尼泊爾文化遺產(chǎn)建筑震害特征及加固對(duì)策
——以尼泊爾Ms 8.1級(jí)地震中3個(gè)杜巴廣場(chǎng)為例

潘 毅，謝 丹，袁 雙，王曉玥

(1.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，成都 610031；2.抗震工程技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西南交通大學(xué))，成都 610031)

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尼泊爾文化遺產(chǎn)建筑震害特征及加固對(duì)策
——以尼泊爾Ms 8.1級(jí)地震中3個(gè)杜巴廣場(chǎng)為例

潘 毅1,2，謝 丹1，袁 雙1，王曉玥1

(1.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，成都 610031；2.抗震工程技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西南交通大學(xué))，成都 610031)

為研究尼泊爾地區(qū)加德滿都谷地文化遺產(chǎn)建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和抗震性能，在Ms8.1級(jí)地震后進(jìn)行了大量震害調(diào)查.磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)是谷地內(nèi)加德滿都、帕坦和巴德崗等3個(gè)杜巴廣場(chǎng)文化遺產(chǎn)建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，介紹了兩種結(jié)構(gòu)的組成和特點(diǎn)，總結(jié)了磚墻破壞、木構(gòu)件破壞、傾斜和倒塌等典型震害特征，并對(duì)其震害原因進(jìn)行了分析，提出了文化遺產(chǎn)建筑震害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)文化遺產(chǎn)建筑的震害進(jìn)行了分類和統(tǒng)計(jì)，得到兩種結(jié)構(gòu)震害等級(jí)所占的比例.結(jié)果表明，在52處磚木結(jié)構(gòu)和16處磚石結(jié)構(gòu)中，基本完好或輕微破壞的磚木結(jié)構(gòu)比例僅為28.8%，而磚石結(jié)構(gòu)僅為18.8%，其余為中等破壞、嚴(yán)重破壞或毀壞，磚木結(jié)構(gòu)的抗震性能比磚石結(jié)構(gòu)稍好.最后，結(jié)合文化遺產(chǎn)建筑的震害特征和保護(hù)原則，對(duì)其加固提出了幾點(diǎn)對(duì)策.關(guān)鍵詞: 尼泊爾地震；文化遺產(chǎn)建筑；震害特征；磚木結(jié)構(gòu)；磚石結(jié)構(gòu)；加固

2015年4月25日當(dāng)?shù)貢r(shí)間11點(diǎn)56分，加德滿都西北方向約80 km處郭爾克(Gorkha)發(fā)生Ms 8.1級(jí)地震，隨后又發(fā)生多次余震.此次地震不僅造成尼泊爾、中國(guó)、印度和孟加拉等國(guó)家較大的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，也是世界文化遺產(chǎn)建筑的一場(chǎng)浩劫，加德滿都谷地內(nèi)的七處世界文化遺產(chǎn)建筑群和遺址均遭到了較大破壞，包括3個(gè)杜巴廣場(chǎng)建筑群(Kathmandu、Patan、Bhaktapur)，兩個(gè)佛教建筑(Swayambunath、Boudha Stupa)和兩個(gè)印度教建筑(Pashupatinath、Changu Narayan).地震發(fā)生后，筆者三度受邀趕赴災(zāi)區(qū)，與尼泊爾方面的人員一道對(duì)災(zāi)區(qū)內(nèi)世界文化遺產(chǎn)建筑進(jìn)了全面調(diào)查.其中，重點(diǎn)調(diào)查了世界文化遺產(chǎn)建筑比較集中的3個(gè)杜巴廣場(chǎng)的震害情況.根據(jù)美國(guó)地質(zhì)勘探局(United States Geological Survey，簡(jiǎn)稱USGS)的地震數(shù)據(jù)[1]，加德滿都杜巴廣場(chǎng)(Kathmandu Durbar Square)和帕坦杜巴廣場(chǎng)(Patan Durbar Square)位于VIII度區(qū)，巴德崗杜巴廣場(chǎng)(Bhaktapur Durbar Square)位于VII度區(qū)，見圖1.

