Seismic Performance Analysis and Vulnerability Matrix Construction for Rural Buildings in Southeast Shanxi Province
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摘要: 本文通过对山西省东南部地区
3779 栋典型农村房屋建筑的实地勘察，收集了建筑物的建造年代、结构类型、平立面布置形式、建筑材料、有无抗震构造措施等基本属性信息，统计、归纳了调研区内农村房屋现状，分析了既有建筑现存的抗震隐患；其次，通过建立适用该地区房屋的抗震能力评估标准，计算区域房屋抗震性能指数，对各调查点农村房屋的抗震能力进行初步评价；此外，基于抗震能力评估标准对该地区进行了房屋易损性评估，得出了砖混结构、砖木结构、窑洞及土木结构的易损性矩阵；最后，结合实际震害经验，从农村房屋设计、施工、加固及增强村民抗震设防意识等方面给出了相应的建议。研究结果对摸清该地区农村既有建筑抗震性能具有参考价值，为农村地区建筑物风险防范提供基础资料。Abstract: A survey of 3,779 typical rural houses in southeastern Shanxi Province was conducted to collect key structural attributes, including building type, construction age, elevation layout, materials, and the presence of seismic-resistant features. The current condition of rural houses in the study area was statistically analyzed, and existing seismic hazards were identified. The seismic capacity of rural houses at each survey site was preliminarily evaluated by establishing a regional seismic capacity assessment standard and calculating the seismic performance index. Additionally, a vulnerability assessment was performed based on this standard, resulting in vulnerability matrices for brick-concrete, brick-wood, adobe arch, and earthen structures. Finally, based on real earthquake experiences, recommendations were proposed to enhance seismic resilience in rural areas. These include improvements in housing design, construction practices, structural reinforcement, and increased public awareness of earthquake-resistant measures. The results of the study are of reference value for identifying the seismic performance of existing rural buildings in the region, and provide basic information for the risk prevention of buildings in rural areas. -
引言
我国是一个地震灾害频发的国家，受地理位置、经济状况等因素影响，大多数村镇既有房屋存在明显不利于抗震设计的薄弱环节，且地震作用下易产生严重的人员伤亡和巨大的经济损失，小震致灾，大震巨害已经成为农村地区的致灾规律（葛学礼等，2014；谢礼立等，2016）。新世纪以来，我国发生的历次破坏性地震中，农村房屋抗震表现均不理想，严重破坏甚至倒塌的震害现象十分普遍。震害调查结果表明，农村地区经济发展水平低，抗震意识薄弱，大多数自建房屋未经正规抗震设防设计且缺少抗震构造措施，地震作用下房屋更容易发生屋面破坏、局部甚至整体垮塌，造成极大的人员伤亡和严重的经济损失（郭迅，2009；黄思凝等，2011；周铁钢等，2014；林均岐等，2021；戴必辉等，2021；潘毅等，2023）。由此可见，农村房屋目前仍然是我国抗震薄弱环节，了解农村地区既有建筑抗震性能对减少经济损失、降低人员伤亡具有重要意义。
本文按照调查点房屋数量等比例分布的原则，选取12个调查点共
