天津市典型老旧民居抗震能力分析1

姚新强 陈宇坤 杨绪连 高武平



天津市典型老旧民居抗震能力分析

姚新强 陈宇坤 杨绪连 高武平

（天津市地震局，天津300201）

本文对天津市典型老旧民居进行了抗震能力分析，介绍了它们的结构形式，抗震性能。并根据相应的规范和标准，对其中一幢民居楼进行了抗震能力分析和鉴定。研究表明，在遭受Ⅶ度小震时，顶层中等破坏；Ⅷ度中震时，顶层严重破坏；Ⅸ度大震时，顶层倒塌。建议尽快进行抗震加固。本文指出了抗震薄弱环节，并给出了抗震加固措施。本文可为天津市典型老旧民居的抗震加固提供科学依据和技术支持。

典型老旧民居 抗震加固 抗震薄弱环节 抗震能力

引言

天津市典型老旧民居是指中国近代时期，在天津九国租界内由各国列强、军阀、巨商、政客修建的大批建筑风格各异的“小洋楼”。这些“小洋楼”多具有100多年的历史，其中有些被用作企事业单位办公的“小洋楼”得到了较好的维护和修葺，而作为民居的“小洋楼”现状和抗震性能则令人担忧。目前，专门针对天津市“小洋楼”结构抗震方面的研究和分析较少，而民居“小洋楼”主要分布在天津市和平区的劝业场街区和“五大道”街区。这一地区是天津市人口密集、商业发达的城市中心，同时坐落在这里的“小洋楼”还具有一定的历史文化背景和文物价值。根据国家新一代地震动参数区划图及天津市和平区的地震小区划，和平区抗震设防烈度为Ⅷ度，其设防烈度较高，为此就很有必要探讨上述这些保护性“小洋楼”的抗震问题。本文选取天津市劝业场街区一栋典型老旧“小洋楼”，按抗震鉴定标准进行了鉴定，进一步判断了其在不同烈度下的破坏状态。一般而言，老旧民居经第一级鉴定便可知是否需加固或拆除，但对古老保护性建筑则需详细鉴定与计算，研究这些典型老旧民居的抗震能力，指出抗震薄弱环节，为它们今后确定保护方案和抗震加固提供科学依据和技术支持，本文对这方面的工作具有参考意义。

1 民居结构特点

民居大致可分为两类：一类民居为日租界时日本所建，一般为两到三层砖木结构，石灰砂浆砌筑，房型简约（图1）；另一类民居大多数是名人旧宅，目前被列为天津市历史风貌建筑，分不同等级得到保护，一般多为地上三层，地下一层的混合结构（图2）。民居的共同点是屋顶采用木结构，有些民居在1976年唐山地震后木结构屋顶震塌，采用预制板结构；中间楼顶采用混凝土结构，墙体采用砖、石灰砂浆砌筑，挑梁、门窗过梁等采用混凝土结构（图3）。历经100多年，尤其是经过唐山大地震的考验，大部分民居得已保留下来，有的还经过局部整修，说明这些民居在抗震方面有一定的优势，主要表现在：①砌筑材料强度较高，宏观估计普通砖强度大于MU10，石灰砂浆强度大于M10；②楼顶多采用木结构，轻屋盖结构体系对抗震十分有利；③墙体较厚，多为370mm，且墙体横向间距小，内承重墙较多（图13、图14）；④建筑高宽比较小，层数较少，抗倾覆能力强。

2 民居抗震薄弱环节

这些老旧民居早已超过设计使用年限，尤其是遭到唐山地震的破坏，有的经过大修，外部增加了圈梁和构造柱（图4），有的屋顶震塌后采用预制板结构。总体来看，在抗震方面存在以下薄弱环节：①墙体老化、侵蚀严重，墙体上部或基础出现酥碱、剥落和缺失（图5、图6）；②门窗过梁过短，且过梁和墙体无拉结（图3）；③承重门窗间墙最小宽度仅为0.37m，按《建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）》（中华人民共和国国家标准，2010）7.1条规定，Ⅷ度时不宜小于1.2m，见图3中圆圈区域；④结构无圈梁和构造柱等构造措施；⑤有的木结构楼顶木架腐蚀严重，有的预制板楼顶，预制板间开裂（图7）；有的中间楼层现浇混凝土楼板，腐蚀严重，钢筋裸露，且多数为单向配筋（图8）；⑥木结构楼梯和墙体缺少必要的连接（图9），曾有一栋民居发生楼梯塌落事故；⑦民居多数出租，人员混杂，搭建简易阳台（图10），顶层搭建房屋，砌筑强度低，且与屋顶无连接（图11），楼道口用作厨房或堆积杂物等情况较多（图12）。这些临时增加附件与主体结构的连接不足，地震时非常容易掉落、倒塌，甚至堵塞楼道，造成人员无法逃生。总体来看，原结构具有一定的抗震能力，但是随着材料的腐蚀严重，以及扩建、改造不当，更重要的是缺少必要的抗震加固和维护，使得这些民居的抗震能力降低明显，同时也亟需做进一步的分析。

