生土建筑具有就地取材、因地制宜、施工方便、经济实用的优点，在我国西北农村地区作为一种主要的建筑形式还将长期存在。这类房屋整体性差，承载能力较低，加之场址选择不当，地基处理不善，施工质量无保证，规划布局存在缺陷及农民建房受传统观念的影响等原因，在历次地震中震害较为严重。研究该类结构的抗震性能从而采取相应的抗震措施，对减少地震灾害损失，加快该地区新农村建设具有重大的现实意义。
土木混合承重农房分析以承重体系作为划分生土建筑类型的依据，可将西北黄土地区常见的生土建筑划分为四种类型：
窑洞、木架承重房屋、墙体承重房屋、土木混合承重房屋。本文主要对土木混合承重房屋进行分析。
．1结构形式土木混合承重房屋由土墙和木构架共同承受屋盖的重力荷载和水平荷载，按其屋面的排水形式可分为单坡和双坡两种，相应的房屋结构如图1和图所示。西北黄土地区的农房大多采用单坡屋顶，其具有节省木料、施工简便等优点。
．1．1墙体．38，No．3，在西北地区，黄土作为建筑墙体材料修建房屋已有悠久的历史，当地群众在土料成型方面有丰富的经验，各地方法有所不同。按不同的结构形式可分为夯筑墙和土坯墙。
●／●图1单坡水泥合承重房屋不惹．1 Sketch of single slope wall—夯筑墙是用木板或表面光滑顺直的原圆木作帷幕板，将提前“潮”制接近最优含水量的黄土分层夯筑而成。这种墙体的特点是整体性好，但就成型方法的选择来说，夯筑墙的强度比土坯墙的小¨以1。
土坯墙是将风干的土坯用草泥浆砌筑而成。土坯按不同的制作方法可分为干制坯和湿制坯，湿制坯的强度较干制坯提高很多，但湿制坯砌筑墙体的抗剪承载能力比干制坯砌筑墙体提高得不多，无明显优势心‘31。承重土坯墙的砌筑方式主要有平砌和立砌，平砌法砌筑的墙体稳定性好，试验表明b1，平砌法砌筑的土坯墙在反复荷载作用下，滞回环呈梭形，表明其抗震耗能能力较强。立砌法砌筑的墙体通常竖缝无浆，因此在水平力作用下被挤密后易沿水平缝剪坏，墙体的滞回环呈z形，说明其抗震耗能能力不如平砌法砌筑的墙体高。两种土坯墙的滞回环在加载后期滑移较大，说明土坯墙的抗倒塌能力颇佳。
．1．2木构架土木混合承重农房中的木构架大多为简单木构架，即仅在房屋的中部由梁柱、檩柱或木桁架柱构成简单木构架，且多数农房的木构架连接不够可靠，在水平力的作用下难以形成几何不变体系。因此，土木混合承重结构房屋的整体性较差，强度分布不均匀。
．2震害特征H“土木混合承重房屋屋顶的重力荷载由木构架和土墙两种不同类型体系共同承担。木架的抗剪刚度较小，墙体的抗剪刚度很大，在地震过程中结构的受力状态比较复杂，尤其两种结构类型的过渡部位。
地震开始时，两种结构类型过渡处的墙体承受着主要的地震作用，随着地震作用的增强和持时的增长，木构架与墙体接触的部位由于两种体系的运动相位差而引起梁檩、木柱对墙体的冲撞，重砸时墙体产生竖向裂缝、疏裂，或局部塌落、梁檩拔出，甚至屋架倾落。木架承重部分因受破坏的影响，使边跨部位梁檩产生一定的扭动错位，甚至使混合承重部位整体落架。除上述过渡部位破坏引起的震害特征外，土墙和木架还各自具有不同的震害特征。
．2．1土墙的震害特征生土墙是一种脆性结构，抗剪抗拉强度低，在水平荷载作用下容易发生脆性的剪切破坏。历次地震灾害资料的统计表明，6度时，房屋四角和与木柱接触的土坯墙出现竖向裂缝；7度时，四角和与木柱接触部位的竖向裂缝加宽，砌筑质量较好的平砌土坯墙仅出现轻微的斜裂缝，对于部分施工质量较差的土木混合承重农房抗震性能初探——郑山锁，等墙体也会出现严重斜裂缝，甚至疏裂；8度时，立砌法砌筑的土坯墙沿水平缝破坏严重，平砌法砌筑的土坯墙斜裂缝开展较快，常出现山墙和后墙外闪现象，少量房屋整体结构倒塌。
．2．2木架的震害特征土木混合承重农房中的木构架一般木料较稀，材质较差且拉接杆件不齐全。常见的震害有：7、度时出现拔榫或榫头折断而引起屋架塌落；在土墙退出工作后，由于过渡部位的严重破坏也会出现柱脚移动而引发的屋架倾斜、倾倒。对于连接可靠的木架来说，土墙退出工作后会起到第二道抗震防线的作用，而不至于使屋盖立刻倒塌。历次地震资料表明，土木混合承重结构房屋木架本身的损坏一般较轻。