3779 栋典型农村自建房屋开展实地调研、勘察，有针对性地收集了建筑物的建造年代、结构类型、结构构造与布局、建筑材料、施工质量、有无抗震构造措施、建筑物现状等信息，初步分析了农村房屋结构抗震性能，按结构类型构建了该地区房屋易损性矩阵，在凝练抗震缺陷共性问题的基础上，提出了相应的技术措施和建议以提高农村房屋的抗震性能。1. 农村建筑抗震性能分析
1.1 典型农村建筑调查结果
1.1.1 调查点基本概况
调查地区位于山西省东南部，东邻太行山，西依太岳山，山峦起伏、地形复杂。根据GB 18306—2015《中国地震动参数区划图》，12个调查点中有9个处于设计基本地震加速度0.1 g区、3个处于设计基本地震加速度0.05 g区。调查点位置分布如图1所示，调查结果如表1所示。
表 1 详查结果统计Table 1. Statistics of detailed investigation results序号 调查点 设计基本地震加速度 不同结构类型房屋数量/栋 不同建造年代房屋数量/栋 砖混结构 砖木结构 土木结构 窑洞 20世纪70年代及以前 20世纪80年代 20世纪90年代 2000年以后 1 壶关县 0.1 g 126 55 49 45 79 45 59 92 2 潞州区 0.1 g 131 74 24 16 50 41 52 102 3 平顺县 0.1 g 129 75 34 47 75 68 54 88 4 沁 县 0.1 g 108 68 51 45 86 63 54 69 5 上党区 0.1 g 280 168 72 37 147 88 122 200 6 屯留区 0.05 g 118 62 42 45 68 48 64 87 7 长子县 0.05 g 182 98 64 40 105 84 88 107 8 黎城县 0.1 g 139 69 53 27 74 56 62 96 9 潞城区 0.1 g 194 120 34 15 74 62 75 152 10 沁源县 0.1 g 127 61 87 48 103 68 48 104 11 武乡县 0.1 g 105 64 52 38 63 48 65 83 12 襄垣县 0.05 g 123 58 46 34 55 48 57 101 1.1.2 调查结果分析
从建筑物结构类型来看，该地区常见的房屋结构类型为砖混结构、砖木结构、土木结构和窑洞，各结构类型典型建筑如图2所示。砖混结构房屋多修建于20世纪90年代之后，一般以烧结黏土砖配合混合砂浆作为承重或围护墙体，采用预制板或现浇钢筋混凝土板作为楼盖、屋盖，目前多数建筑物表现良好，能够满足居民正常的使用需求。砖木结构房屋一般建造于20世纪80或90年代，目前仍作为住宅建筑使用，受经济、技术等条件限制，砖木结构大多使用泥浆作为承重或围护墙体的黏结材料，采用木屋架作为水平支撑体系。窑洞、土木结构房屋多建造于20世纪70年代及以前，土木结构一般采用“砖包土坯”墙体，极少数采用夯土墙，水平支撑体系多采用木屋架形式，而窑洞多为依山而建的单层多孔土坯结构。目前，窑洞、土木结构类型房屋大多处于废弃状态，少数经维修、翻新后作为住宅类建筑使用，且居住者以老年人居多。
图3、图4分别为各调查点不同结构类型、不同建造年代农村房屋数量所占比例。由图3、图4可知，在抽查的
3779 栋建筑物中，砖混结构房屋数量最多、所占比例最高，约为总数的47%；其次为砖木结构房屋，约占总数的25%；土木结构房屋占比略高于窑洞，约为16%；窑洞数量占比在12%左右。潞州区、潞城区、襄垣县2000年以后新建房屋比例较高，分别为41.63%、41.87%、38.7%。潞州区、潞城区、上党区砖混结构房屋所占比例较高，分别为53.47%、53.44%、50.27%。沁县、沁源县、壶关县农村建筑中20世纪70年代及以前建筑比例较大，分别为31.62%、31.89%、28.73%，相对其他县（区），窑洞及土木房屋所占比例也较高，分别为35.29%、41.79%、34.18%。从建筑物结构布置形式来看，该地区除部分砖混结构房屋布置形式存在不规则现象外，其他结构类型的房屋平、立面布置均规则。由图5可知，潞州区、潞城区平、立面布置均规则的比例较高，分别为44.27%和46.39%，其他县（区）平、立面布置均规则的比例在30%～40%之间。黎城县、武乡县平面规则、立面不规则现象较严重，比例分别为35.25%和33.33%，而屯留区平面不规则、立面规则问题较突出，占比约为29.66%。在详查的
1762 栋砖混结构建筑中，约44.84%的房屋平面或立面布置不规则，18.56%的房屋平、立面均不规则。
图 5 农村砖混结构不同布置形式比例Figure 5. Proportion of various layout forms of rural brick-concrete structure农村建筑结构的抗剪性能主要取决于砌筑砂浆的强度，实验研究（梁斌等，2020）表明，使用水泥砂浆的房屋整体抗剪性能表现最好，其次是白灰砂浆，使用泥浆的房屋整体抗剪性能表现最差。图6所示为各调查点房屋使用不同砌筑砂浆比例，可以看出，各调查点之间不同种类砌筑砂浆的使用存在较大差异。潞州区、潞城区使用水泥砂浆砌筑的农村房屋比例在60%左右，而沁县、长子县、沁源县、武乡县等地区使用水泥砂浆砌筑的农村房屋比例却不足35%。在详查的所有农村房屋中，使用水泥砂浆砌筑的房屋比例为45.59%，使用白灰砂浆砌筑的房屋比例为31.14%，使用泥浆砌筑的房屋比例为23.27%。