图1 日式砖木结构

图2 混合结构小洋楼

图3 砖混结构

图4 加构造柱结构

图5 横墙上部酥碱

图6 纵墙基础缺失

图7 屋顶预制板开裂

图8 中间楼顶混凝土结构

图9 木结构楼梯

图10 出屋面阳台

图11 顶层搭建房屋

图12 楼道口堆杂物

3 民居抗震能力指数分析

本文采用《建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）》（中华人民共和国国家标准，2009）中的楼层平均（综合）抗震能力指数，基于基本设防烈度为Ⅷ度，分别在“设防三水准”下，进一步分析民居的抗震能力。选取和平区甘肃路36—38号的1栋两层砖混结构民居为研究对象（图3）。该栋砖混结构民居的普通烧结砖强度为MU10，石灰砂浆强度为M10，外墙厚度为370mm，内墙厚度为240mm，最小墙体宽度为370mm，单扇门宽度为791mm，窗户高度为1740mm，双开门高度为2420mm，宽度为1125mm，单开门高度为2420mm，宽度为800mm，层高均为3.57m，建筑高度为7.14m，建筑总长度为19.8m，总宽度为13.8m。其结构平面图如图13、图14所示。

图13 一层平面图

图14 二层平面图

图15 墙体斜裂缝

图16 出屋面阳台顶棚

图17 出屋面阳台底面

图18 屋顶活动板房

根据《建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）》（中华人民共和国国家标准，2009）的第1.0.4条规定，在70年代及以前建造经耐久性鉴定可继续使用的现有建筑，民居按A类建筑进行抗震鉴定。参照《天津市和平区地震小区划报告》的结果，所研究的区域不存在软弱土、饱和沙土和饱和粉土或严重不均匀土层。同时按照《建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）》（中华人民共和国国家标准，2009）第4.2.2条的规定，本文所研究的民居可不进行其地基基础的抗震鉴定。

第一级鉴定中不符合要求的是：一层基础墙体酥碱（图5），剥落严重，缺失较多（图6和图9），极易造成上部墙体开裂、下沉，甚至倒塌。二楼厕所间承重墙体45°开裂，且裂缝较宽（图15），中间楼板为现浇混凝土，木制楼梯与墙体无连接（图9），阳台搭建的简易顶棚容易塌落（图16），门窗过梁为混凝土预制件，长度不足且与墙体无拉结（图3），阳台挑梁及混凝土底面酥碱开裂严重（图17），唐山地震后顶层木屋架塌落，改为预制板结构，预制板间开裂（图7），顶层搭建活动板房与屋顶缺少必要的连接（图18圆圈区域）。按照《建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）》（中华人民共和国国家标准，2009）第5.2.4规定，Ⅷ度区两层砖混结构至少应隔层设置圈梁，实际无圈梁布置和配筋。按照《建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）》（中华人民共和国国家标准，2009）第5.2.8条规定，Ⅷ度区内承重的门窗间墙最小宽度不宜小于1.2m，而实际最小宽度为0.37m（图3），木制隔墙与两侧墙体无拉结，与屋顶也无连接。一级鉴定不符合的项目较多，还需要进行第二级鉴定，分析楼层平均和综合抗震能力指数。

表1列出了抗震墙的面积和抗震墙面积率，纵向抗震墙面积率小于横向，底层和顶层的抗震墙面积率双向基本相当。表2列出了在小震、中震和大震下楼层平均抗震能力指数β，按《建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）》（中华人民共和国国家标准，2009）中的算式计算，即：

β= A/(A_bξ_oλ)

式中，楼层抗震墙面积率如表1中的数值；基准面积率ξ_o，按《建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）》（中华人民共和国国家标准，2009）附录B表，横墙有门窗，纵墙也有门窗情况取值；烈度影响系数按Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度分别取值为1.0、1.5、2.5。

表1 抗震墙面积和面积率

表2 楼层平均抗震能力指数

续表

从表2可以看出，各楼层在Ⅶ度、Ⅷ度（设防烈度）、Ⅸ度时纵横向平均抗震能力指数均较高。因纵向抗震墙面积率小于横向，其纵向楼层平均抗震能力指数较低；因底层地震剪力较大，其基准面积率较大，所以底层纵向最低；但楼层抗震平均抗震能力指数均大于1.5。楼层平均抗震能力指数更多的考虑了楼层纵横墙体的强度、面积率、开门窗数和楼层数，没有考虑屋面、楼顶等结构和抗震构造措施等方面，不过通过楼层平均抗震能力指数可以佐证唐山地震中，各楼层抗震墙保持较好的原因。