现有瓦屋面土木混合承重房屋，在地震时梭瓦或屋檐砖掉落、脊砖或脊瓦闪落及屋盖滑落现象更为常见，往往是造成地震时人员伤亡的主要原因。
抗震措施与建议通过震害资料和结构受力状况的分析，土木混合承重农房的抗震性能除与材料本身的抗剪、抗拉强度有关外，在建房的过程中有意识地采取一些抗震措施尤为必要，而现有农房在构造措施方面尚存在许多问题，从而导致此类房屋震害较为严重。为提高土木混合承重农房的抗震性能，提出以下几点建议。
．1提高抗震减灾意识，加强抗震设防监管力度现有混合承重农房的抗震性能较差，除了农民建房受传统观念的影响以外，一个重要原因是农民不懂得怎样进行抗震设防。这就要求政府职能部门加强农房建设抗震减灾知识的宣传，建立健全村镇房屋抗震减灾法规政策体系和管理机制。根据西北农村现有的经济条件和传统观念，建议农房建设中采取“统一设计，自主施工”的方针，以提高农房抗震设防水平。
．2科学选择居民宅基，合理进行建筑布局历次震害资料表明，地震时建筑物的破坏与建筑场地条件有很大关系。为提高房屋的抗震性能，选择宅基时应对诸如地质、地形地貌、土质条件、地下水埋深，以及地震时可能引发灾害的山前、黄土边坡前缘、山嘴等地带进行全面考察，尽量避开危险区和不利区。
进行建筑布局时。在保持地方传统建筑风格的同时，力求采取有利于抗震设计的平面布置形式。
房屋的平面布置尽量简单对称，木构架的布置力求对称。对某些地区为节省木料而采用的三个开间仅一侧一道木架的布置形式应该严格禁止，这种结构布置方式对抗震极为不利。对于西北地区广泛采用的单坡屋顶庭院式建筑，相邻房间宜采用相同的进深和高度。
．3重视地基处理黄土地区农村民房建设中大多采用开挖深lm、宽lm的槽，然后设石基础或采用填土分层夯实的办法来处理地基"’。采用石基础时，不宜选择圆度较大的卵石并进行强力夯实；采用素土回填基础时，夯实的强度要适当加强。建议采用“三七”灰土作为填土来处理黄土地基，其具有容易达到地基设计强度，施工质量易控制，能消除或部分消除黄土湿陷性的优点，且成本增加不多。
．4保证土墙施工质量，加强抗震构造现有农房的承重土墙有土筑墙、土坯墙和砖柱土坯墙。土坯墙具有现场劳动强度低，施工不受季节限制，工期比较短的优点，建议有条件的地区尽量采用土坯墙，选用砖柱土坯墙时应采取相应的构造措施。
为提高土坯墙的整体性，土坯墙应采用平砌法砌筑并力求泥浆饱满，砌筑泥浆宜用草泥浆；墙体砌筑时，在纵横墙交接处必须咬槎砌筑，当不能同时砌筑时应采取放坡留踏步槎，不宜留马牙槎，严禁留阴槎；在纵横墙及木架与墙体交接处，沿墙高每隔六皮土坯用秫秸、苇箔、竹片、荆条、草绳等加强拉结，每边伸入墙内不得小于1m；在山墙顶各设置一道木梁与前、后托梁构成闭合组合梁，组合梁不仅能增加屋盖的刚度而且可有效地将屋盖系统与墙体顶端联系在一起，从而在强震中能阻止墙体的平面外倒塌。
．5加强木构架的连接，提高抗震性能木架本身应构成抗侧力结构，在反复地震作用下，木架在土墙退出工作后成为第二道抗震体系，应具有抵御屋盖整体倒塌的能力。为提高木架本身的抗震能力，建议木架制作时采取以下措施：
木架应用穿榫形式连接；为增强木构架的侧向稳定，应在梁柱、檩柱间增设夹板斜撑，斜撑应用螺栓或大扒钉与梁柱连接；对于单坡水混合承重房屋，因开设门窗洞而严重削弱前墙抗侧移能力的情况，纵向应设置斜撑；房顶檩条宜贯通整个屋面，并用大扒钉与柱连接。
抗震性能验算对如图3所示的西北农村常见的单坡水农房进行抗震验算，本例仅考虑水平地震作用，抗震设防烈度取8度，地震加速度为0．29。
也，三鞫 一—莩 4也 8 ：1 矶“．2 250。
．．]200 4如 200]．一屋架；2一r]洞；3一窗洞；4一立柱；5一屋面；6一土托梁；7一檩条图3房屋平、剖面示意．3 The plane layout and cn)∞sex；单层土木混合承重农房的计算假定：
土坯抗压强度不小于0．4MPa；加木圈梁后，屋面按刚性考虑；墙体承担水平地震作用。