圖1 文化遺產(chǎn)建筑震害調(diào)查點(diǎn)及烈度分布

3個(gè)杜巴廣場(chǎng)的文化遺產(chǎn)建筑以磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)為主.二者都未采取抗震措施，其建造主要依賴當(dāng)?shù)毓そ车膫€(gè)人經(jīng)驗(yàn)、歷史傳承及宗教需要.因此，地震造成的損傷和毀壞也主要集中于這兩種結(jié)構(gòu)形式.近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)尼泊爾文化遺產(chǎn)建筑的研究，主要集中在建筑藝術(shù)、歷史文化等方面[2-4]，而對(duì)其結(jié)構(gòu)抗震性能和安全的研究則比較少.文獻(xiàn)[5]總結(jié)了多檐式塔廟抗震性能的影響因素，建立有限元模型進(jìn)行了線彈性計(jì)算，分析了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞或者失效對(duì)塔廟整體剛度的影響，并試圖確定影響塔廟地震易損性的關(guān)鍵構(gòu)件.文獻(xiàn)[6]對(duì)尼泊爾3座多檐式塔廟做環(huán)境動(dòng)力測(cè)試，獲得了塔廟的自振頻率、振型和阻尼比等動(dòng)力參數(shù)，并建立有限元模型，采用反應(yīng)譜法對(duì)典型的塔廟進(jìn)行了動(dòng)力分析.文獻(xiàn)[7]將1934年尼泊爾-比哈爾(Nepal-Bihar)Ms 8.4級(jí)地震中多檐式塔廟的破壞歸納為局部破壞和完全倒塌，總結(jié)了地震中塔廟的薄弱部位，并指出了塔廟維修和加固中存在的問題.需要注意的是，上述研究對(duì)象主要針對(duì)磚木結(jié)構(gòu)的多檐式塔廟，沒有涉及磚石結(jié)構(gòu)的建筑，且研究方法基本都是采用有限元建模進(jìn)行計(jì)算，沒有對(duì)實(shí)際震害進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，也鮮有對(duì)震害特征做全面分析.

本文在對(duì)3個(gè)杜巴廣場(chǎng)內(nèi)文化遺產(chǎn)建筑做了詳細(xì)震害調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析了磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)的典型震害特征和破壞機(jī)理，定義了這兩種結(jié)構(gòu)震害等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)其震害等級(jí)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，最后對(duì)尼泊爾文化遺產(chǎn)建筑提出了加固對(duì)策，以期為其抗震防災(zāi)的研究與保護(hù)提供一些參考.

1 磚木結(jié)構(gòu)的震害特征

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3個(gè)杜巴廣場(chǎng)中，喬克(Chowk)宮院和多檐式塔廟為磚木結(jié)構(gòu)，其平面布局大致分為3類：封閉宮院式、一般式和內(nèi)壁外廊柱式.其中，喬克(Chowk)宮院一般為2或3層，是典型的封閉宮院式結(jié)構(gòu).多檐式塔廟一般為2、3、4或5層，其平面布局包括一般式和內(nèi)壁外廊柱式，一般式又包括單壁單門式、單壁三門式和雙壁四門式，見圖2.例如，納拉楊廟(Narayan Temple)建筑群多為單壁單門式和雙壁四門式，迦內(nèi)莎德嘎廟(Ganesh Dega Temple)建筑群多為單壁三門式，濕婆廟(Shiva Temple)建筑群多為內(nèi)壁外廊柱式[8].

圖2 塔廟底層的墻體結(jié)構(gòu)形式

磚木結(jié)構(gòu)由磚墻和木構(gòu)架組成.磚墻是主要的抗側(cè)力和承重構(gòu)件，但尼泊爾的磚墻有分層現(xiàn)象，即內(nèi)側(cè)為土坯，外側(cè)為錐形燒磚，中間為碎磚塊和泥土[9]，三層之間的連接較弱，故磚墻的整體性較差.此外，磚木結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式為套筒式，層間束腰收分，墻體截面由下向上逐漸遞減，且頂層墻體一般直接落于下層木樓板上，與下層墻體斷開，導(dǎo)致豎向荷載傳遞路徑不連續(xù)，下層墻體偏心受壓，見圖3.

圖3 磚木結(jié)構(gòu)的墻體特點(diǎn)

木構(gòu)架中，梁柱節(jié)點(diǎn)的連接方式與中國(guó)藏式傳統(tǒng)建筑中木梁柱節(jié)點(diǎn)類似，其上端附有細(xì)木銷釘直接穿過木支架和木梁，承托上方磚墻重量，柱下端附有細(xì)木銷釘插入礎(chǔ)石中央[2]，見圖4.尼泊爾塔廟的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是寬大的屋檐，見圖3.屋檐的重量主要由斜撐承擔(dān).斜撐上端卡到檁條下方，下端擱置于檐口上方.平時(shí)斜撐僅受靜力作用，一旦遭遇強(qiáng)震，斜撐被破壞，屋檐就會(huì)發(fā)生墜落.

