古木建筑的修繕保護(hù)策略研究
——以應(yīng)縣木塔為例

■ 左偉琛 Zuo Weichen 王 薇 Wang Wei

0 引言

古建筑是一個國家歷史文明的傳承與見證，是先人留給子孫后代的一筆珍貴財富。保護(hù)古建筑可以表達(dá)愛國熱情、能夠激發(fā)民族自信，是發(fā)展旅游業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，同時為歷史文化研究提供有力依據(jù)。目前，我國古建筑都普遍存在地基沉降、磚石建材風(fēng)化、木結(jié)構(gòu)腐朽損壞嚴(yán)重和人為保護(hù)不當(dāng)?shù)痊F(xiàn)狀。隨著城市化進(jìn)程的加快，以及一些不可避免的自然災(zāi)害，使得大部分古建筑都不同程度地受到了破壞，因此古建筑的保護(hù)工作正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。筆者以歷史上對應(yīng)縣木塔結(jié)構(gòu)修繕加固為例，提出了木塔現(xiàn)狀修繕加固的重點(diǎn)及可行的方法，以其對今后古代木建筑的修繕保護(hù)有所啟發(fā)。

1 應(yīng)縣木塔

1.1 應(yīng)縣木塔簡介

山西應(yīng)縣木塔建造于公元1 0 5 6年，高為 6 7.3 1 m，是世界現(xiàn)存的唯一保存完好的木結(jié)構(gòu)樓閣式寶塔（圖1)。木塔位于山西大同盆地地震帶，有發(fā)生多次地震的背景。近1 0 0 0年來，木塔經(jīng)受多次強(qiáng)烈地震和人為破壞，變形、結(jié)構(gòu)損壞日益嚴(yán)重，本身性質(zhì)發(fā)生變化，承載力降低，如遇突發(fā)性自然災(zāi)害，將嚴(yán)重危及木塔自身安全。

1.2 歷史上的維修加固

圖1 應(yīng)縣木塔

歷史上對應(yīng)縣木塔維修加固總結(jié)歸為兩類：一種是裝修彩繪，小修小補(bǔ)。這一類的修補(bǔ)是為了防護(hù)自然、生物侵蝕。從現(xiàn)存明清時代的部分牌匾題記載，此項(xiàng)修補(bǔ)多為善男信女還愿布施，工程以彩畫妝佛等，時長約為3 0～6 0年。另一種是比較大的工程，兼加固和整修的作用，具有較強(qiáng)的針對性。有的是在木塔部分損壞相當(dāng)嚴(yán)重的情況下，有的是在政治上或是社會上有特殊要求時而采取加固措施。

2 修繕保護(hù)措施

1964年，陳明達(dá)先生編著了第一部有關(guān)著作《應(yīng)縣木塔》[1]，其主要目的是試圖通過對木塔在建筑技術(shù)上的分析，對塔身進(jìn)行了系統(tǒng)地歸納整理，研究我國古代建筑各時期建筑技術(shù)發(fā)展中存在的問題。李世溫先生的課題組自2 0世紀(jì)7 0年代開始，對應(yīng)縣木塔各個結(jié)構(gòu)特性、所用木材的力學(xué)與物理性能都分別進(jìn)行了系統(tǒng)地研究[2-4]，考察分析了應(yīng)縣木塔所處地塊的地震史與木塔殘損之間的聯(lián)系，同時對木塔的現(xiàn)狀進(jìn)行可靠的科學(xué)評估。從建筑思想、人文地理、藝術(shù)風(fēng)俗、結(jié)構(gòu)組成以及設(shè)計懸念等多角度全方位地剖析了應(yīng)縣木塔抗震和殘損情況[5]。

2.1 木塔的抗震

在對木塔的修繕保護(hù)工作中，主要考慮因素有主體抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、采取措施與其可靠性的科學(xué)評價和各自階段可承受的風(fēng)險概率預(yù)估。具體涵蓋對木塔修繕前的現(xiàn)狀、修繕中和修繕后三個階段內(nèi)的抗震問題，以及抗震設(shè)防、修繕可靠性的評價等。