图 6 农村房屋使用不同砌筑砂浆比例Figure 6. Proportions of different constructional masonry mortar of rural houses图7为各调查点房屋设置构造柱、圈梁、圈地梁的情况。其中，潞州区、潞城区农村房屋圈梁、圈地梁、构造柱设置比例相对较高，其他县（区）圈梁设置比例在20%～35%，圈地梁设置比例在15%～30%，构造柱设置比例在3%～10%。由详查结果可知，该地区房屋圈梁、构造柱等必要抗震构造措施设置比例较低，农村房屋整体缺少抗震设防设计。
图 7 农村房屋设置构造柱、圈梁、地圈梁比例Figure 7. Proportion of constructional columns, tied beams and ground-tied beams of rural houses1.2 既有农村建筑房屋现状
基于上述农村房屋详查结果，本文依据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》，从抗震设计的角度出发，将该地区农村房屋现状分为基本完好、非承重墙体有裂缝、承重墙体有裂缝、地基不均匀沉降、墙体腐蚀酥碎、墙体歪闪6类，不同结构类型每种状况房屋数量及比例如表2所示。
表 2 农村各结构类型房屋现状Table 2. Current situation of various structural types of rural houses隐患情况 基本完好 非承重墙体有裂缝 承重墙有裂缝 地基不均匀沉降 墙体腐蚀酥碎 墙体歪闪 砖混结构 数量/栋 1238 222 142 67 38 55 比例/% 70.26 12.60 8.06 3.80 2.16 3.12 砖木结构 数量/栋 488 219 117 57 40 51 比例/% 50.21 22.52 12.04 5.86 4.12 5.25 土木结构 数量/栋 212 150 131 25 69 21 比例/% 34.87 24.67 21.55 4.11 11.35 3.45 窑洞 数量/栋 156 83 70 68 41 19 比例/% 35.70 18.99 16.02 15.56 9.38 4.35 由表2可知，该地区不同结构类型房屋均存在不同程度的破坏，墙体存在裂缝现象显著。砖混结构房屋由于建筑材料性能优良，施工质量较高，房屋现状相对较好；砖木结构房屋竖向构件（砖墙、砖柱）与水平构件（木梁、屋架、檩条）之间往往缺少可靠连接，墙体歪闪现象比较明显；窑洞及土木结构房屋建造时间长且通常缺少地质勘察，建造过程中未对地基进行充分夯实，受风、雨等自然环境因素影响，墙体腐蚀酥碎、地基不均匀沉降等问题较为严重。
2. 农村房屋抗震性能综合评价
2.1 抗震能力评价方法
农村房屋的抗震能力与场地条件、结构类型、建筑材料、施工质量、建造年代、有无抗震构造措施等因素有关。相关学者（曹均锋等，2011；明小娜等，2017；梁永朵等，2018；马旭东等，2019；刘晓丹等，2019；李姜等，2021；郭迅，2021；杨钦杰等，2023）对农村地区房屋的抗震性能进行了研究，基于不同评价指标对农村房屋的抗震能力进行评估，评估结果一定程度上能够反映结构抗震性能状况。通过调研发现，该地区房屋建造年代跨度大且建筑场地选址随意性高，缺少正规抗震设防设计，受经济条件的影响，建筑材料性能和施工质量参差不齐，各类型房屋均存在不同程度的缺陷，难以对其影响因素进行量化，精确评价房屋的抗震能力。为解决这一难题，本文在前人工作的基础上（明小娜等，2017；郭迅，2022），基于结构现状，综合考虑当前结构自身属性特点，根据GB 50023—2009《建筑抗震鉴定标准》计算出楼层综合抗震能力指数作为单体建筑抗震性能指数。
$$ \beta_{\mathrm{c}i}=\varphi_1\varphi_2\beta_i $$ (1) $$ \beta_i=A_i/\left(A_{\mathrm{b}i}\varepsilon_{0i}\lambda\right) $$ (2) 式中，
$ \beta_{\mathrm{c}i} $ 为第i楼层的纵向或横向墙体综合抗震能力指数；${\varphi _1}$ 为体系影响系数；${\varphi _2}$ 为局部影响系数；${\beta _i}$ 为第i楼层纵向或横向墙体平均抗震能力指数；${A_i}$ 为第i楼层纵向或横向抗震墙在层高1/2处净截面的总面积，其中不包括高宽比大于4的墙段截面面积；$ A_{\mathrm{b}i} $ 为第i楼层建筑平面面积；$ {\varepsilon _{0 i}} $ 为第i楼层纵向或横向抗震墙的基准面积率；$ \lambda $ 为烈度影响系数。参照GB/T