圖4 木柱連接方式

1.2 震害特征

1.2.1 磚墻破壞

磚墻的震害特征主要包括層狀剝離破壞和剪切破壞.例如，加德滿都杜巴廣場(chǎng)的莫漢喬克(Mohan Chowk)宮院共3層，屬封閉宮院式結(jié)構(gòu)，其西側(cè)墻體外部發(fā)生剝離破壞，見圖5(a).由于受環(huán)境濕度變化的影響，外層墻體的錐形磚塊易發(fā)生膨脹，在無處不在的微小震動(dòng)下，磚墻中部粘結(jié)層土壤顆粒落入裂縫，阻止外層墻體復(fù)位.豎向荷載下，強(qiáng)烈地震動(dòng)數(shù)據(jù)的輸入加速了磚墻的剝離破壞，其破壞機(jī)理見圖5(b).

圖5 磚墻的層狀剝離破壞

磚墻剪切破壞常見的現(xiàn)象為墻體斜裂縫.例如，加德滿都杜巴廣場(chǎng)的濕婆帕拉瓦提(Shiva Parvati)神廟屬一般式結(jié)構(gòu)，其門窗洞口處發(fā)生45°斜裂縫，見圖6(a).由于塔廟門窗的開洞面積一般較大，且洞口角部如同一個(gè)楔子，形成一個(gè)銳角，導(dǎo)致門窗角部容易形成應(yīng)力集中，產(chǎn)生剪切斜裂縫，見圖6(a)中的裂縫1.同時(shí)，墻體受自重G和水平地震作用V，加上磚墻的抗拉強(qiáng)度較低，墻體易沿洞口角部形成階梯型斜裂縫，見圖6(a)中的裂縫2.剪切破壞的機(jī)理見圖6(b).

除了層狀剝離破壞和剪切破壞，磚墻還可能由于相互碰撞而產(chǎn)生破壞.例如，加德滿都杜巴廣場(chǎng)的拿梭喬克(Nasal Chowk)宮院共4層，屬封閉宮院式結(jié)構(gòu)，其西南側(cè)轉(zhuǎn)角處的墻體破壞，見圖7.由于喬克宮院的院落式布局，轉(zhuǎn)角處相鄰的兩棟建筑之間的間隔較小，兩側(cè)墻體在地震時(shí)發(fā)生相互碰撞，導(dǎo)致墻體破壞.

1.2.2 木構(gòu)件破壞

在磚木結(jié)構(gòu)中，細(xì)木銷釘是木柱與梁及礎(chǔ)石之間的連接方式，在強(qiáng)烈地震中可能發(fā)生剪切破壞，見圖8.木柱的破壞原因是木柱上下端的細(xì)木銷釘橫截面積小且應(yīng)力集中，不能抵抗過大的水平剪力，柱礎(chǔ)間的過量滑移和梁柱節(jié)點(diǎn)處的相對(duì)錯(cuò)動(dòng)使得木柱歪斜，喪失承擔(dān)上部荷載的能力.

圖6 磚墻剪切破壞

圖7 拿梭喬克宮院轉(zhuǎn)角處的墻體碰撞

圖8 木柱破壞

斜撐破壞見圖9(a)，斜撐上下端與相鄰構(gòu)件的連接不固結(jié)，只約束了豎向位移和扭轉(zhuǎn)位移，未約束水平位移，且整個(gè)屋檐連接不牢固，各構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下的位移幅值較大，導(dǎo)致斜撐墜落或椽木滑脫，見圖9(b).

此外，木樓板中的內(nèi)外托梁板通過銷釘固定，木梁直接插入磚墻中，擱置長(zhǎng)度不足，且與樓板周邊錨固不夠，強(qiáng)烈地震作用下，木梁拔榫.

