根据地震现场工作资料和灾区实际情况,将研究区房屋结构类型主要划分为土木结构、砖木结构、砖混结构、钢筋混凝土结构4类(周光全等,2007),土木、砖木结构归为简易房屋,砖混、框架结构归为非简易房屋。

本文所使用房屋基础数据为2012年各县级地方政府报送,统计得出:滇西北房屋框架结构、砖混结构、砖木结构、土木结构在城市和农村的占比如图1所示,城市地区(县、区政府所辖区为城区)以砖混结构为主,占比为38%,农村地区以土木结构为主,占比为55.6%。其中,城区砖混结构房屋多建于20世纪90年代后期,层数为3～5层,多数设有钢筋混凝土构造柱; 农村砖混结构房屋多为3层以下,一般设有圈梁; 城区框架结构房屋建于2000年以后,其用途多为公共建筑; 城区和农村土木结构、砖木结构房屋多建于20世纪80年代以前,一般为1～2层,穿斗木架构承重的房屋较多,有部分是空心砖或夯土为承重墙的墙抬梁结构房屋。

图1 滇西北地区各类建筑比例柱状图
Fig.1 Proportions histogram of various buildingsin northwestern Yunnan

滇西北地区为少数民族聚居地,房屋建筑因地域、环境、人文和经济条件不同,且多以就地取材为主,建筑风格各异,农村土木结构房屋尤为显著。因此,笔者选取区域内有代表性的民居分析其建筑特色及房屋抗震性能。

2.2.1 迪庆地区藏式民居

迪庆藏式土木结构房屋(图2)一般以木构架承重,墙体常用石料砌筑或夯土成墙,墙体底部宽(单军,吴艳,2010),墙体截面为梯形,其底部墙体厚度大多在1 m以上,内墙陡直,外墙略向内倾斜,形成上小下大的“宝塔式”建筑格局,房屋内通常用木板间隔,特有的收分墙体和柱网结构,使建筑物结构稳定。由于柱子和主梁截面尺寸较大,承载力大,抗震性能好; 土墙底部宽厚坚实,设在柱子外围,遭遇地震时,墙体大多向外倒塌,不容易伤及室内活动人群。

图2 迪庆地区藏式民居
Fig.2 Tibetan style houses in Diqing area

2.2.2 丽江地区纳西民居

纳西民居(图3)建筑一般高约7 m,架构为抬梁式、穿斗式(赵龙,2015),建筑材料以木、土、石为主,石料作墙基和勒脚,垒土坯墙、砖墙或夯土墙,墙厚约70 cm,多数房屋的2层楼处采用木围护墙; 面向庭院的墙体(围墙除外)采用木隔扇,外墙不砌到顶,墙上部用板枋材隔断,墙体从下到上往里微微倾斜,多为两坡悬山屋顶,屋面多数为座泥沙浆的筒板瓦,少数为冷摊小青瓦(许涛,2003)。穿斗木结构瓦屋面自重轻,节点采用榫接,整体性良好,具有一定的抗震效能,围护墙在柱子外围,遭遇地震时,墙体一般向外倾倒,不易伤及室内人群。

图3 丽江地区纳西民居
Fig.3 Naxi houses in Lijiang area

2.2.3 大理地区白族民居

白族民居(图4)多为二层穿斗木楼房,三开间,筒板瓦盖顶,房屋基槽深且宽,用巨大石头做基石(高琳玲,柯卫华,2012),相互错位叠压砌石,从而分散墙体对基底的压力; 房屋建筑采

用梁柱式结构,各结点用榫卯相连接,构成富有弹性的构架,砖或土坯砌墙,墙面涂白并绘图案修饰,建筑物的重量由构架承担,墙壁不承重,房屋整体抗震性能好。

图4 大理地区白族民居
Fig.4 Bai nationality houses in Dali area

2.2.5 宁蒗地区木楞房

木楞房(图6)以木材为主,除此之外是土、少量当地石材、草和烧制的砖瓦,结构形式为抬梁式,结构柱之上搭梁,数榀屋架并列,形成梁-柱-枋支撑结构体系(刘柯岐,李嘉林,2007),用原木层叠搭建的垛木墙或木板墙作为维护墙体。屋顶为悬山式,在梁架上盖木片,不用钉,以石压固,其房顶除用木片搭成的外,还有用茅草或者瓦盖的。木楞房的木梁柱体系把承重结构和围护结构两者分开,其好处是“墙倒屋不塌”,有极高的抗震性,但耗材量、建筑面阔和进深受木材长度的限制,仅适于小型民居。

