更是如此。目前四川地区乡村建筑主要分为砖混结构、穿斗式木结构、砖木混合结构三类，近些年砖混结构在农村较普遍，但在经济条件落后及交通不便的偏远山区，农户则更愿意选择取材方便、成本更低的穿斗式木结构作为居住住房。目前这类木结构建筑，新建较少，多数建成时间较长，其中不乏年代久远、房龄达数十年以上的房屋，大多经历过数次地震影响结构受损明显但仍在使用，如再遇强震来袭，其抗震能力令人十分担忧。穿斗式木结构曾经是我国南方地区民居的主要建筑结构类型，其柱直接承檩、榫卯连接的方式不但体现了极强的中国民居特色，同时还具有良好的抗震能力，这种承载中国悠久历史文化的建筑结构类型不应该消失，而应该由我们发扬、改良及传承下去。因此，对广大农村地区的穿斗式木结构进行必要的改良是一项惠民利国工程。

一、四川乡村民居穿斗式木结构的特点及缺陷

四川乡村民居穿斗式木结构除了我国南方穿斗式木结构柱承檩、榫卯连接等特点外，还有自身特点，主要是房屋横向柱数少，横向落地柱数通常在3-5根之间，多为奇数；横向落地柱柱距小，在1m-2.5m之间；落地柱通常就地取材，柱径不大，在10cm-20cm之间。墙体类型主要有砖墙、夯土墙、篾条泥墙，墙体不承担竖向荷载，仅起隔墙作用，与主体木架构仅以砂浆、泥浆或篾条插入柱子相连接。墙体厚度在5-6cm左右，夯土墙要更厚些。

由于以上特点，墙体与主体木架构不容易有效连接，墙体不能为主体结构提供必要的侧向刚度及水平变形，因此四川乡村地区穿斗式木结构主体侧向刚度十分有限，加之穿斗式木结构年代久远维护不够，榫卯紧固不足，在地震中容易导致榫头脱出、柱脚移位等现象，由此引发该类结构严重破坏甚至倒塌。据统计[2]，四川省雅安市芦山7.0 级地震中，穿斗式木结构破坏严重的主要形式有：榫卯连接处榫头脱出、柱脚位移严重导致房屋过度倾斜甚至倒塌；墙体(特别砖墙、夯土墙)倒塌严重。相比较欧美民居使用较多的轻型木结构，穿斗式木结构榫卯连接的做法更利于减震、耗能，但因为自身材料缺陷、隔墙不能与主体木架构保持同步的水平位移，穿斗式木结构在地震中容易产生过大变形最终导致破坏，这是穿斗式木结构最大的缺陷所在。本文参考轻型木结构做法，用木制剪力墙做法代替穿斗式木结构隔墙做法，即可保证墙体与主体木架构有效连接以显著增强房屋整体性，同为木制材料，又可保证墙体与主体木架构协调变形一致，能大大提升穿斗式木结构抵御强震的能力。

二、四川乡村民居穿斗式木结构的改良

(一)四川乡村民居穿斗式木结构惯用尺寸

四川地区乡村民居穿斗式木结构通常采用三间四扇五柱或三间四扇三柱的平面布局形式。其中，间是指开间数，通常为房屋纵向。扇，在房屋横向，是由柱(落地柱、瓜柱)、穿枋等组成的横向排架。柱指同一扇上落地柱数之和。图1为四川地区乡村民居三间四扇五柱穿斗式木结构横向排架惯用尺寸，三间四扇三柱柱距惯用尺寸与三间四扇五柱基本相同，只是无前后二根檐柱。

图1 三间四扇五柱穿斗式木结构

(二)墙体改良做法

经分析可知，在地震中穿斗式木结构榫卯连接处榫头脱出、柱脚位移严重，除了节点连接处紧固度不够外，主要是由于结构体系自身比较柔软，隔墙不能为主体木架构提供有效的侧向支撑及协调变形，导致在水平地震作用下主体木架构会产生过大的水平位移。砖墙、夯土墙这类隔墙属脆性材料，变形能力有限，不能与主体木架构保持协调变形，加之与主体木架构连接不牢固，因此在地震中极易倒塌。