圖9 斜撐破壞

1.2.3 傾斜

此次尼泊爾地震后，部分磚木結(jié)構(gòu)出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象.其中，磚木結(jié)構(gòu)的喬克宮院多在縱向發(fā)生比較明顯的整體傾斜，見圖10.由于加德滿都谷地的地質(zhì)由松軟的沉積物構(gòu)成，部分建筑的地基沒有經(jīng)過處理與加固，磚木結(jié)構(gòu)易受基礎(chǔ)不均勻沉降的影響，導(dǎo)致在強(qiáng)烈地震作用下結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜.

圖10 磚木結(jié)構(gòu)的傾斜

1.2.4 倒塌

帕坦杜巴廣場(chǎng)上的查爾納拉揚(yáng)神廟(Char Narayan Temple)共3層，屬一般式結(jié)構(gòu)，在此次地震中完全倒塌，見圖11.由于磚墻的分層，內(nèi)墻與外墻之間、磚墻與木構(gòu)架之間、木構(gòu)架之間的連接較弱，且傳統(tǒng)建筑材料性能退化，磚木結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性較差.當(dāng)結(jié)構(gòu)薄弱截面的抗傾覆力矩小于地震作用產(chǎn)生的傾覆力矩時(shí)，結(jié)構(gòu)發(fā)生整體或局部倒塌.此外，磚木結(jié)構(gòu)屋檐面積寬大，屋檐上的厚重瓦片和覆土等增加了磚木結(jié)構(gòu)的自重，地震作用也隨之增大，進(jìn)一步加大了文化遺產(chǎn)建筑倒塌的概率.

圖11 查爾納拉揚(yáng)神廟的倒塌

2 磚石結(jié)構(gòu)的震害特征

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

除了磚木結(jié)構(gòu)，3個(gè)杜巴廣場(chǎng)中另外一種重要的結(jié)構(gòu)形式為磚石結(jié)構(gòu).磚石結(jié)構(gòu)主要是由磚塊或石塊砌筑成的錐形塔廟，并由周圍有幾處外觀相似，但規(guī)模較小的副塔環(huán)繞，如巴德崗杜巴廣場(chǎng)中磚砌結(jié)構(gòu)的濕婆神廟(Shiva Temple)和石砌結(jié)構(gòu)的瓦特薩拉杜迦神廟(Vatsala Durga Temple)，見圖12～13.

圖12 濕婆神廟

圖13 瓦特薩拉杜迦神廟

類似中國(guó)的磚石古塔，尼泊爾磚石結(jié)構(gòu)的截面由下到上逐漸減小，在塔剎部分最小.但與中國(guó)磚石古塔不同的是，尼泊爾磚石結(jié)構(gòu)的底層一般設(shè)有走廊，由磚(石)柱承托上部結(jié)構(gòu)的重量.由于年代久遠(yuǎn)，磚石材料性能的劣化較嚴(yán)重，且砌塊之間粘結(jié)較弱，結(jié)構(gòu)的整體性較差.此外，尼泊爾磚石結(jié)構(gòu)經(jīng)歷過多次維修，每次都將散落的材料收集起來，以便用于原位修復(fù)，這導(dǎo)致材料強(qiáng)度的離散性較大.

2.2 震害特征

2.2.1 墻體開裂

查辛德嘎神廟(Chyasin Dega Temple)屬內(nèi)壁外廊柱式結(jié)構(gòu)，在地震中發(fā)生了墻體開裂，見圖14.由于磚石結(jié)構(gòu)自重和剛度比較大，且磚石砌塊之間的粘結(jié)材料抗拉強(qiáng)度較低，在強(qiáng)烈地震作用下，外墻易開裂.

圖14 查辛德嘎神廟的墻體開裂

2.2.2 傾斜

磚石結(jié)構(gòu)多為高聳的塔，其結(jié)構(gòu)的高寬比一般都較大，導(dǎo)致地震作用下的傾覆力矩較大.尼泊爾磚石結(jié)構(gòu)一般沒有高臺(tái)基，部分結(jié)構(gòu)的地基未處理，對(duì)基礎(chǔ)沉降敏感，加上年代久遠(yuǎn)，材料的風(fēng)化腐蝕嚴(yán)重，塔本身就有一定程度的偏心.在地震作用下，塔的偏心作用進(jìn)一步加大，重力二階效應(yīng)明顯，導(dǎo)致塔發(fā)生傾斜，見圖15.