图5 德宏—保山傣族民居
Fig.5 Dai nationality houses in Dehong-Baoshan area

图6 宁蒗地区木楞房
Fig.6 Wood houses in Ningliang area

房屋建筑破坏比是指房屋破坏面积与调查总面积之比,反映地震灾区各类型房屋建筑结构在不同烈度条件下的破坏情况,即该地区某类结构群体的抗震能力。笔者按照简易房屋和非简易房屋,统计1992—2015年发生在滇西北一带的25个破坏性地震破坏比(表2),求出不同烈度区、不

表2 滇西北历史地震表
Tab.2 Historical earthquakes occurred in northwest Yunnan

同结构类型、不同破坏等级的破坏比最大值、最小值和均值(表3、图4)。

根据统计结果,滇西北区域非简易房屋破坏比均值与全省均值(表5)相差不大,但简易房屋,尤其是土木结构房屋破坏比均值与全省均值相差较大。在相同烈度下,滇西北地区房屋震害毁坏等级下的破坏比比全省平均值小,说明滇西北地区简易房屋抗震性能优于全省平均水平。

震害的一般规律往往与烈度分布紧密相关,笔者结合25次历史地震的烈度分布以及灾害损失评估报告,对震害资料重新进行归类、梳理,总结得出:

(1)Ⅵ度区内土木、砖木及石木结构房屋部分房屋墙体开裂,少数土木房屋局部倒塌,部分梭(掉)瓦,少数空心砖房屋墙体开裂或老裂缝加宽、加长; 砖混结构房屋个别墙体出现明显裂缝,部分墙体出现细裂; 框架结构房屋少数填充墙体开裂,极个别承重梁可见细微裂纹; 木楞房

个别梭、掉瓦。

(2)Ⅶ度区内极个别年久失修穿斗木结构房屋倾斜、脱榫; 砖木结构房屋个别山墙倒塌,部分墙体开裂,梭、掉瓦,个别空心砖房屋局部倒塌或墙体酥裂; 砖混结构房屋少数2～3面墙体开裂,多数梭、掉瓦; 框架结构房屋个别填充墙开裂、抹灰层脱落; 木楞房少数屋顶梭、掉瓦,个别整体倾斜。

(3)Ⅷ度区内房屋破坏严重,土木、砖木及石木结构房屋少数倒塌或局部倒塌,部分墙体倾斜、变形,墙体开裂现象较普遍; 穿斗木构架个别倾斜、木架脱榫、柱脚位移; 砖混结构房屋个别倒塌、少数构造柱断裂、墙体开裂、位错,部分房屋墙体X型裂缝贯通,多数墙体开裂明显; 框架结构个别倒塌,少数承重构件断裂、多数产生裂缝,部分填充墙局部倒塌、多数开裂、抹灰层普遍脱落。

(4)Ⅸ度区内土木结构和砖木结构多数倒塌或局部倒塌,未倒塌的房屋墙体开裂严重; 砖混结构房屋多数承重墙体出现较严重的水平或“X”

表3 滇西北非简易房屋破坏比统计表
Tab.3 The statistics of damage ratio of non-simple houses in northwest Yunnan

表4 滇西北简易房屋破坏比统计表
Tab.4 The statistics of damage ratio of simple houses in northwest Yunnan

表5 云南房屋破坏比均值表
Tab.5 The statistics of damage ratio of houses in Yunnan

型贯通裂缝,部分倒塌、局部倒塌或倾斜,少数基本完好; 框架结构房屋个别倒塌或局部倒塌,少数框架节点开裂、甚至断裂整体倾斜,部分房屋梁柱出现细微裂缝,多数房屋填充墙明显出现水平或“X”型贯通裂缝。