将穿斗式木结构普遍采用的隔墙(砖墙、夯土墙、篾条泥墙)替换为木制剪力墙，并保证木制剪力墙与主体木架构柱子、穿枋等构件之间的有效连接，连接方式采用钉连接。木制剪力墙由龙骨和覆面板构成，根据四川地区乡村民居穿斗式木结构构件惯用尺寸(砖墙60mm厚、篾条泥墙50-60mm厚、柱径100-200mm、穿枋截面宽50-70mm高100-200mm),木制剪力墙宜与原房屋墙体厚度保持一致，以保证四川地区民居穿斗式风格特征。因此，龙骨采用SPF规格材38×89对分成两片38×44，木剪力墙体厚度为龙骨截面高44加其两侧覆面板厚度(20以内)，在60-70mm之间，与原来墙体厚度基本保持一致。具体构造做法如图2，施工工艺为先连接水平龙骨到穿枋(或地脚梁)，再连接竖向龙骨到柱子(或水平龙骨)，最后连接墙体两侧覆面板到墙体龙骨。改造后木剪力墙墙面效果见图1，根据需要可在墙面粉刷涂料饰面。

图2 穿斗式木结构木制剪力墙构造做法

(三)墙体改良优势

在日本民居木结构传统构架法中，木剪力墙可以用交叉斜撑而不用墙体覆面板来抵抗水平剪力[3]，但对于四川乡村地区穿斗式木结构，使用墙体覆面板比交叉斜撑更具优势。因为：四川乡村穿斗式木结构较普遍的地区多为偏远山区，施工技术力量薄弱，使用墙体覆面板比使用交叉斜撑对施工技术要求更低，木剪力墙施工质量更有保障；使用墙体覆面板连接可形成墙体规整中空，方便填塞保温隔热材料如玻璃棉等，可以显著改善墙体保温隔热性能，能大大提升乡村民居的舒适性。造价方面，木剪力墙所用材料主要为龙骨 SPF规格材38×89、覆面板OSB板(结构胶合板或硬质纤维板)及麻花钉，材料市面价格均不高，施工技术简单，当地普通农户劳动力培训几天即可按照要求自行施工。

三、四川乡村民居穿斗式木结构改良的意义及前景展望

据统计，目前四川乡村地区有约10%的民居采用穿斗式木结构，且建造年代较其它建筑结构类型更久远，这些木结构建筑普遍年久失修、保养不足，加之近几年来数次受强震影响主体结构不同程度受损，其抗震能力比建造初期已经大幅下降，成为了广大农户生命财产安全的极大威胁。目前穿斗式木结构大多在四川偏远山区，农户经济条件落后，如果所有改良项目由政府专项资金负责，按照每户材料约1万元共约50万户统计，材料费共计约50亿元(改良施工技术简单易操作，每户自出房屋改造劳动力)，墙体经过改良后可显著提高四川乡村地区穿斗式木结构房屋的抗震能力及使用寿命。因此四川乡村民居穿斗式木结构的改良工程具有重大深远的惠民意义。在此基础上，也可向全国其它穿斗式民居大量存在的省份特别地震频发的地区推广，具有积极的现实意义。

[1]中国地震局．四川芦山地震伤亡情况[EB/OL]. http://www.cea．gov．cn/publish/dizhenj2013004024.China Earthquake Administration． Casualties of Lushan earthquake[EB/OL].

[2]周铁钢，钱相博，张冰冰． 芦山地震农村房屋震害调查与分析[J]．地震工程与工程振动，2013，33( 3 ) : 53-58．ZHOU Tiegang，QIAN Xiangbo，ZHANG Bingbing． Investigation and analysis of damage to rural houses in Lushan earthquake[J]．Journal of earthquake engineering and engineering vibration，2013，33( 3 ) : 53-58．

[3]菊池重昭.(日)建筑木质构造[M]．中国电力出版社出版，2010.

[4]陆伟东，邓大利，居兴鹏等. 中国木结构建筑分布及其震害[J].西安建筑科技大学学报，2011，8：464-469

[5]曹芳，董龙彬，祁香文. 轻型木结构在震后房屋重建工程中的应用探究[J].长江大学学报，2012，2：109-111

雍军(1977-)，男，从事建筑结构抗震工作，成都大学建筑与土木工程学院，讲师，硕士，研究方向：木结构建筑。