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不要等到下次地震发生时,才来看这篇文章

消息来源:本网站     发布时间:2017/8/11 8:42:22     浏览次数:

8月8日21时19分,四川阿坝州九寨沟县附近发生7.0级地震,已致19人死亡。

8月9日7时27分,新疆博尔塔拉州精河县发生6.6级地震。

地震灾害学业内人士常说:“杀人的不是地震而是建筑”,历次地震灾害表明,95%以上的人员死亡都是由建筑物倒塌而引起的。

从汶川地震到九寨沟地震,倒塌的大量房屋都是乡镇农村自建的住房,这些房子很少考虑到抗震设计。有些还是颇为古老的砖瓦房,甚至土木房。尤其是土木房的夯土墙壁,本身就容易因为膨胀收缩而开裂。而生土建筑在这些地方比较常见,地震中“土房子”密集的地方也往往是重灾区。有统计显示,云南鲁甸地震倒塌房屋至少80%是土坯房。

但在灾害发生之前,地震频发带的居民建筑质量往往并未得到足够的重视。

提高房屋抗震能力,最难的是什么?——抗震能力强的房子,穷地方盖不起。

作为建筑师,当面对灾难来临之时,应该有着怎样的社会责任与历史使命呢?

青年建筑师万丽给出了自己的答案。 

 

谁说土房子就不能抗震?

 

万丽

 

在经历2008年那次撼动全国的猛烈摇晃之后,地震和灾后重建成了越来越多人关注的话题。很多人都曾经问过,为什么我们国家的地震死伤人数会比某些西方发达国家高出许多?部分原因还得从不同地区的建筑类型说起。

土房子的功与过

地震中房屋造成的人员伤亡,最直接的原因就是建筑物支撑结构失去作用,导致建筑物的屋顶、楼板、墙体等部分垮塌。2008年的汶川地震,2014年的云南鲁甸地震,以及2015年刚刚发生的尼泊尔地震,都造成了相当大数量的房屋倒塌和人员伤亡。在这些地方,生土建筑是比较常见的建筑类型,地震中“土房子”密集的地方也往往是重灾区。有统计显示,云南鲁甸地震中倒塌的房屋至少80%是土坯房。

以传统技艺修建的土房子,抗震性能确实不太好。因为生土材料是一种韧性很小的材料,虽然抗压能力还不错,但抗弯强度(抵抗弯曲不断裂的能力)和抗剪强度(抵抗剪切破坏的强度)都比较差,如果只用生土作为建筑的承重构件,容易造成房屋在地震中“土崩瓦解”,损害人民群众的生命财产安全。

因此,各地方建设部门纷纷制定灾后重建策略,不许再建土房子。村民也是“谈土色变”,摒弃传统,重建的时候选择了砖混结构(砖+钢筋混凝土)的房屋。于是我们看到,越来越多的砖混结构房屋代替了地域特色鲜明的传统民居。住上砖房似乎也象征着摆脱贫困奔小康的美好幸福生活。

云南鲁甸地震中垮塌的夯土民居

 

灾后重建,土房or砖房?

砖混结构的房屋有钢筋混凝土的梁柱框架,页岩砖或空心砖的填充墙体,结构的整体性和建筑材料的强度都比较理想,设计建造得当的话(重要的事说三遍),确实可以满足抗震设防的需求。

但是,在农村地区,砖混结构的房屋就真的是一个普遍适用的最佳解决方案了么? 

并没有……

说起土房子(生土建筑),到过农村地区的童鞋可能对它并不陌生。生土建筑指利用未经焙烧的土壤或简单加工的原状土作为主体材料的建筑。它造价低廉(就地取材不用深加工),热工性能好(冬暖夏凉),建造过程很环保(不焙烧、无排放),是全世界范围内发展中国家广大人民群众喜闻乐见的民居形式。

 

四川凉山州会理县马鞍桥村,一个典型的夯土民居村落

首先,一直沿用土房的地区,往往都是偏远贫困的山区,交通不便,运输物资成本也很高。灾后建材价格本来就飞涨,一块砖成本5毛钱,运到村子里可能又变成了7毛钱,甚至1元。这对本来就不富裕的村民来说,往往是一笔沉重的经济负担。

很多人因为没有足够的资金,一直住在帐篷或者严重损毁的危房里,迟迟不能开始重建。即使完成了重建,却也背上了沉重的贷款。

其次,对建造土房了如指掌的村民,却未必懂得建造(抗震的)砖房。一些灾后重建的砖房虽然用了砖和水泥,但省钱省在了刀刃上,抗震性能大打折扣。如果再来一次地震,很有可能发生更严重的后果。

汶川地震后的某村重建民居

再次,不管是水泥,还是空心砖,这些建材的生产和运输都会产生一定的污染和碳排放。而且和土房相比,砖房的热工性能较差,冬天需要燃烧更多的煤或柴火来取暖,夏天需要开更多的风扇或空调(如果村民有的话)来制冷。这些都会造成更多的能耗和碳排放,也给村民增加了更多的经济负担。

另外,西部很多山村都是少数民族聚居区,建筑依山就势、错落有致,地域特色鲜明。然而灾后重建往往划定一块区域,给个样板房,一套图纸建全村。

村民只能搬离自己的家园,远离自家的农田,住到只有几十平米的重建房,没有了牛棚猪圈,没有了堆放农具谷物的空间,虽然恢复了重建,却没有办法恢复生产,恢复生活。

土房抗震,我可以!