50011 —2010《建筑抗震设计标准》，按照烈度高、风险大的原则，建立了适合该地区的群体房屋抗震能力评估标准（表3），通过式（3）、式（4）计算出各调查点群体房屋抗震性能指数，对各调查点房屋整体抗震能力进行评价。表 3 房屋抗震能力评估标准Table 3. Evaluation standard for seismic capacity of buildings序号 群体房屋抗震性能指数 抗震能力等级 对比抗震设防烈度 1 I≥0.35 强 相当于设防烈度达到Ⅷ度 2 0.18≤I<0.35 较强 相当于设防烈度达到Ⅶ度 3 0.09≤I<0.18 中等 相当于设防烈度达到Ⅵ度 4 0.05≤I<0.09 较差 接近Ⅵ度设防标准 5 I<0.05 差 远未达到Ⅵ度设防标准 $$ {I_j} = \frac{1}{n}\sum\limits_{i = 1}^n {{I_{j,i}}} {\text{ }} $$ (3) $$ I=P_{\mathrm{zh}}\times I_{\mathrm{zh}}+P_{\mathrm{zm}}\times I_{\mathrm{zm}}+P_{\mathrm{tm}}\times I_{\mathrm{tm}}+P_{\mathrm{yd}}\times I\mathrm{_{yd}} $$ (4) 式中，Ij为不同结构类型的抗震性能指数；Ij,i为某栋建筑物的抗震性能指数；n为调查点某种结构建筑物总数；I为调查点群体房屋抗震性能指数；Pzh、Pzm、Ptm、Pyd分别为调查点砖混结构、砖木结构、土木结构和窑洞数量占比；Izh、Izm、Itm、Iyd分别为调查点砖混结构、砖木结构、土木结构和窑洞抗震性能指数。
2.2 房屋抗震能力综合评价
基于房屋抗震能力评估标准，结合调研区内房屋各结构类型比例（表4）和各结构类型房屋抗震性能指数（表5），按照公式（4）可计算出群体房屋抗震性能指数，确定其抗震能力等级。
表 4 农村房屋各结构类型比例Table 4. Proportion of various structural types of rural houses编号 县（区） 各结构类型房屋建筑比例/% 设计基本地震加速度 Pzh Pzm Ptm Pyd 1 壶关县 45.82 20.00 17.82 16.36 0.10 g 2 潞州区 53.47 30.20 9.80 6.53 0.10 g 3 平顺县 45.26 26.32 11.93 16.49 0.10 g 4 沁 县 39.71 25.00 18.75 16.54 0.10 g 5 上党区 50.27 30.16 12.93 6.64 0.10 g 6 黎城县 48.26 23.96 18.40 9.38 0.10 g 7 潞城区 53.44 33.06 9.37 4.13 0.10 g 8 沁源县 39.32 18.89 26.93 14.86 0.10 g 9 武乡县 40.54 24.71 20.08 14.67 0.10 g 10 屯留区 44.19 23.22 15.73 16.85 0.05 g 11 长子县 47.40 25.52 16.67 10.42 0.05 g 12 襄垣县 47.13 22.22 17.62 13.03 0.05 g 表 5 农村房屋抗震能力等级Table 5. Seismic capacity grade of rural houses编号 县（区） 各结构类型房屋抗震性能指数 群体抗震性能指数I 抗震能力等级 Izh Izm Itm Iyd 1 壶关县 0.16 0.13 0.07 0.03 0.117 中等 2 潞州区 0.22 0.18 0.09 0.05 0.184 较强 3 平顺县 0.18 0.13 0.06 0.03 0.128 中等 4 沁 县 0.10 0.09 0.05 0.03 0.077 较差 5 上党区 0.16 0.13 0.07 0.04 0.131 中等 6 黎城县 0.16 0.11 0.08 0.04 0.122 中等 7 潞城区 0.22 0.18 0.09 0.05 0.188 较强 8 沁源县 0.12 0.08 0.05 0.02 0.079 较差 9 武乡县 0.11 0.08 0.06 0.02 0.082 较差 10 屯留区 0.14 0.12 0.06 0.04 0.106 中等 11 长子县 0.15 0.11 0.07 0.03 0.114 中等 12 襄垣县 0.19 0.12 0.07 0.03 0.132 中等 由表5中计算结果可知，该地区农村房屋抗震能力等级整体水平为中等。在12个调查点中，潞州区和潞城区的农村房屋抗震能力等级达到了较强水平，相比于其他调查点抗震能力较好，原因在于两地经济发展水平较高，施工质量和建筑材料性能能够得到保证，区域内新建设防房屋较多，综合抗震能力较强。沁源县、沁县位于太岳山脉东坡，武乡县位于太岳山和太行山交汇处，三地所处烈度区较高，场地条件较差，窑洞及土木结构房屋占比高，导致整体抗震能力较差。其余调查点农村房屋的抗震能力中等，区域内农村房屋基本以砖混结构和砖木结构为主，大部分房屋缺少必要的抗震构造措施，整体抗震性能一般。
3. 易损性矩阵构建与算例
3.1 结构易损性矩阵构建
参考相关文献（尹之潜等，1990）可知，结构进行易损性分析时可采用楼层单位面积的平均抗剪强度作为地震易损性的分析评价指标，震害指数Ds与平均抗剪强度Avi之间存在式（8）所示的关系，通过式（8）计算出单体房屋在各地震烈度下的震害指数后，按照表6即可确定震害等级。