从建筑结构性能分析,影响房屋抗震性能的主要因素为建筑物易损性,包括结构平立面规则程度、结构对称性、结构材料、建筑场地等(杨仕升等,2004); 林世镔等(2011)将区域地震危险性也作为影响因素,通过Push-over分析方法结合抗震能力指标,研究群体建筑物抗震能力。笔者仅考虑房屋结构比例以及各地区设计基本地震加速度值,建立区域房屋抗震性能指数AS,用于量化表达区域房屋抗震性能,如公式1所示。该方法参数容易获取,计算简单,已用于云南省2014年、2015年及2016年重点危险区各县(区)房屋抗震能力评价,其评价结果得到认可。

AS=C_p×(S_cw×CW_cp+S_bw×BW_cp+S_bc×BC_cp+S_rc×RC_cp)+R_p×(S_cw×CW_rp+S_bw×BW_rp+S_bc×BC_rp+S_rc×RC_rp)(1)

式中:AS表示区域房屋抗震性能指数; C_p表示城区房屋总面积占全县房屋总面积的比例; R_p表示农村房屋总面积占全县房屋总面积的比例; CW_cp、BW_cp、BC_cp、RC_cp分表指得是城区土木结构、砖木结构、砖混结构、框架结构房屋所占比例; CW_rp、BW_rp、BC_rp、RC_rp分别代表农村土木结构、砖木结构、砖混结构、框架结构房屋所占比例,S_cw、S_bw、S_bc、S_rc分别表示土木结构、砖木结构、砖混结构、框架结构房屋的抗震性能指数。

针对于非简易房屋,城区绝大部分房屋经过正规设计,抗震能力基本能达到本区域基本抗震设防烈度要求,其抗震性能指数(S_bc、S_rc)按《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)取当地设计基本地震加速度值; 而农村地区大部分为自建房,多未按照正规设防标准建房,存在抗震缺陷,其抗震性能指数(S_bc、S_rc)采用当地设计基本地震加速度值乘以折减系数,根据云南历次地震专家经验,框架结构折减系数取0.95,砖混结构折减系数取0.85。针对于简易房屋,城区和农村均为自建房,没有统一的标准,做工、用料因地而异,故其抗震能力离散性较大,为此采用专家经验打分法(取均值)计算简易房屋的抗震性能指数。

基于区域房屋抗震性能指数,参照《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)设计基本地震加速度值将其划分为5个区间,并给出“强”“中强”“中等”“一般”“差”五个抗震能力评价等级及对应的抗震设防烈度描述(表6)。

表6 建筑物抗震能力评估标准表
Tab.6 Evaluating standard of seismic capacity of buildings

按照公式(1),根据2012年滇西北地区房屋基础数据(表7)、各县(区)设计基本地震加速度值以及10位专家对滇西北调查区土木结构、砖木结构房屋抗震性能指数打分值,计算出滇西北地区区房屋抗震性能指数以及抗震能力评价等级(表8、图7)。

图7 滇西北地区抗震能力综合评价图(据云南省地震局防灾研究所研究区抗震能力评价图修改)
Fig.7 Comprehensive evaluation of earthquake resistant capacity in northwest Yunnan(modified from the evaluation map of earthquake resistant capacity of Disaster prevention institute,Earthquake Agency of Yunnan Provice)

表7 滇西北地区房屋基础数据表
Tab.7 Fundamental data of surveyed houses of survey areas in northwest Yunnan

表8 滇西北地区综合抗震能力计算表
Tab.8 Comprehensive seismic capacity of survey area in northwest Yunnan

从表8可知,滇西北地区16个县(市、区)调查中,9个县(市、区)的房屋抗震能力达到“中等”水平、5个县达到“中强”水平、2个县达到“一般”水平。“中强”水平的县(市、区)具有3个特点:一是处于高烈度设防区; 二是经济相对发达地区,三是特色民居分布广泛。相应的,“一般”水平的县(市、区)处于高山峡谷带,经济水平都相对落后。鉴于该调查区能宏观反应滇西北地区房屋整体情况,因此整个滇西北地区房屋抗震能力达到“中等”水平。