那么,我们真的要和经济、环保、特色鲜明、适合村民日常生活的土房子说再见了吗?其实,专家已经想出了让土房子能抗震的办法。

例如,2008年开始的四川会理马鞍桥村灾后重建和2014年开始的云南鲁甸光明村灾后重建,在香港中文大学、西安建筑科技大学、昆明理工大学等多所高校的合作下,研究和实践了一种新的抗震夯土建筑技术。这种技术简单易懂,操作方便,很适合村民学习和使用。

 

红色部分代表地基、构造柱和圈梁,形成一个具有整体性的框架结构

首先,你需要一个稳固的基础。过去马鞍桥村的村民盖房子的时候对地基不太重视,混凝土的使用也不普及,所以一旦发生地震发生,地基就先分崩离析了,地基上面的墙体当然也没法Hold住。

因此,如果非要用一点水泥才能保证房子的稳固,那一定是用在基础上。

然后,在土墙里嵌入一些构造柱和圈梁,可以把土墙“撑住”,就好像肉里有了骨头,即使激烈摇晃,屋顶和楼板也可以被支撑住,不至于倒下来砸到小盆友和花花草草了。

2009年马鞍桥村重建中,村民正在用一头木、一头铁的夯锤夯筑墙体

有了“骨头”还不够,还要提高“肉”的强度,让“肉”更结实。比如,在土料里面加入非常少量的石灰或者水泥(5%左右),就可以大大提高土墙的强度。

另外,你还在用木质的夯锤手工夯土么?那你就Out啦!赶紧换成铁质夯锤或者用小型机械代替手工,这样也可以大大提高夯筑的紧实度,让墙体更坚实。

2014年光明村灾后重建中,村民正在使用手持式电动夯土机

另外,在土墙里加入一些竹筋和木销,也可以起到一定的拉结作用,就好像在混凝土里加入钢筋,可以让墙体不那么容易“崩坏”。

马鞍桥村的工人正在放置竹筋和木销

合理设置防震缝也可以起到一定的抗震作用。简单来说就是把两个形态差别比较大的建筑体量分开。这样如果地震来了,两个部分摇晃的节奏不一样,就可以你晃你的,我晃我的,不会互相影响和牵扯。(脑海里浮现出一个声音:“音浪,太强,不晃,会被撞到地上”)

马鞍桥第一户重建房:两层楼和一层楼的连接处设置了防震缝

到底有多靠谱?做个实验看看

以上的措施是否真的可以让夯土建筑在地震多发地区免于一死,重获新生?为了理据服,抗震土房还得经过实验的检验。

首先是检测墙体的强度,实验室里检验的方法是从夯好的墙体切取土块,用机器剪切或压土块,直至将其破坏,测试土块的抗剪强度和抗压强度。

另一种更为真实准确的方法是直接进行墙片的现场抗剪实验。在马鞍桥村,结构工程师进行了这种实验:首先在一个混凝土做的框架上夯筑几片墙体(可以调整每片墙体里石灰/水泥的配比,进行比较)。然后用千斤顶对墙体进行顶推(混凝土框架起到支撑千斤顶反力的作用),看多大的力量可以破坏墙体。

马鞍桥村项目的抗压和抗剪实验(红色的那个就是千斤顶了)

这些方法你还是看得不过瘾?那只好“放大招”了。还有一种比较炫酷的实验叫做“振动台实验”。就是做一个简单的1:1的小土房子,然后放在一个可以模拟各种地震波的大振动台上,实验人员一声令下,振动台就开始摇晃,呦,呦,切克闹!看看是否能把上面的土房玩坏掉。

鲁甸光明村项目进行的振动台实验,模拟了各种不同类型的地震波,还特别添加了模拟鲁甸地震的”鲁甸波“。实验结束后,小土房子安然无恙。

 

在昆明理工大学进行的振动台实验现场,左侧为土坯砖房,右侧为夯土房

总之,经过各种实验的科学检验,不管是在四川的马鞍桥村,还是在云南的光明村,新型的抗震土房都完全可以满足当地抗震设防的要求。

授之以渔,土木再生

 

采用抗震土房恢复重建还有什么好处呢?节能低碳环保之外,它还有一个好处就是顺便清理和回收利用了地震废墟中的土和废料,可以实现原址重建,不必再占用新的土地。

此外,这种在传统建筑的基础上做简单改良的方式,经济、易学,很容易被当地老百姓掌握,甚至传承和发扬光大。在恢复重建的过程中,村民学会了一项谋生技能,获得了收入,增加了自信。

在马鞍桥村重建之后,家园还是那个家园,村庄还是那个村庄,邻居还是那些邻居,田地在周边,牛棚、猪圈、鸡舍、粮仓、院落,一样没少,没有欠下高额贷款,没有被迫搬迁,只是家园更安全舒适了。

重建后的马鞍桥村

 

马鞍桥村重建后,村庄很好地保留了地域特色,没有占用新的土地,也避免了“样板房”的千篇一律。

2010年的马鞍桥村,重建完成后,村民开始插秧了

不过,在大规模、快速、标准化的灾后重建和新农村建设中,抗震生土建筑的使用和推广依然缓慢艰辛。一方面,地方政府对这种技术缺乏足够地了解和认识;另一方面,建筑领域也缺乏相应的专业规范和标准。

对政府部门和大众的宣传、对施工人员的技术培训、对相关规范的科研制定,也都需要花费更多投入和时间。开展示范项目,仅仅是迈出了第一步。

现代建筑材料和技术在我们习以为常的都市生活中固然便利易得,但是今天,中国仍然有近一半的人口居住在农村,他们中的相当一部分生活在偏远贫困的山区。

在高唱“城市让生活更美好”的时候,我们也应该知道,城市模式不是唯一的答案,科学研究不仅要为城市解决问题,也要为乡村解决问题,这都是我们肩负的责任。

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