穿斗木结构房屋的抗震性能研究

穿斗木结构房屋的抗震性能研究

周洋

德宏州防震减灾局云南省德宏州芒市678400

摘要：地震灾害是不可避免的，地震灾害导致人类的生命失去、财产的丢失、房屋的损坏，如何使房屋在地震中的损坏降到最低，本文介绍了穿斗木结构房屋的结构组成及特点，阐述了穿斗木结构的震害情况，以及提出了穿斗木骨架房屋抗震措施。

关键词：穿斗木结构；房屋；抗震性能

1穿斗式木结构房屋的组成及特点

在中国南方各地的建筑中用得较多。它的基本组成构件是柱与穿枋（也称穿）。穿斗式木结构是沿建筑进深方向立柱，柱头直接承檩。它与抬梁式木结构的主要区别在于：①柱头直接承檩，无须通过梁传递荷载，故比抬梁式承载力高；②落地柱较多，柱距较密；③一缝房架中柱与柱之间由贯穿柱身的穿枋联成一个整体。穿斗式木结构的立柱，沿进深方向自前后向中心（脊部）逐渐增高，以构成与抬梁式木结构相似的曲线形屋面。在穿斗式木结构中，由于立柱所承受的荷载远比抬梁式结构的立柱小，因而柱径也相应缩小，这就发挥了小直径木料的作用，不仅用料经济，而且体态也比较轻盈。但柱径的缩小加大了柱的长细比，所以沿柱身要设置层层穿枋，并借助平行于檩下的牵子和上面铺装的阁板，保证柱的轴向稳定。因穿枋主要是起联系的作用，所以本身尺寸都不大。穿斗式结构也是在两缝房架之间，安设檩条组成间。它的不足之处是用料纤细，难于承受厚重屋面的荷载，因而在中国北方很少使用。更因落地柱较多，难于构成较大的完整空间。为此，在中国南方可以看到另一种做法，即在同一座建筑中，中间用抬梁式结构，两端用穿斗式结构，以满足较大室内空间的要求。

2穿斗木结构的震害情况

2.1木结构房屋破坏情况

虽然穿斗木结构具有较好的抗震性能，但在以往地震中，穿斗木结构的一些薄弱环节还是被显现出来。穿斗木结构在以往地震中出现过破坏，这些破坏主要有以下几个方面:(1)木柱折断。穿斗木构件在制作过程中，对柱子的截面削弱比较大，榫口比较密集。在地震中木骨架变形比较大，使木柱在截面削弱处折断。此类破坏主要表现在楼板层标高纵横向处。此外还有因为木柱接长处接榫不牢固而折断。个别木柱的选材不当，在有较大承载力的截面上，出现了木节疤，形成薄弱部位，在地震中木柱也易在此处折断。(2)梁、柱、檩等构件连接不牢固导致的木骨架破坏。总纵横向木梁和木柱连接用的是榫(多为燕尾榫)。由于木材的硬度不大，木材干缩后榫节点会松动，地震中若震动比较大，则会发生脱榫现象。楼板层搁栅和横梁连接处的燕尾榫太短，地震时榫口拉脱，从而导致楼盖塌落。(3)屋架倾斜或倒塌。屋架破坏的原因比较多，其中最主要的是穿斗木构架房屋的侧向刚度比较小，特别是纵向刚度比较小，在地震中出现摆动，地震后房屋倾斜。横向整榀木构架未被穿枋贯穿，使各柱及横梁位移过大，导致房屋倾斜或倒塌。(4)柱脚与柱基出现移动。柱子和柱基(柱脚石)没有用榫头相连时，木柱直接放在柱基(柱脚石)上，地震时由于水平晃动引起柱与柱基之间发生平移错动。还有的出现柱根翘起，柱子吊空或下落。(5)房屋高、屋面坡度比较大、屋顶的重量比较重，上重下轻导致房屋的破坏；木构件腐朽，一些房屋年久失修，木构件腐朽剥蚀，截面削弱，地震时首先破坏进而引起其他构件的破坏。