．1 生土墙体破坏准则与抗剪强度砌体的破坏准则是判别墙体结构是否破坏的依据。工程中，砌体剪力墙均可按平面应力状态分析哺]。砌体抗剪强度的计算主要采用主拉应力强度理论和Coloumb强度理论。工程实践中应用最多的是Mohr-Coloumb准则，其较为客观地反映了破坏面上正应力与抗剪强度之间的关系，并体现了土强度的摩擦性，形式简单，参数易于确定，并可在一定范围内保证较高的适用性，受到工程界的普遍欢迎。
但这个强度理论有两个不足：①假设中主应力对土的破坏没有影响，与大量的试验结果不符；②通常令其强度包线是直线，亦即内摩擦角9不随围压d，或平均主应力P变化，与大量试验结果不符归1。
生土结构中墙体既是承受竖向荷载的受压构件，亦是承受水平荷载的抗侧移构件，尤其是抗震设防区生土墙体承担了几乎所有的地震作用，墙体处于平面剪一压复合受力状态。依据试验结果，可将准则改进为适合墙体的表达式：
，v，。=厶．。4-卢口，式中，工．。为压应力下墙体抗剪强度平均值；厶，。为砌体抗剪强度平均值；盯，为竖向压应力；P为摩擦系数，对于土筑墙，取口=tan-cp，对于土坯墙取产=声taII妒；妒为土的内摩擦角；p为修正系数。
以黄土为例，计算土坯砌体抗剪强度设计值。
土坯砌体受剪时变异系数取艿。=0．2，生土结构的材料性能分项系数取7，=1．7，则土坯墙体的抗压强度设计值为：
厂：丛暑竽型：o．瓴试验测得砌筑泥浆抗压强度高达1．8MPa，则砌体的强度由土坯强度决定。土坯墙的抗剪强度设计值可表达为n刑：
厶=矗。√，式中，后．对于土坯墙取0．06。
在剪压复合作用下的抗剪强度设计值为：
，=|内+∞q L嫡式中，盯。为永久荷载设计值产生的水平界面平均压应力。
。∥为墙体轴压比。为防止斜压破坏的产生，仃oIf≤0．砌体抗震抗剪强度设计值工。计算公式为…1：
厶=善。工式中，^为非抗震设计的砌体抗剪强度设计值；f。
为砌体抗剪强度的正应力影响系数，土坯砌体可借用砖砌体的主拉应力破坏理论公式，即取：
南√1+o．45工式中，叮。为对应于重力荷载代表值的砌体截面平均压应力。
．2水平地震作用计算依据我国抗震设计规范n1|，土木混合承重农房可主要计算结构在多遇地震作用下的抗震承载能力：按反应谱理论计算地震作用，用弹性方法计算内力及位移，并用极限状态方法设计构件。对于重要或有特殊要求的建筑结构，尚应采用时程分析法进行补充计算，并进行大震作用下的变形验算。
本例可近似为单质点结构体系，因此采用底部剪力法计算其水平地震作用，计算简图如图4所示。
图4计算简图．重力荷载代表值：
土木混合承重农房抗震性能初探——郑山锁，等∑G；等效总重力荷载：
。
式中，c对于单质点体系取1．0。
底部总水平地震作用标准值：
． FEk=口1 G。
式中，口．为相应于结构基本自振周期的水平地震影响系数，口一为水平地震影响系数最大值，8度时取．16。土木混合承重结构的自振周期在0．1s左右，取口l=口一=0．总层间地震剪力标准值：
既地震剪力设计值：
，n圪式中，7Eh为水平地震作用分项系数，取1．3。
．3墙体的抗震能力根据墙体的抗侧移刚度将总地震剪力设计值分配到各片墙上。
墙体截面的抗震受剪承载力按下式验算¨2】：
≤掣，式中，y为墙体剪力设计值；A为砌体抗震受剪强度设计值；A为墙体横截面面积；y。。为承载力抗震调整系数，土坯墙按1．0采用。
墙体抗震验算结果如表1所示。计算结果表明，采取合理抗震构造措施的土木混合结构房屋可以满足8度抗震设防要求。
表1墙体抗震能力验算彻结语生土建筑除具有就地取材、施工方便、经济实用的优点外，还可以节约资源、保护环境，对于生态比较脆弱且经济条件相当落后的西北黄土地区来说，无疑是该地区可持续发展的很好选择。目前，土木混合承重房屋作为生土建筑中抗震性能较好又节约木料的结构形式已在该地区广泛采用，因此加强这种建筑结构的抗震研究，以寻求抗震性能良好、经济合理、施工简便、技术成熟的农房结构具有重要的理论价值和现实意义。·