表 6 结构震害等级及震害指数Table 6. Hazard grade and hazard index of structure震害等级 震害指数Ds 震害指数上下限 毁坏 1.0 0.85<Ds 严重破坏 0.7 0.55<Ds≤0.85 中等破坏 0.4 0.30<Ds≤0.55 轻微破坏 0.2 0.10<Ds≤0.30 基本完好 0.0 Ds≤0.10 $$ A_{\mathrm{v}i}=k_ip_i\sum\limits_{j=1}^mF_j/2S_i $$ (5) $$ {k_i} = \sum\limits_{i = 1}^n {{i^2}} /\left( {\sum\limits_{i = 1}^n i \sum\limits_{i = s}^n i } \right) $$ (6) $$ {p_i} = 0.14\left( {n - s + 1} \right) + 0.014R + 0.5 $$ (7) $$ \left\{\begin{split} & D_{\mathrm{s}}\left({{Ⅵ}}度\right)=2.032-0.007A_{\mathrm{v}i} \\ & D_{\mathrm{s}}\left({{Ⅶ}}度\right)=1.997-0.006A_{\mathrm{v}i} \\ & D_{\mathrm{s}}\left({{Ⅷ}}度\right)=1.975-0.005A_{\mathrm{v}i} \\ & D_{\mathrm{s}}\left({{Ⅸ}}度\right)=1.866-0.004A_{\mathrm{v}i} \\ & D_{\mathrm{s}}\left({{Ⅹ}}度\right)=1.740-0.003A_{\mathrm{v}i} \end{split}\right. $$ (8) 式中，Fj为第i楼层第j面墙的断面积；Si为第i楼层平面面积；m为第i楼层墙面总数；ki为楼层单位面积平均抗剪强度折算系数；pi为楼层墙体抗剪强度；R为砌体砂浆标号；s为计算楼层数；n为总楼层数。
上述方法可以预测每栋建筑物在各地震烈度下的损毁情况，通过计算建筑物在各震害等级下的数量百分比和面积百分比，即可得到区域房屋易损性矩阵。由于该地区窑洞多为单层多孔土坯结构，故将窑洞并入土木结构进行地震易损性评估。表7～表9分别为砖混结构、砖木结构、窑洞及土木结构房屋的易损性矩阵。
表 7 砖混结构易损性矩阵（单位：%）Table 7. Earthquake vulnerability matrix of masonry structure（Unit: %)破坏等级 地震烈度 Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 基本完好 54.52（56.01） 29.47（31.30） 10.62（12.35） 3.16（5.08） 0（0） 轻微破坏 28.81（30.10） 39.12（41.67） 27.19（28.60） 10.25（11.94） 1.88（3.51） 中等破坏 15.22（12.67） 20.63（18.27） 38.33（39.31） 21.15（22.36） 8.92（10.26） 严重破坏 1.45（1.22） 9.52（7.68） 16.07（14.35） 35.19（33.12） 27.76（27.01） 毁坏 0（0） 1.26（1.08） 7.79（5.39） 30.25（27.50） 61.44（59.22） 注：括号外数值为建筑物栋数百分比，括号内数值为相应建筑面积百分比。 表 8 砖木结构易损性矩阵（单位：%）Table 8. Earthquake vulnerability matrix of brick-wood structure （Unit：%）破坏等级 地震烈度 Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 基本完好 38.24（39.04） 19.29（21.08） 4.23（6.18） 0（0） 0（0） 轻微破坏 31.82（35.22） 35.62（37.04） 17.17（19.04） 5.65（7.82） 0（0） 中等破坏 18.19（16.10） 23.49（22.56） 33.17（33.95） 16.17（18.14） 2.46（3.71） 严重破坏 10.14（8.82） 15.14（13.75） 27.27（25.08） 41.81（39.42） 24.18（26.26） 毁 坏 1.61（0.82） 6.46（5.57） 18.16（15.75） 36.37（34.62） 73.36（70.03） 注：括号外数值为建筑物栋数百分比，括号内数值为相应建筑面积百分比。 表 9 窑洞及土木结构易损性矩阵（单位：%）Table 9. Earthquake vulnerability matrix of cave and civil structure （Unit：%）破坏等级 地震烈度 Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 基本完好 7.29（9.38） 1.18（2.52） 0（0） 0（0） 0（0） 轻微破坏 28.53（30.37） 19.35（11.51） 8.56（10.61） 0（0） 0（0） 中等破坏 36.54（35.32） 20.13（21.06） 15.08（17.22） 5.84（7.62） 1.37（2.09） 严重破坏 22.33（21.22） 39.58（37.29） 45.16（43.23） 35.22（37.01） 7.36（8.73） 毁坏 5.31（3.71） 19.76（27.62） 31.20（28.94） 58.94（55.37） 91.27（89.18） 注：括号外数值为建筑物栋数百分比，括号内数值为相应建筑面积百分比。 