2.2墙体破坏情况

在某些地区，由于受经济、地理、气候等条件的影响，穿斗木结构围护墙体多数用土坯墙、土筑墙，也有粘土砖、石墙、空心砌块等。穿斗式木构架房屋墙体属围护结构，不承重。在以往地震中，土筑墙震害比土坯墙轻，粘土砖墙体的震害更轻。土坯墙破坏程度由重到轻为山墙到后墙。(1)山墙破坏。主要表现为山尖倒塌、楼板层以上至山尖墙体全部倒塌，山墙从根部全部倒塌。(2)后墙破坏。主要表现为楼板层以上墙体外闪，或者局部倒塌。(3)山墙与后墙转角部位破坏。主要表现为连接处拉裂或塌落，这是比较普通的破坏现象。(4)金包银墙破坏。这种墙体为在土坯墙外侧或内外两侧另贴无拉结措施的120厚粘土砖而成的夹心墙。这种墙体在地震作用下，墙体内的土体对外贴砖产生推挤作用，导致墙体大片剥落倒塌，即使在新建房屋中也有出现。

3穿斗木骨架房屋抗震措施

3.1剪刀撑的设置

我们知道结构静力的特点，结构在纵向最大变形发生在中柱标高以下部分，主要是由于结构中柱在纵向没有支撑，使纵向抗侧移刚度较小，整体性差，鉴于此，本文建议采取钢结构设计中的方法，即在纵向木柱之间设置剪刀撑，剪刀撑和上下弦之间用螺栓连接。

3.2枋的设置

虽然现有的木结构房屋也设有枋，但枋的主要作用是为了加强节点的连接，而为了提高穿斗木结构房屋的整体空间性能，本文建议在穿斗木结构房屋的柱上下端同样也设置枋，枋可以设在木梁的下方，但不同的是，枋应贯通各木柱，使其作用类似于砌体结构中的圈梁，使整体结构形成“弱框架”，既可以增强结构的整体性，又能够保证节点的耗能性能。

3.3加强檩、条、梁连接之间的连接

虽然节点的存在能使结构顶部加速度响应减小，但由于这样的半刚性连接使整体刚度较小，导致结构顶部位移较大，而当位移较大时，节点比较容易松动甚至脱落，从而引起结构倾斜，甚至倒塌。因此，应在保证节点耗能性能的前提下，适当增强节点的连接。在施工时要认真扣榫，保证榫卯节点紧密；檩条和穿斗木柱顶的连接节点应采用燕尾榫，而不宜用平榫，且燕尾榫长度不能过短；梁柱节点接头可在梁下设置托木，这类似于钢结构梁柱螺栓连接时在梁端下设置的钢托板，这样可以将梁端剪力传递给托木来承受，从而提高梁的抗震抗剪性能。

3.4加强围护墙体与构件的连接

在穿斗木结构房屋中，围护墙属于非承重墙，且主要采用生土筑成。在地震中由于墙体和木构件之间缺少有效连接，使倒塌伤人事故时有发生。为了增强连接，可以沿墙高设置藤条、竹条等做成的拉结网，类似于砌体结构中的墙体水平构造钢筋，或者沿木梁长度方向每隔一定间距钉上双面木板夹住隔墙，以防止地震时墙体倒塌。

总结：现在新建的穿斗木骨架房屋主要集中在经济不太发达的地区，人们生活水平比较低，如何把现在比较实际可行的方法普及到当地，是村镇房屋抗震效果好坏的关键，达到节约木材，并居住安逸，抗震效果好的目的。

参考文献

[1]黄玲.穿斗式木构架房屋抗震性能研究[D].上海:同济大学,2011.

[2]黄玲,陈世鸣穿斗式木枸架房屋中的榫卯节点性能研究中国科技论文在线,2011.

[3]何玲.单层穿斗木农房的抗震性能研究[J].建筑技术开发,2007,34(6).