2.2 構(gòu)件的變形

木塔構(gòu)件及整體的水平和豎向殘留變形已嚴(yán)重影響了木塔的可靠性，特別是2層平座層殘留變形及變形分布狀況，將使其成為抵抗側(cè)力的薄弱層。目前修繕加固的主要內(nèi)容就是減小殘損變形。

2.3 構(gòu)件的承載力

各類構(gòu)件可靠性等級的劃分是依據(jù)變形殘損、構(gòu)件承載能力及修繕的難易程度等內(nèi)容，分析了木塔各個構(gòu)件的分布特征和殘損狀態(tài)。實(shí)測結(jié)論顯示：3層及以下各層殘損均較為嚴(yán)重，4層及以上各層相對殘損較輕，從承載力的角度，木塔修繕應(yīng)以3層以下為主[5]。

2.4 構(gòu)件的塑性

由于古代木建筑的構(gòu)造方法、構(gòu)件連接都與現(xiàn)代的不同。木塔現(xiàn)狀的塑性變形是長年累月積攢的結(jié)果,現(xiàn)存情況的復(fù)雜性與多樣性是不可預(yù)估的，所以不僅要研究適合于古建筑木結(jié)構(gòu)的塑性結(jié)構(gòu)的分析方法，還要有科學(xué)的對古建筑木材性能的確定方法[5]。

3 我國木建筑修繕加固原則與策略

戰(zhàn)爭、自然災(zāi)害等對古建筑的破壞嚴(yán)重，其中木制建筑尤為明顯。木質(zhì)材料在克服其本身的老化、腐朽、蟲蛀、地震等自然災(zāi)害帶來的巨大損壞的同時，還要面對一些人為破壞。

現(xiàn)有的很多規(guī)范、對結(jié)構(gòu)的分析及計算方法等都不能直接被采用。而對于文物保護(hù)的要求是做到“修舊如舊”，就是達(dá)到最大程度地保留歷史文化信息。要使這些降低了的要素恢復(fù)，顯然小修小補(bǔ)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到的。修繕工作要考慮到是否易于操作、與文物保護(hù)是否相抵觸、整個修繕過程經(jīng)濟(jì)是否合理等，此外，修繕方案中取舍的關(guān)鍵還在于尋找文物保護(hù)與結(jié)構(gòu)修繕之間的結(jié)合點(diǎn)。因此，修繕工程是一項(xiàng)要求考慮全面的工作，根據(jù)風(fēng)險預(yù)估、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等各項(xiàng)綜合分析后才可以做出相應(yīng)科學(xué)的決策。目前對于木建筑修繕加固主要有以下3種技術(shù)。

3. 1 修繕加固地基基礎(chǔ)

針對現(xiàn)存于山頂或是山下的古木建筑，修繕加固一般多采用石砌護(hù)坡或擋土墻的方法加固，使古建筑在不改變原狀的基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)加固，工藝技術(shù)得以完整保存。地基基礎(chǔ)的加固，可以增強(qiáng)基礎(chǔ)承受力，另一方面也可以防止因?yàn)榈貧せ顒訉ㄖw性的破壞，盡可能的從結(jié)構(gòu)上延長建筑壽命。

現(xiàn)行我國《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（J G J 7 9—2 0 0 2）對地基的處理方法進(jìn)行了系統(tǒng)、詳細(xì)的敘述。方法包括有灰土擠密樁法、土擠密樁法和地基換填墊層法等十多種對于地基的處理方法，從它們原理上看，基本都是按照古代原有的地基處理方法改良而得。均采用人工方法對原有建筑地基軟弱土層的滲透、變形性質(zhì)進(jìn)行改善，提高底層地基承載力的目的是為了確保上層結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

3.2 修繕加固建筑節(jié)點(diǎn)

