生态文明建设下我国生土建筑抗震性能

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摘要：生土建筑是一种传统建筑形式，但传统生土建筑墙体材料抗震性能较差。总结我国生土墙体抗震性能、生土房屋抗震性能、生土结构抗震加固等方面的研究进展，为生土建筑提供参考。

关键词：生态文明；生土建筑；抗震性能

1生土墙体抗震性能研究

红等通过3片夯土墙的低周反复试验分析圈梁和构造柱可约束夯土墙体后期变形，增加墙体延性，但对墙体承载力提高作用不大，并指出了夯土墙体施工中应注意的问题；卜永红等通过3片不同方法夯筑的夯土墙体抗震性能试验，表明错层夯筑法和加销键夯筑均可提高墙体变形能力，采用错层夯筑法还可提高墙体承载能力；卜永红等提出了一种内置绳网夯土墙体建造技术，低周反复加载试验表明，内置绳网夯土墙体的承载和变形能力比传统夯土墙有很大提高。红等通过试验分析影响土坯墙抗震性能的主要因素，结果表明土坯墙体和砖砌体破坏模式相似，构造柱与圈梁等抗震构造措施可有效提高墙体抗震性能。陈汉清等基于正交试验因素分析方法，运用静力弹塑性非线性有限元数值模拟，研究未开孔及开孔的素土坯墙体极限位移和极限荷载的影响因素（墙体厚度、竖向压应力及开孔大小等），评估土坯墙体在众值烈度和基本烈度地震作用下的抗震性能，提出了素土坯墙体开洞尺寸的限制条件。阿肯江•托呼提等通过对木柱梁–土坯组合墙体的弹塑性有限元计算，证明组合墙体的抗侧承载力、延性及耗能能力均比素土坯墙体有较大提高，评估素土坯墙体和组合墙体在众值烈度和基本烈度地震作用下的效应，认为木柱梁–土坯组合墙体可达到“大震不倒”要求。王苗苗基于ANSYS通过有限元对未开洞及开洞的素土坯墙体进行弹塑性动力时程分析，指出墙体裂缝多出现在结构薄弱部位，破坏时其底部沿平面内外均有外鼓现象，通过弹塑性动力时程分析指出采用木框架加固素土坯墙体后墙体耗能能力明显提高。吴锋等通过拟静力试验进行实体土坯墙及开洞土坯墙的抗震性能研究，结果表明土坯墙体试件的破坏形态为剪压破坏或剪摩破坏，建立了土坯墙体承载力公式，指出开洞土坯墙体的承载力、刚度及耗能能力均有明显下降，但延性有所提高。张伟等运用简化力学模型，基于峰值速度分析生土围护墙倾覆倒塌的破坏机理，得出不同地震烈度下高厚比限值，可避免地震下生土墙体发生倾覆倒塌。陈国新等提出一种内填植物纤维生土基砌块生态复合墙体，通过低周反复加载试验阐述试件破坏的主要过程和受力特点表明，该墙体有良好的抗倒塌能力，提出了影响复合墙体特征荷载和位移的主要因素。赵西平等对素土墙、灰土墙和草土墙的研究结果表明，在单调荷载或反复荷载作用下，灰土墙的极限刚度高于工况相同的素土墙和草土墙，素土墙和草土墙的耗能能力比灰土墙好。