圖15 磚石結(jié)構(gòu)的傾斜

2.2.3 倒塌

巴德崗杜巴廣場(chǎng)的法希德噶神廟(Fasidega temple)在地震中倒塌，見圖16.磚石結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌的原因主要有兩個(gè)：強(qiáng)烈的地震作用產(chǎn)生較大傾覆力矩；磚石砌塊為脆性材料，其延性較差，砌塊之間沒有有效的約束構(gòu)件，磚石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和整體性不夠好.當(dāng)結(jié)構(gòu)開裂后，裂縫擴(kuò)展較快，當(dāng)發(fā)展為通縫時(shí)，結(jié)構(gòu)倒塌.

圖16 法希德噶神廟的倒塌

3 震害等級(jí)劃分與震害統(tǒng)計(jì)

3.1 震害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

由于中國(guó)和尼泊爾都沒有制定針對(duì)文化遺產(chǎn)建筑的震害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，一定程度上制約了震害調(diào)查的有效進(jìn)行，影響了對(duì)震害統(tǒng)計(jì)結(jié)果的深入分析.根據(jù)各構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震性能的重要性，并結(jié)合GB/T 24335—2009《建(構(gòu))筑物地震破壞等級(jí)劃分》和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，本文提出了尼泊爾磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)的震害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn).

基于筆者的前期研究基礎(chǔ)[10-13]，在磚木結(jié)構(gòu)中，墻體和木樓板為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，承擔(dān)主要的豎向荷載和水平荷載；其他木構(gòu)架(如斜撐、門窗及屋檐等)為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其破壞不會(huì)導(dǎo)致主體結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞或倒塌.因此，在劃分磚木結(jié)構(gòu)的震害等級(jí)時(shí)，以磚墻和木樓板的破壞為主，并適當(dāng)考慮斜撐等其他木構(gòu)架的破壞.在磚石結(jié)構(gòu)中，磚石墻體是主要的抗側(cè)力和承重構(gòu)件，故在劃分磚石結(jié)構(gòu)的震害等級(jí)時(shí)，以磚石墻體和周圍副塔的破壞為主，并適當(dāng)考慮走廊、塔剎等附屬構(gòu)件的破壞.

需要注意的是，由于時(shí)代久遠(yuǎn)，地震前文化遺產(chǎn)建筑本身存在一些裂縫或輕微破壞，故不嚴(yán)格區(qū)分基本完好或輕微破壞.因此，本文將文化遺產(chǎn)建筑的震害等級(jí)劃分為四類：基本完好或輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞和毀壞，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1.

根據(jù)上述評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，表2給出了不同震害等級(jí)的磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)的實(shí)例.

表1 文化遺產(chǎn)建筑震害等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)

3.2 震害統(tǒng)計(jì)

3個(gè)杜巴廣場(chǎng)共計(jì)調(diào)查了68處文化遺產(chǎn)建筑，其中52處磚木結(jié)構(gòu)和16處磚石結(jié)構(gòu).根據(jù)表1，將3個(gè)杜巴廣場(chǎng)的磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)的建筑震害進(jìn)行了分類和統(tǒng)計(jì).限于篇幅，僅以位于地震VIII度區(qū)的加德滿都杜巴廣場(chǎng)為例說明.該廣場(chǎng)共調(diào)查文化遺產(chǎn)建筑30處.其中，磚木結(jié)構(gòu)27處，磚石結(jié)構(gòu)3處，其震害等級(jí)分布見圖17，3個(gè)杜巴廣場(chǎng)文化遺產(chǎn)建筑的震害情況，見表3.

3個(gè)杜巴廣場(chǎng)上磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)不同震害等級(jí)的文化遺產(chǎn)建筑數(shù)量和相應(yīng)的比例，見圖18，可以看出：

1)3個(gè)杜巴廣場(chǎng)的文化遺產(chǎn)建筑以磚木結(jié)構(gòu)為主，因此磚木結(jié)構(gòu)震害的數(shù)量也較磚石結(jié)構(gòu)多.

2)基本完好或輕微破壞的磚木結(jié)構(gòu)比例僅為28.8%，磚石結(jié)構(gòu)則僅為18.8%，其余為中等破壞、嚴(yán)重破壞，甚至毀壞.這說明兩種結(jié)構(gòu)的抗震性能都不足，在強(qiáng)烈地震作用下易發(fā)生破壞.從震害比例上看，磚木結(jié)構(gòu)的抗震性能比磚石結(jié)構(gòu)稍好.

