传统生土－木组合结构房屋分析-绿色纤维保温材料

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由于受经济技术条件、地域民情和自然资源等因素的影响，我国西北农村地区许多民宅仍为生土墙—木构架组合承重结构（以后均称生土—木结构）房屋建筑。房屋延性差，抗弯抗剪强度很低，加之农民在建房时很少考虑场址选择、规划布局、地基处理等影响房屋抗震性能的因素，因此这类建筑抗震性能较弱。本文通过对甘肃白银、定西、天水地区实地调查和参考其他地区的相关资料，对当地生土—木结构房屋的建造习惯、土墙的施工方法做了详细描述，对生土—木结构进行了理论分析。并提出目前该类房屋在建造过程中存在的问题和改进措施，为该地区新农村建设提供参考。1、生土—木结构在该地区存在的经济技术合理性我国广大西北内陆地区气候寒冷干燥，经济欠发达。特别是农村地区人口相对稀少，居住分散且该地区多为黄土高原沟壑、梁峁地形，交通极为不便。该地区居民因地制宜，就地取材采取生土—木结构房屋即造价低廉又有冬暖夏凉的优点。同时，历次地震后的宏观调查表明：在低抗震设防烈度区（如六度地震区），有些生土—木结构房屋亦遭到比较严重破坏；相反，在高抗震设防烈度区也有一些完好的生土—木结构房屋。总结破坏规律，采取有效的抗震措施，在当地经济条件容许的情况下，本着就地取材，因陋就简的精神，提高生土—木结构房屋的抗震能力，减少地震灾害带来的损失。2、生土—木结构房屋形式生土—木结构房屋按屋顶形式可分为双面坡和单面坡两种。双面坡房屋主要用于村镇学校的教室、村镇单位的办公房间等公共建筑，随着农村经济的发展该类公共建筑已被砖混、框架等更安全的结构形式所代替。单面坡房屋主要用于民宅，该地区民宅多采用以户为单位的庭院式布局。本文主要研究单面坡民宅生土—木结构房屋。此类房屋由生土墙和椽、土柱及梁构成的木构架共同承重.后托梁亦称“托土”，其目的是均匀分布后墙上的压力，不使应力集中；前托梁的目的是将檩条和屋架传来的力直接传给立柱；土柱就是砌于墙体内的立柱。3、生土—木结构民间施工工艺生土—木结构房屋通常是由当地的建筑工匠按照当地的传统做法建造的，一般不经过设计单位的设计。工匠的手艺也是师傅的口头传述和实践中摸索学到的，并没有进行理论学习。这类建筑的特点是构造简单，结构形式和建筑布局表现出明显的地域性。3.1基础的施工基础是在拟建场地上开挖1000mm深，600mm宽的基槽，分层回填夯实，通常回填9层。在有条件的地区，可低下7层采用素土回填，上面两层采用2:8灰土或3:7灰土回填，每层回填厚度不超过100mm。回填时，须注意素土质量和含水率，土中不得参有碎石、瓦砾、生活垃圾的杂质，含水率的现场检验方法是“手握成团，落地开花”。回填时需在立柱下预先埋置石块或浇注混凝土块作为立柱的独立基础，为减少立柱的沉降量应选择面积较大且底面平整的石块，当采用混凝土浇注时基础应设置一定的大放脚。夯实的回填土层即提高地基承载力，减少地基的弹性模量，同时也部分的消除了黄土的湿陷性和震陷性。3.2墙体的施工生土墙按其施工方法和结构形式可分为土筑墙和土坯墙。3.2.1土筑墙的施工土筑墙即夯土墙，亦称“干打垒”。土筑墙以当地的素土作为土料，有条件的地区采用素土中掺入白灰用作夯墙材料，这种材料可提高墙体的抗震性能。在土墙夯制过程中应注意调整土的含水量，含水量过高或过低都会影响墙体的施工质量。夯土墙的施工方法称之为“板筑法”。夯筑墙体时要选用直径约100mm，粗细相近，表面光滑顺直的圆木作为模板，每边3根固定在墙两端的“梯子”上。为提高墙体的整体抗震性能，内外墙应同时夯筑，并应分层交错夯筑使每层相同搭接。在墙体转角处，好加入木条、竹筋、荆条等拉结材料。3.2.2土坯墙的施工(1) 土坯的制作夯制土坯所用的土料亦为当地的素土。有经验的工匠夯制前几天在土堆上泼洒一定的水，施工时恰好达到预期的含水量，当地称这个土料的准备过程为“潮土”，然后用“机母”（土坯的模具）夯制土坯。