2生土房屋抗震性能研究

申世元针对木构架承重土坯围护墙单层房屋进行振动台试验，验证了配筋砂浆带、配筋砖圈梁、斜撑、剪刀撑等构造措施及扒钉、墙缆等常用加强连接手段的有效性，结果表明，在地面峰值加速度为0.30g时仍未发生严重破坏。于文等以新疆喀什老城区的代表性房屋做研究原型，对按原型缩尺采取墙体内外侧角钢带加固、角钢斜撑与檩条的连接和屋盖增设扁钢带等措施进行振动台试验，结果表明，加固后的原型房屋满足喀什地区8度抗震设防的要求。刘开康以村镇既有土坯结构为研究对象，提出应用摩擦滑移隔震技术对土坯结构进行减震的措施，并对模型进行振动台试验，对比分析厚度约1cm的砂粒滑移层隔震模型和基础固定模型试验，验证了砂层滑移隔震对土坯砌体结构的减震效果。黄辰蕾针对西部农村地区土坯墙结构房屋的震害特征提出现浇石膏土坯墙、砌筑灰膏–土坯墙、木板夹芯结构和木构架–土坯墙结构等4种结构形式。通过振动台试验表明，现浇石膏土坯墙结构和砌筑灰膏–土坯墙结构的约束强于木板夹芯结构和木构架–土坯墙结构；木板夹芯结构和木构架–土坯墙结构比另2种结构的变形性能好，但4种结构均具有较好的抗倒塌性能，满足8度抗震设防要求。周铁钢等在夯筑材料选择、夯筑机具、夯筑工艺和结构构造措施等方面进行技术改良，提出现代夯土建筑的概念，制作了采用钢筋混凝土构造柱及现浇屋面的单层夯土房屋的1/2缩尺模型，抗震性能试验结果表明，现代夯土建筑抗震性能得到很大提高，8度罕遇地震作用下模型房屋仍可继续承载且具有较好的变形能力。同时，还进一步运用现代夯土技术制作单层坡屋顶原型房屋1/2缩尺振动台模型，结果表明在8.5度罕遇地震作用下模型房屋仍可继续承载，变形性能良好。吴锋等通过振动台试验研究土坯房屋模型在不同地震强度下的抗震性能，结果表明，土坯房屋模型破坏形态与砌体房屋相似，并提出了罕遇地震作用下墙体承载力的土坯房屋抗震设计方法。