以数量百分比为例，Ⅵ度地震作用下，大部分房屋表现为基本完好和轻微破坏，有5.31%结构现状不良的窑洞及土木结构房屋表现为毁坏。Ⅶ度地震作用下，砖混结构房屋不超过中等破坏的概率为89.22%，砖木结构房屋不超过中等破坏的概率为78.4%，窑洞及土木结构房屋不超过中等破坏的概率仅有40.66%。Ⅷ度地震作用下，砖混、砖木结构房屋以中等破坏为主，而大部分窑洞及土木结构房屋表现为严重破坏或毁坏。当烈度超过Ⅷ度时，4种结构类型房屋均以严重破坏和毁坏为主。以上分析表明砖混结构房屋的抗震性能相对较好，其次是砖木结构，窑洞和土木结构房屋抗震性能相对较差。
3.2 基于易损性矩阵的建筑物破坏预测算例
依据本文建立的农村房屋地震易损性矩阵，在晋东南地区选取两个调查点进行Ⅷ度地震动强度下的地震损伤预测，结果如图8所示。
基于本文提出的易损性矩阵对农村地区的地震危险性评估结论与2023年12月18日甘肃发生的积石山6.2级地震农村房屋震害（杨永强等，2024）基本吻合，表明本文所构建的易损性矩阵较为准确，可用来对农村地区房屋进行地震危险性评估。
4. 结论及建议
通过对晋东南地区
3779 栋农村房屋的实地调查，综合分析该地区各结构类型房屋抗震性能及易损性矩阵，得到以下结论：（1）晋东南地区既有农村房屋结构类型包括砖混结构、砖木结构、土木结构以及窑洞4种。其中，砖混结构房屋占比最高，约为47%；其次为砖木结构和土木结构，占比分别为25%和16%；窑洞数量最少，占比在12%左右。
（2）基于群体房屋抗震性能指数可知，该地区农村房屋抗震性能整体处于中等水平。各结构类型房屋均存在圈梁、构造柱缺失等现象，横墙开洞、纵墙洞口尺寸过大等问题突出，与理想建筑抗震需求还有较大差距。
（3）在地震烈度Ⅵ度的情况下，砖混结构和砖木结构房屋基本处于基本完好和轻微破坏，占比分别为54.52%、28.81%和38.24%、31.82%；窑洞及土木结构房屋以中等破坏为主，占比36.54%。在地震烈度Ⅶ度的情况下，砖混结构和砖木结构房屋主要表现为基本完好、轻微破坏和中等破坏，占比分别为29.47%、39.12%、20.63%和19.29%、35.62%、23.49%；窑洞及土木结构房屋以严重破坏为主，占比39.58%。在地震烈度Ⅷ度的情况下，砖混结构房屋以轻微破坏和中等破坏为主，占比分别为27.19%和38.33%；砖木结构房屋以中等破坏和严重破坏为主，占比分别为33.17%和27.27%；窑洞及土木结构房屋基本处于严重破坏和毁坏状态，占比分别为45.16%和31.20%。
（4）由各结构地震易损性矩阵可知，即便不叠加地震地质灾害，在地震烈度Ⅸ度和Ⅹ度的情况下，4种结构类型房屋均以严重破坏或毁坏为主，这表明农村房屋亟待开展抗震性能提升工作。
为了更好地提升农村地区典型自建房屋抗震韧性，减小与理想建筑抗震性能的差距，本文给出以下几点建议：
（1）归纳总结农村地区既有房屋建筑特点，找到抗震薄弱环节与不利因素，制定完善的抗震加固设计方案（碳纤维布加固、翼柱-钢丝网组合加固等），有效提高农村既有建筑抗震能力，降低地震造成的经济损失。
（2）合理规划建筑场地，严格控制建筑材料的生产及销售，制定具有抗震设计理念的农村新建房屋样板房设计方案（设置闭合圈梁、纵横墙连接处布设构造柱、竖向构件与水平构件之间设置水平拉结筋等），提高农村新建建筑抗震性能。
（3）积极宣传防震减灾专业知识，增强居民的防震减灾意识，注重对农村施工人员的培训，加强对新建农居的技术指导。通过举办防震减灾教育活动、发布防震减灾宣传资料等方式，广泛开展防震减灾教育宣传，引导老百姓建造抗震性能较好的砖混结构房屋，切实提升农村房屋的防灾能力与抗震韧性。
（4）基于现阶段农村房屋详查结果，开展对农村地区的震害预测或震害推演工作，厘清地震灾害隐患点，摸清地震灾害风险指数，制定针对性的应急处置方案，尽量做到有备无患。
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图 5 农村砖混结构不同布置形式比例
Figure 5. Proportion of various layout forms of rural brick-concrete structure
图 6 农村房屋使用不同砌筑砂浆比例
Figure 6. Proportions of different constructional masonry mortar of rural houses
图 7 农村房屋设置构造柱、圈梁、地圈梁比例
Figure 7. Proportion of constructional columns, tied beams and ground-tied beams of rural houses
表 1 详查结果统计
Table 1. Statistics of detailed investigation results