表2 磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)震害等級(jí)分類的典型實(shí)例

Tab.2 Examples of brick-timber structures and masonry structures sustaining different seismic damage degrees

圖17 加德滿都杜巴廣場(chǎng)震害調(diào)查

調(diào)查地點(diǎn)震害等級(jí)磚木結(jié)構(gòu)磚石結(jié)構(gòu)總數(shù)數(shù)量比例/%總數(shù)數(shù)量比例/%加德滿都杜巴廣場(chǎng)基本完好或輕微破壞中等破壞嚴(yán)重破壞毀壞27414.8933.3829.6622.33133.30000266.7巴德崗杜巴廣場(chǎng)基本完好或輕微破壞中等破壞嚴(yán)重破壞毀壞10660.0330.0110.0008112.5112.5225.0450.0帕坦杜巴廣場(chǎng)基本完好或輕微破壞中等破壞嚴(yán)重破壞毀壞15533.3213.3320.0533.35120.0240.0240.000

圖18 磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)的震害情況

4 加固對(duì)策

《實(shí)施保護(hù)世界文化與自然遺產(chǎn)公約的操作指南》中II.D條和II.E條規(guī)定，世界文化遺產(chǎn)須具有原真性和完整性的特征.原真性和完整性包括外形、材料、用途、精神和其他內(nèi)外因素等.基于上述規(guī)定，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，本文對(duì)尼泊爾文化遺產(chǎn)建筑的加固提出幾點(diǎn)對(duì)策.

4.1 整體的加固

磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)在地震中都存在局部倒塌或整體倒塌，例如，帕坦杜巴廣場(chǎng)的孫達(dá)里喬克(Sundari Chowk)宮院，轉(zhuǎn)角處缺乏必要的抗震構(gòu)造，東側(cè)墻體在此次地震中倒塌，見圖19.

圖19 孫達(dá)里喬克宮院的局部倒塌

因此，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性是提高建筑綜合抗震能力的重要途徑.例如，在結(jié)構(gòu)中增設(shè)木柱和木梁[14-15].1934年尼泊爾-比哈爾地震后，五十五窗宮殿(The Palace of fifty-five Windows)的墻體采用木梁和木柱進(jìn)行加固，見圖20(a).在此次地震中，該建筑基本完好，其墻體見圖20(b).這也驗(yàn)證了該方法的有效性.

圖20 五十五窗宮殿的整體加固

4.2 基礎(chǔ)拉梁的加固

尼泊爾文化遺產(chǎn)建筑的基礎(chǔ)拉梁多采用木梁，因此其防潮防腐就比較重要.第一，設(shè)置通風(fēng)口，盡量保持地下空間的干燥；第二，用瀝青紙包裹木梁，避免木梁與磚、石等的直接接觸，減少木梁的腐蝕；第三，基礎(chǔ)拉梁的連接節(jié)點(diǎn)可以采取中國(guó)的榫卯連接，如圖21(a)中的A節(jié)點(diǎn)采用燕尾榫，B節(jié)點(diǎn)處使用十字枋.圖21(b)為Kathmandu Valley Preservation Trust (以下簡(jiǎn)稱KVPT)尼泊爾項(xiàng)目主管Ranjitkar R K提供的帕坦杜巴廣場(chǎng)內(nèi)的納拉楊廟基礎(chǔ)拉梁的加固情況.

圖21 基礎(chǔ)拉梁的加固

4.3 墻體的加固

磚(石)墻體是磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)的主要承重系統(tǒng).大部分結(jié)構(gòu)的震害特征都有層狀剝離，故需加強(qiáng)磚墻自身的整體性.在不改變內(nèi)外層磚塊的前提下，選取合適距離，在磚塊縫隙處打孔，向墻內(nèi)注入適量水泥砂漿，增強(qiáng)砌塊之間的粘結(jié)，減少層狀剝離破壞，見圖22.

4.4 木樓板的加固

傳統(tǒng)塔廟的樓板僅設(shè)單方向木梁，且木梁端部與周邊墻體連接不牢固[16].在地震作用下，木梁可能發(fā)生拔榫，導(dǎo)致樓蓋塌落.因此，有必要加強(qiáng)木樓板與周邊墻體的連接.加固時(shí)，可將木梁端部的直榫連接改為燕尾榫，并在另一方向鋪設(shè)木梁，加強(qiáng)樓蓋的整體性和剛度，或者將木梁用長(zhǎng)錨桿與墻體進(jìn)行拉結(jié)，見圖23.

