当地自建民房使用最多的墙体建筑材料为砖及土,在木结构中,墙体一般仅作为围护墙,不承担承重作用,砖木结构墙体同时也作为承重构件,除了施工工艺粗糙之外,无论是木结构或是砖木结构,墙体之间缺少连接性造成的整体抗震薄弱是该地区房屋最显著的特征。本次地震中,震中多数建筑墙体出现损伤,除了地震中作用,施工工艺不严谨是造成这些损伤的最直接因素。
3.1.1 生土墙的震害
生土墙体一般有夯土墙和土坯墙两种,大部分生土墙为土坯结合夯土墙的形式,山尖墙使用土坯,下部为夯土墙。由于施工过程及选用材料等步骤未按严格程序进行,本次地震中土质墙体受到了严重的震害。
(1)夯土墙夯逢处理不严密。永宁地区夯土墙体多使用板筑法,施工时使用夯土模具(两块夹板、若干跟站杆以及夯锤),用木板做边框,在框内填土框外用木柱支护,然后用木锤打实[5],采取支一板模、夯一板墙的模式,部分夯土墙在同一夯筑层左右两侧夯筑土墙段的交界处以及上下两层夯土墙交界处未作紧密连接,导致上下层间的夯逢以及左右段的夯逢在地震中形成薄弱点(图6),严重时墙体沿夯逢破坏,造成墙体局部倒塌甚至整面墙体的损坏。
图6 夯土墙的震害Fig.6 Seismic damage of puddle walls
(2)土坯墙离散性大。木结构山墙面多为山尖墙使用土坯,下部采用夯土的模式,土坯与土坯之间一般仅用泥浆作为平砖缝,泥浆自身强度较低,致使土坯墙整体离散性较大,无法有效抵御地震,地震中土坯墙也会与木构架相互作用[6],即使震级较低,土坯墙也容易产生发生土坯散落的现象(图7(a))。
(3)木构件与土墙相互作用。木材与土墙材料特性不同,木材属于柔性构件,变形能力较大,厚重的土墙则为脆性构件,变形能力较弱,因此木结构中木构件与墙体会产生一定相互作用,使结构受损。宁蒗地区常将木柱包裹进围护墙内,本质上是为了防火、减少地震时木材与墙体的相互作用,但在实际中由于土壤选材不够科学严谨,夯土墙墙体强度较低,木柱与土墙变形不协调,不少土墙因此受损(图7(b)(c)(d))。除此之外,使用夯土墙作为围护墙的木结构,由于当地普遍使用歇山顶,屋顶较为宽大,部分包裹在墙体内的柱子长期受到较大压力,在徐变的作用下产生了一定幅度的弯曲,木材的弯曲作用于脆性构件夯土墙上,地震未来时便已产生内部损伤,地震后多数木结构外围护墙包裹木柱的地方均出现较大开裂和损伤(图7(e))。
图7 土墙与木柱相互作用造成的震害Fig.7 Seismic damage caused by the interaction between earth wall and wooden column
3.1.2 砖墙的震害
宁蒗地区砖墙普遍应用于砌体结构及砖木结构之中,许多居民住宅习惯设置砖柱提高墙体对木构件的承载能力。本次地震震中不少砖墙由于受到剪力作用及扭转效应出现严重损坏,砖柱也未能起到抵御地震的作用,许多砖柱受剪破坏严重;部分木结构承重构件因屋顶构造需要穿墙而过(图4(b)),或是将竖向承重构件简单包裹于木柱之中(图5 (b)),地震中木构件与墙体相互作用造成建筑墙体损坏。
(1)墙体未设置构造柱。调查发现,多数使用砖墙作为围护墙的木结构或砖木结构,尤其是单层房屋,不仅缺少圈梁、构造柱,纵横墙交界处也不设拉结筋,仅靠砖头咬磋及砂浆强度连接,无法有效抵御地震。在本次地震中,不少砖墙、甚至是新修建的房屋也出现内分割墙与外墙拉脱、连片的贯穿斜裂缝、X裂缝等现象(图8)。
图8 未设构造柱墙体的震害Fig.8 Seismic damage of masonry wall without column
(2)木构件与墙体变形能力不一致导致的相互作用。木构件与墙体相互作用导致墙体损坏的因素主要有两种,第一种情况主要是因为当地少数民族民居传统习惯建造歇山式屋顶,为了支撑戗脊之间的屋架,当地居民将挑梁穿过墙体,或直接将墙体作为挑梁的承重墙(图2(b)图3(b)),当建筑受到地震作用时,由于挑梁与前方木结构相连,对墙体会产生撬动作用,导致墙体出现一字形裂缝,挑梁深处部位的洞口也成为墙体的一个薄弱点(图9)。第二种情况是由于当地部分砖木结构、木结构习惯将木柱包裹于墙体内,由于装饰作用木柱尺寸与墙体宽度相同,许多房屋的内外墙、隔墙基本等同于相互分离的状态,地震后许多墙体出现于木柱脱开、歪斜甚至整面倒塌的情况(图 10(a))。
图9 木梁撬动砖墙造成损坏Fig.9 Seismic damage caused by wooden beams leveraged masonry walls
(3)砂浆灰缝不合规。作为砖墙中砖块之间的粘结剂,砂浆的强度与抹浆方式非常重要,不和规的砌筑砂浆会加大墙体的离散性,该地区不少砌筑砖墙的砌筑砂浆存在肉眼可见的问题:竖向灰缝存在瞎缝甚至透明缝;砂浆层厚度不合格,在实际调查中,许多砖砌墙体存在水平灰缝过大、过小、同层砂浆厚度不均的现象;砂浆强度总体偏低,从开裂的墙体可见,多数砖墙由于砂浆带破坏导致开裂,而砖块则相对完好(图 11)。
图 10 不合理的木柱设置方式造成的震害Fig.10 Seismic damage caused by incorrectly installed wooden columns
图 11 砂浆缝的震害Fig.11 Seismic damage of mortar joint
(4)砌体墙砖柱砌筑不合规。在砖墙上设置砖柱是该地区常见的情况,但是由于设置的砖柱多采用包心砌筑的方式(图 12(a)~(h)),里外皮砖层互不相咬,只将砌外面一圈用砖砌,形成周边通天缝,使得砖柱承载能力大幅下降,无法有效抵御地震对墙体及砖柱的作用,容易受剪破坏,位于墙角处的砖柱则可能受到扭转效应而损坏(图 13)。
(5)门窗洞口间墙体过窄。震中地区厢房一个开间多为3m左右,一个开间一般设置门洞、窗洞一个,许多院落厢房门洞设置宽为0.9 m,窗洞宽度1.5 m,那么门窗之间的短墙的高宽比就会变相加大,过大的高宽比容易让这些短墙受弯或受剪破坏,最明显的特征就是出现水平裂缝或洞口角点斜向上方裂缝(图 14)。