序号 调查点 设计基本地震加速度 不同结构类型房屋数量/栋 不同建造年代房屋数量/栋 砖混结构 砖木结构 土木结构 窑洞 20世纪70年代及以前 20世纪80年代 20世纪90年代 2000年以后 1 壶关县 0.1 g 126 55 49 45 79 45 59 92 2 潞州区 0.1 g 131 74 24 16 50 41 52 102 3 平顺县 0.1 g 129 75 34 47 75 68 54 88 4 沁 县 0.1 g 108 68 51 45 86 63 54 69 5 上党区 0.1 g 280 168 72 37 147 88 122 200 6 屯留区 0.05 g 118 62 42 45 68 48 64 87 7 长子县 0.05 g 182 98 64 40 105 84 88 107 8 黎城县 0.1 g 139 69 53 27 74 56 62 96 9 潞城区 0.1 g 194 120 34 15 74 62 75 152 10 沁源县 0.1 g 127 61 87 48 103 68 48 104 11 武乡县 0.1 g 105 64 52 38 63 48 65 83 12 襄垣县 0.05 g 123 58 46 34 55 48 57 101 
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表 2 农村各结构类型房屋现状
Table 2. Current situation of various structural types of rural houses
隐患情况 基本完好 非承重墙体有裂缝 承重墙有裂缝 地基不均匀沉降 墙体腐蚀酥碎 墙体歪闪 砖混结构 数量/栋 1238 222 142 67 38 55 比例/% 70.26 12.60 8.06 3.80 2.16 3.12 砖木结构 数量/栋 488 219 117 57 40 51 比例/% 50.21 22.52 12.04 5.86 4.12 5.25 土木结构 数量/栋 212 150 131 25 69 21 比例/% 34.87 24.67 21.55 4.11 11.35 3.45 窑洞 数量/栋 156 83 70 68 41 19 比例/% 35.70 18.99 16.02 15.56 9.38 4.35
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表 3 房屋抗震能力评估标准
Table 3. Evaluation standard for seismic capacity of buildings
序号 群体房屋抗震性能指数 抗震能力等级 对比抗震设防烈度 1 I≥0.35 强 相当于设防烈度达到Ⅷ度 2 0.18≤I<0.35 较强 相当于设防烈度达到Ⅶ度 3 0.09≤I<0.18 中等 相当于设防烈度达到Ⅵ度 4 0.05≤I<0.09 较差 接近Ⅵ度设防标准 5 I<0.05 差 远未达到Ⅵ度设防标准
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表 4 农村房屋各结构类型比例
Table 4. Proportion of various structural types of rural houses
编号 县（区） 各结构类型房屋建筑比例/% 设计基本地震加速度 Pzh Pzm Ptm Pyd 1 壶关县 45.82 20.00 17.82 16.36 0.10 g 2 潞州区 53.47 30.20 9.80 6.53 0.10 g 3 平顺县 45.26 26.32 11.93 16.49 0.10 g 4 沁 县 39.71 25.00 18.75 16.54 0.10 g 5 上党区 50.27 30.16 12.93 6.64 0.10 g 6 黎城县 48.26 23.96 18.40 9.38 0.10 g 7 潞城区 53.44 33.06 9.37 4.13 0.10 g 8 沁源县 39.32 18.89 26.93 14.86 0.10 g 9 武乡县 40.54 24.71 20.08 14.67 0.10 g 10 屯留区 44.19 23.22 15.73 16.85 0.05 g 11 长子县 47.40 25.52 16.67 10.42 0.05 g 12 襄垣县 47.13 22.22 17.62 13.03 0.05 g
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表 5 农村房屋抗震能力等级
Table 5. Seismic capacity grade of rural houses