從對木建筑的各個相關(guān)數(shù)據(jù)分析可得，不同的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)受力不同，在整體建筑中扮演的角色也不盡相同。木建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，構(gòu)件種類繁多，且大多均為獨(dú)立整體，所以可以考慮部分構(gòu)件重建來替換原裝。各構(gòu)件因長期受力或部分節(jié)點(diǎn)位置嚴(yán)重腐蝕，造成節(jié)點(diǎn)松動，影響上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，可以選用扒釘、扁鋼外包固定節(jié)點(diǎn)，提高木建筑的整體穩(wěn)定性。

例如在對古木樓閣飛云樓的修繕加固中，主體結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)加固主要有：梁－梁、梁－柱、柱－柱節(jié)點(diǎn)連接加固3種類型。如圖2所示其連接部位加固方法，在連接疊梁時存在高度不同的情況，于是選擇沿著梁身方向以釘鋼條的方式加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)連接，在正交的方向則使用“Ω”形鋼條固定上、下疊梁位置。當(dāng)存在梁端缺陷或支撐長度不足時，增設(shè)支撐保護(hù)構(gòu)件[6]。

3.3 修繕柱體開裂

由于部分構(gòu)件的木材在制作過程中未處理完整，仍帶有較多水分，其表面在陽光、風(fēng)力等作用下，比內(nèi)部更易干燥，此外木纖維的自身內(nèi)外收縮是不一致，會造成內(nèi)外受力不均，歷時長久會因?yàn)槟玖媳旧硎湛s而開裂。柱體開裂的現(xiàn)象在古木建筑中隨處可見，例如安徽省黃山市歙縣的鮑氏宗祠中支撐柱（圖3）。

木材如果從內(nèi)部破裂，其作為構(gòu)件的壽命會迅速減短，造成的質(zhì)變也將是不可逆轉(zhuǎn)的。應(yīng)減少傳統(tǒng)意義上的利用玻璃鋼等約束材料，多應(yīng)采用木材易吸收的納米材料對裂縫填塞，或是在預(yù)防階段在其表面涂抹保護(hù)層。

圖2 節(jié)點(diǎn)加固方式

圖3 柱體開裂現(xiàn)狀

4 結(jié)語

綜上所述，在對古建筑的修繕加固中需要技術(shù)科學(xué)的不斷更新，在秉持古建筑的修復(fù)原則上，盡可能地保持修復(fù)前后的一致性，減少人為修繕中不必要的破壞。以應(yīng)縣木塔這些急需解決的各類問題為例，目前要認(rèn)可一種準(zhǔn)確的計算木塔結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況的分析法，制定相應(yīng)的施工規(guī)范，使木塔整體修繕做到有章可循。僅憑對單層或某幾層的修繕經(jīng)驗(yàn)，來對木塔進(jìn)行大范圍改造的方法是不可取的。

隨著大力發(fā)展新型城鎮(zhèn)化，古建筑的保護(hù)這一項(xiàng)目也越發(fā)得到了國家與政府的高度重視。作為國家文明的象征，古建筑對于我國各個領(lǐng)域的影響極為深遠(yuǎn)，同時也對社會發(fā)展有著積極作用。做好古建筑的傳承和保護(hù)再利用，不僅可以彰顯地域建筑文化特色，同時也為實(shí)現(xiàn)地域新型特色城鎮(zhèn)化發(fā)展提供可借鑒路徑。

參考文獻(xiàn)：

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[3]杜雷鳴,李海旺,薛飛,秦冬祺.應(yīng)縣木塔抗震性能研究[J].土木工程學(xué)報.2 0 1 0(s 1):3 6 3-3 7 0.

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[5]李鐵英,魏劍偉,張善元,等.高層古建筑木結(jié)構(gòu)——應(yīng)縣木塔現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)評價[J].土木工程學(xué)報,2 0 0 5,3 8(2):5 1-5 8。

[6]喬冠峰,李鐵英.古木樓閣飛云樓的修繕加固[J].工業(yè)建筑,2 0 1 6,4 6(9):1 7 5-1 7 8.