当地工匠将土坯的制作过程形象的概括为“三锨六脚三夯”。在夯制土坯时，将模具固定好放在一块平整的石板上，加三锨土料即“三锨”，用脚将土踏实，踏时通常须移动脚步6次即“六脚”，用夯锤夯实时有经验的工匠只用三夯锤即“三夯”，土坯即已夯制完毕。土坯的尺寸约为400mm×200mm×100mm,各地区之间土坯的尺寸会有少许差异。(2) 土坯的砌筑土坯的砌筑方式有卧砌、和裱砌。不同的地区有不同的砌墙习惯，不同的墙体亦采取不同的砌筑方式。外墙采用卧砌或卧砌与间隔的砌筑方式，山墙为加快施工进度一般用立砌，不重要的隔墙或土筑墙表面可采用裱砌。3.3 木构架的施工在基础和后墙施工完毕后（后墙中的屋架土柱应提前砌于墙内），进行木构架的施工。将木工已制好的立柱吊装到独立柱基础上并临时固定，然后屋架和前托梁吊装就位，再进行大梁的吊装，并进行各个骨架构件的校正和固定。传统用大铁钉将各种构件连接在一起，便构成图2所示的骨架体系。这种骨架体系,在水平力作用下并不是一个完整的结构，抗侧性能较差，构件间连接也不牢固。应进行一些改进。3.4 其他措施3.4.1碱脚碱脚是用砖或毛石砌筑的一段墙体，沿高度一般砌六皮砖以上，宽度根据墙厚不同变化，每边比墙体宽50mm左右。碱脚的作用是防水、防潮、防碱化及潮湿墙体在冬季的冻融破坏。碱脚做好后方可砌筑土坯。3.4.2装饰保护砖垛为了提高房屋的耐久性及外表美观，通常待房屋建造完毕后在山墙与檐墙接茬处用砖砌筑一垛柱子俗称“马头”。由于砖柱后砌，与墙体脱离，对房屋的结构作用并不明显，但对土墙阳角起保护、防雨作用。4、改进与建议4.1 场址选择和建筑布局选择建筑场地时，应根据当地的实际情况和工程需要，对场地作出综合评价。宜选择对建筑抗震有利的地段，如开阔平坦的坚硬场地土和密实均匀的中硬场地土等地段；宜避开对建筑抗震不利的地段，如软弱的填土场地，条状突出的山嘴，高耸孤立的山丘，边坡边缘，易产生滑坡等地段。为提高房屋的抗震整体性能，以居室为主要功能的主房及两层耳房应采取等高等进深的建筑尺寸，以减少错层对抗震的不利。4.2 土坯墙和碱脚土坯应卧砌，顺丁相间或二顺一丁，应错缝搭砌，不留通缝。泥浆应当饱满不宜过稀。内外墙及外墙转角处应咬岔砌筑，好在墙体的交接处放置竹筋、秸秆、荆条等拉结材料以增强墙体间的连接。后墙两侧及与内墙交接处宜设置构造砖柱并通过竹筋、荆条等与周围土坯墙拉结。砖柱不仅起保护墙体阳角和防雨作用，并通过后托梁与墙体共同承重，对房屋的受力和抗震性能有明显的改善。碱脚应采用防水砂浆砌筑，以防止地基中水分倒吸，碱分上移而墙体的碱涨和冻融破毁。4.3 木构架如4.2节中建议，图2中所示的木构架与后墙两端的砖柱构成新的骨架体系。在较大的地震作用下，承重的后墙推出工作以后木构架与砖柱形成第二道抗震防线，以致房屋不会立即倒塌。为增强木构架本身的抗震能力，应采取以下措施：（1）木屋架应用穿榫形式连接。（2）为增强木构架的侧向稳定，使其能抵抗侧向水平地震作用应在梁柱间增设夹板斜撑，斜撑应用螺栓与梁柱连接。（3）如果房屋纵向没有坚固的纵横墙作为纵向稳定构件时，纵向亦应设置斜撑。（4）房顶木檩条宜贯通整个屋面，并用铁钉与梁连接。同时，木构架的柱应与墙有适当的拉结，使其不致在低烈度地震时发生倒塌。外围护墙，即使倒塌，亦应使墙体向外倾倒，以免伤人。5、结语因生土—木建筑具有造价低廉、施工工艺简单、绿色环保等其他建筑形式不可替代的优点，但我国目前对生土—木组合受力性能和结构抗震性能研究较少。本文通过介绍生土—木结构房屋的民间施工工艺，分析其结构形式，提出一些改进的建议。为提高生土—木结构房屋受力及抗震性能，指导广大村镇工匠科学建房，加快该地区新农村建设提供参考。参考文献1.刘挺,王毅红,石坚. 生土墙承重的村镇房屋施工技术分析建筑技术开发2006（1）2.兰青龙, 刘志甫, 赵相传.山西地区生土建筑震害特征与防震减灾对策.山西地震. 2004（3）3.编写组地震工程概论.科学技术出版社.19854.王兰民.黄土动力学 .地震出版社.2003