编号 县（区） 各结构类型房屋抗震性能指数 群体抗震性能指数I 抗震能力等级 Izh Izm Itm Iyd 1 壶关县 0.16 0.13 0.07 0.03 0.117 中等 2 潞州区 0.22 0.18 0.09 0.05 0.184 较强 3 平顺县 0.18 0.13 0.06 0.03 0.128 中等 4 沁 县 0.10 0.09 0.05 0.03 0.077 较差 5 上党区 0.16 0.13 0.07 0.04 0.131 中等 6 黎城县 0.16 0.11 0.08 0.04 0.122 中等 7 潞城区 0.22 0.18 0.09 0.05 0.188 较强 8 沁源县 0.12 0.08 0.05 0.02 0.079 较差 9 武乡县 0.11 0.08 0.06 0.02 0.082 较差 10 屯留区 0.14 0.12 0.06 0.04 0.106 中等 11 长子县 0.15 0.11 0.07 0.03 0.114 中等 12 襄垣县 0.19 0.12 0.07 0.03 0.132 中等
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表 6 结构震害等级及震害指数
Table 6. Hazard grade and hazard index of structure
震害等级 震害指数Ds 震害指数上下限 毁坏 1.0 0.85<Ds 严重破坏 0.7 0.55<Ds≤0.85 中等破坏 0.4 0.30<Ds≤0.55 轻微破坏 0.2 0.10<Ds≤0.30 基本完好 0.0 Ds≤0.10
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表 7 砖混结构易损性矩阵（单位：%）
Table 7. Earthquake vulnerability matrix of masonry structure（Unit: %)
破坏等级 地震烈度 Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 基本完好 54.52（56.01） 29.47（31.30） 10.62（12.35） 3.16（5.08） 0（0） 轻微破坏 28.81（30.10） 39.12（41.67） 27.19（28.60） 10.25（11.94） 1.88（3.51） 中等破坏 15.22（12.67） 20.63（18.27） 38.33（39.31） 21.15（22.36） 8.92（10.26） 严重破坏 1.45（1.22） 9.52（7.68） 16.07（14.35） 35.19（33.12） 27.76（27.01） 毁坏 0（0） 1.26（1.08） 7.79（5.39） 30.25（27.50） 61.44（59.22） 注：括号外数值为建筑物栋数百分比，括号内数值为相应建筑面积百分比。
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表 8 砖木结构易损性矩阵（单位：%）
Table 8. Earthquake vulnerability matrix of brick-wood structure （Unit：%）
破坏等级 地震烈度 Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 基本完好 38.24（39.04） 19.29（21.08） 4.23（6.18） 0（0） 0（0） 轻微破坏 31.82（35.22） 35.62（37.04） 17.17（19.04） 5.65（7.82） 0（0） 中等破坏 18.19（16.10） 23.49（22.56） 33.17（33.95） 16.17（18.14） 2.46（3.71） 严重破坏 10.14（8.82） 15.14（13.75） 27.27（25.08） 41.81（39.42） 24.18（26.26） 毁 坏 1.61（0.82） 6.46（5.57） 18.16（15.75） 36.37（34.62） 73.36（70.03） 注：括号外数值为建筑物栋数百分比，括号内数值为相应建筑面积百分比。
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表 9 窑洞及土木结构易损性矩阵（单位：%）
Table 9. Earthquake vulnerability matrix of cave and civil structure （Unit：%）
破坏等级 地震烈度 Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ 基本完好 7.29（9.38） 1.18（2.52） 0（0） 0（0） 0（0） 轻微破坏 28.53（30.37） 19.35（11.51） 8.56（10.61） 0（0） 0（0） 中等破坏 36.54（35.32） 20.13（21.06） 15.08（17.22） 5.84（7.62） 1.37（2.09） 严重破坏 22.33（21.22） 39.58（37.29） 45.16（43.23） 35.22（37.01） 7.36（8.73） 毁坏 5.31（3.71） 19.76（27.62） 31.20（28.94） 58.94（55.37） 91.27（89.18） 注：括号外数值为建筑物栋数百分比，括号内数值为相应建筑面积百分比。
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