表3列出了楼层综合抗震能力指数β，按《建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）》（中华人民共和国国家标准，2009）中的算式计算，即：

β=β

式中，为体系影响系数，按《建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）》（中华人民共和国国家标准，2009）表5.2.14-1取值；为局部影响系数，按《建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）》（中华人民共和国国家标准，2009）表5.2.14-2取值。

表3 楼层综合抗震能力指数

一般来说，以往在唐山地震之后由大量的震害资料统计分析所得的震害与楼层综合抗震能力指数的判别式，有如下的关系（杨玉成等，1982）：

1.0≤β＜1.2 轻微损坏

0.6≤β＜1.0 中等破坏

0.3≤β＜0.6 严重破坏

β＜0.3（或0.33） 倒塌

楼层综合抗震能力指数考虑了体系影响系数和局部影响系数的影响，主要不满足条件是屋盖为预制板构件，与墙体的搭接长度不足，并且缺少必要的连接等措施，楼盖、屋盖外墙内墙处均没有布置圈梁，顶层有出屋面的阳台。根据以上判别式和第一级鉴定的情况，即在Ⅶ度（小震时）顶层会中等破坏，底层基本完好；Ⅷ度（中震时）顶层会严重破坏，底层接近轻微破坏；Ⅸ度（大震时）顶层会倒塌，底层中等破坏。因抗震墙砌筑强度较高，地震破坏可能会集中在楼盖、屋盖上，这也可以解释在唐山地震中此民房屋顶倒塌的原因之一。

根据第一、二级鉴定总体分析，应该立即对此民房采取以下抗震加固措施：①基础墙体酥碱、缺失较多部位的修补措施；②窗间墙宽度仅0.37m部位的加固措施；③出屋面阳台挑梁酥碱开裂，且出屋面阳台严重降低抗震能力，建议尽快拆除；④屋盖与墙体的搭接应采取加固措施，确保房屋的整体性；⑤应在楼盖、屋盖处的内外墙体部位设置圈梁，建议设置外构造柱等加固措施。

4 结语

和平区的典型老旧民居主要分布在中心城区人口、商业等核心位置，房龄大多在100年左右，且多数有历史文化背景和一定的文物价值。这些建筑在遭受地震烈度Ⅶ度的小震时，顶层会产生中等破坏；在遭受地震烈度Ⅷ度的中震时，顶层会严重破坏；在遭受地震烈度Ⅸ度的大震时，顶层会发生倒塌，应尽快采取上述措施进行抗震加固，确保结构“小震不坏，中震可修，大震不倒”。今后，还需要对民居的普通砖和石灰砂浆强度进行近一步的确认；对结构进行有限元模拟分析；对结构进行振动台模拟试验；对结构更为复杂的“小洋楼”历史风貌建筑进行抗震能力分析等。

杨玉成，杨柳，高云学等，1982. 现有多层砖房震害预测的方法及其可靠度. 地震工程与工程振动，（3）：75—86.

中华人民共和国国家标准，2009. 建筑抗震鉴定标准（GB 50023-2009）．北京：中国建筑工业出版社.

中华人民共和国国家标准，2010. 建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）．北京：中国建筑工业出版社.

Analysis of Seismic-resisting Capacity for Old Style Dwellings in Tianjin

Yao Xinqiang, Chen Yukun, Yang Xulian and Gao Wuping

（Earthquake Administration of Tianjin Municipality, Tianjin 300201, China）

Seismic-resisting capacity of Tianjin old style dwellings were analyzed in the paper. The structural style and seismic behavior were introduced. Seismic-resisting capacity of a typical residential building was analyzed and appraised in accordance with codes and standards. It shows that the top story of the building will be with moderate damage under earthquake intensity VII, with great damage under earthquake intensity VIII, and with total damage under earthquake intensity IX. Based on the results we suggest that seismic strengthening should be carried out soon. In this paper, we also point out the seismic weak link and the anti-seismic and reinforcement measures which should be given to strengthen the seismic-resisting capacity for Tianjin old style dwellings.

Old typical dwelling; Seismic strengthening; Seismic weak link; Seismic-resisting ability

国家地震社会服务工程项目天津分项与天津市地震局青年基金项目（编号121008）共同资助

2013-04-25

姚新强，男，生于1981年。硕士。主要研究方向：工程抗震、灾害学。E-mail：yxqtjj@126.com

姚新强，陈宇坤，杨绪连，高武平，2014．天津市典型老旧民居抗震能力分析. 震灾防御技术，9（2）：280—288.

2 天津市地震灾害防御中心，2011．天津市和平区地震小区划报告．