3生土结构抗震加固措施研究

王建卫等提出针对土坯墙采用钢丝网水泥砂浆、木柱木梁、木板及木柱木梁加斜撑等措施进行加固，对卧砌土坯墙体及加固墙片进行低周反复试验。结果表明，钢丝网水泥砂浆加固墙体效果较显著，水平承载力提高幅度最大，抗震性能提高最为显著。木板及木柱木梁加斜撑加固墙体可有效约束墙体后期变形，延性提高幅度较大。木柱木梁形成边框的加固体系对提高墙体承载力和延性作用均不大，加固效果一般。王建卫还进行了平砌土坯墙体及运用塑钢打包带加固墙片的低周反复试验，证明该加固措施可有效提高平砌土坯墙体的抗震性能。卜永红针对夯土墙体提出应用内置绳网、加木构造柱木圈梁框架等措施进行加固，通过低周反复试验表明，内置绳网承重夯土墙体可有效结合绳索的抗拉特性与土体的抗压特性，使墙体表现出较好的力学性能，夯土墙水平承载和变形能力得到较大提高；木构造柱与木圈梁可有效约束T形夯土墙体与一字形夯土墙体，明显提高墙体抗震性能。张又超等采用正放或斜放的钢丝网水泥砂浆面层加固夯土墙体，通过5片缩尺墙片的低周反复加载试验表明，加固后墙体的开裂荷载、极限荷载、开裂位移、极限位移均有明显提高，夯土墙体的承载力提高，墙体脆性破坏特征得到改善，但该法对墙体的加固效果影响不大。张坤等提出砖柱锚杆构造和砖柱配筋砂浆带构造2种夯土墙体加固措施，通过5片缩尺墙片的低周反复加载试验表明，2种方法均可抑制墙体裂缝发展，约束夯土墙体变形，改善墙体脆性破坏特征，提高承载力和延性性能，但砖柱配筋砂浆带对墙体延性影响较大，砖柱锚杆对墙体承载能力影响较大。张琰鑫等通过地震反应谱分析表明，檩–墙连接部位、纵墙顶面部位及山墙中部是结构的薄弱部位，提出在檩条下设置弧形垫块、在纵墙顶面设置木圈梁和山墙外设置扶壁柱等解决方法，并通过分析验证了这些方法的合理性。黄金胜等针对夯土墙提出钢丝网水泥砂浆和玻璃纤维水泥砂浆加固法（统称为夹板墙），研究表明该法对加固夯土墙体非常有效，加固后墙体的极限承载力和极限位移均得到大幅度提高。董玉将等以陕南典型夯土民居为原型设计了U形夯土墙片单元，针对墙体在地震中易发生外闪破坏的问题，设计了镀锌铁丝网带加固方法。试验结果表明，通过对墙体设置水平及竖向镀锌铁丝网加固带，提高了房屋的整体性和抗震性能。周铁钢等提出在土坯墙内设置水平和竖向配筋砂浆带形成格栅配筋网加固墙体的方法，制作了1/2单间缩尺房屋加固模型，通过振动台试验表明，小震时格栅配筋网对裂缝的出现和发展有抑制作用，大震时格栅配筋网对墙体约束较好，墙体无剥落现象，承载能力仍继续保持，变形能力显著增强。周铁钢等针对土坯围护墙–木结构传统民居，提出对木结构榫卯节点采用扁铁、薄钢片和角钢进行加固，在墙体内外水平刻槽并设置配筋砂浆带进行加固，制作了1/2单间缩尺房屋加固模型，振动台试验表明，加固后的木结构未发生破坏，且能与土坯围护墙协同工作，在总体上实现了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。木合塔扎尔白克•苏力唐针对工字型土坯墙提出钢丝网水泥砂浆加固的方法，拟静力试验表明，加固墙体的开裂荷载值比未加固土坯墙体提高近2倍，峰值荷载提高11倍并表现出良好的延性特征。黄斌等应用有限元数值分析方法分析多种因素（墙体厚度、竖向荷载及开孔尺寸等）复合作用对钢丝网砂浆加固墙体抗震性能的影响，表明对未开孔和开孔的加固墙体，竖向荷载均是影响墙体抗侧承载力和变形能力的主要因素，在土坯房屋加固改造时应合理设计屋（楼）面荷载。徐舜华等对采用武都地区施工工艺夯筑的2片夯土墙体进行拟静力试验，在水平往复荷载作用下，墙体破坏始终沿夯土层间水平和垂直接触裂缝处，最终形成碎裂块。徐舜华等还进一步提出使用铁丝网加固夯土墙体的做法，通过4片夯土墙体的伪静力试验表明，该法可提高夯土墙体由于施工方法引起板与板之间薄弱部位的强度，增强夯土墙体的整体性，提高墙体抗震能力。许浒等提出一种采用薄壁型钢条带加固生土墙体、角钢加固独立柱和屋盖的加固方案。通过典型生土建筑模型的地震倒塌全过程模拟表明，该方案可提高生土房屋的整体性，防止生土墙体倒塌破坏，显著提高生土建筑的抗倒塌能力。张延年等提出一种对改性生土坯砌筑墙体运用纵向布置4铁丝、水平向布置铁丝网等加强措施的加固生土墙体，低周反复试验表明，该措施可提高墙体开裂荷载和极限荷载，显著改善墙体的变形及耗能能力；指出改变水平铁丝网间距可提高墙体的承载力，但对变形能力的提高不明显。

4结束语

作为传统民居的一种主要形式，生土建筑目前在我国村镇仍大量存在，但由于生土建筑抗震性能较差，降低了使用的安全性。在生态文明建设背景下，对抗震性能较差的生土建筑进行合理设计施工和有效修复补强有重要意义。本文总结了我国生土墙体抗震性能、生土房屋抗震性能、生土结构抗震加固等方面的研究进展，可对生土建筑提供参考。

参考文献

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[3]卜永红,红,韩岗,等.内置绳网承重夯土墙体抗震性能试验研究[J].西安建筑科技大学学报:自然科学版,2013,45(1):38–42.

[4]红,卜永红,刘挺.生土结构房屋的承重土坯墙体抗震性能试验研究[J].土木工程学报,2010,43(S1):526–530.

[5]陈汉清,阿肯江•托呼提.基于ANSYS的素土坯墙体抗震性能影响因素分析[J].实验室研究与探索,2009,28(10):23–25,54.

作者：张波 单位：陕西理工大学土木工程与建筑学院