圖23 木樓板的加固

4.5 屋檐的加固

尼泊爾磚木結(jié)構(gòu)的屋檐由椽木、鋪板、泥床和瓦片組成，見圖9(b).泥床厚一般為1～2 ft，不僅導(dǎo)致屋檐的自重較大，且泥床長(zhǎng)年遭受雨水侵蝕，屋檐上植被生長(zhǎng)，見圖24(a).

圖24 屋檐的加固

植被不僅進(jìn)一步增加了屋檐的自重，而且對(duì)木構(gòu)件有腐蝕作用，這對(duì)文化遺產(chǎn)建筑的保護(hù)非常不利.因此，減輕屋檐重量，避免植被生長(zhǎng)，就比較重要.建議在震后修復(fù)中，減少泥床厚度或?qū)⒑裰赝咂臑殄冦~的金屬屋檐，見圖24(b)，并加強(qiáng)日常的維護(hù).

5 結(jié) 論

1)尼泊爾文化遺產(chǎn)建筑的震害特征主要為墻體的層狀剝離和剪切破壞、木柱和斜撐的破壞、傾斜和倒塌，根據(jù)各構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)整體抗震性能的重要性，本文提出了尼泊爾磚木結(jié)構(gòu)和磚石結(jié)構(gòu)文化遺產(chǎn)建筑的震害等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，并據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)震害進(jìn)行了分類和統(tǒng)計(jì).

2)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，尼泊爾文化遺產(chǎn)建筑以磚木結(jié)構(gòu)為主，因此磚木結(jié)構(gòu)建筑受到地震破壞的數(shù)量也較多，但震害程度總體上輕于磚石結(jié)構(gòu).針對(duì)其震害，本文提出整體、基礎(chǔ)拉梁、墻體、木樓板和屋檐等加固對(duì)策.但為了更好的應(yīng)對(duì)下一次強(qiáng)震，有必要通過深入研究，探索一些既符合現(xiàn)代抗震要求，又符合文化遺產(chǎn)保護(hù)原則的新加固方法.

致謝：感謝特里布汶大學(xué)工學(xué)院(Tribhuvan University)Sudarshan Raj Tiwari教授、陸地交通地震災(zāi)害防治技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室和西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院對(duì)本研究項(xiàng)目的支持和幫助.

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(編輯 趙麗瑩)

Seismic damages of Nepalese cultural heritage buildings and strengthening measures:Case studies on three Durbar Squares in Ms 8.1 Gorkha earthquake

PAN Yi1,2, XIE Dan1, YUAN Shuang1, WANG Xiaoyue1

(1.School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2. Key Laboratory of Seismic Engineering of Sichuan Province (Southwest Jiaotong University), Chengdu 610031, China)

To study the structural characteristics and seismic performance of cultural heritage buildings in Kathmandu Valley, an extensive investigation was carried out after Ms8.1 Gorkha earthquake. Brick-timber structures and masonry structures are the two major structural types in Kathmandu, Patan and Bhaktapur Durbar Squares. The structural compositions and characteristics of brick-timber structures and masonry structures were described, and analysis was done for the typical seismic damage such as wall destruction, wooden components destruction, tilt and collapse, and, reasons were studied. The seismic damage degree of cultural heritage buildings was defined, the classification and statistics of damage to the cultural heritage buildings were carried out, and different proportions of damage levels of the two structure types were obtained. The results show that in the total 52 brick-timber structures and 16 masonry structures, the proportion of basically intact or slightly damaged of brick-timber structures is merely 28.8%, and yet the masonry structure is 18.8%, others belong to partially damaged, heavily damaged and collapse, and the seismic performance of brick-timber structures are better than masonry structures. Based on the results of the seismic damage investigations, and compared with the protective principle of cultural heritage buildings, some recommendations on the reinforcement measures of cultural heritage buildings were put forward.

Gorkha earthquake; cultural heritage buildings; characteristics of seismic damage; brick-timber structure; masonry structure; strengthening

10.11918/j.issn.0367-6234.2016.12.025

2016-08-31

中國(guó)工程院咨詢研究項(xiàng)目(2010-ZD-4)

潘 毅(1977—)，男，副教授，博士生導(dǎo)師

潘 毅，panyi@home.swjtu.edu.cn

TU352.11

A

0367-6234(2016)12-0172-11