傳統(tǒng)建筑技術(shù)的適宜性改善策略研究
——以徽州地區(qū)為例

■ 黃 煒 HUANG Wei 顏宏亮 YANHongliang

0 引言

傳統(tǒng)建筑技術(shù)是建筑與地域自然環(huán)境和文化環(huán)境經(jīng)過長期磨合適應(yīng)，形成從建筑材料選擇到相應(yīng)建造工藝的一套地域技術(shù)體系，其中蘊含著大量的地域智慧。從這些傳統(tǒng)智慧中發(fā)掘建筑技術(shù)的思想與方法，對其進行適宜性改善以提升其性能，從而適應(yīng)當(dāng)代社會發(fā)展的需求。這不僅延續(xù)了傳統(tǒng)，凸顯了地域特征，更賦予了傳統(tǒng)建筑技術(shù)新的生命和價值。對于傳統(tǒng)技術(shù)的適宜性改善策略，并非固守傳統(tǒng)，而是用科學(xué)的態(tài)度認識其價值，用科學(xué)的方法總結(jié)其技術(shù)體系，認識其中的科學(xué)內(nèi)涵，深刻理解傳統(tǒng)的技術(shù)體系，并通過現(xiàn)代技術(shù)加以改善。傳統(tǒng)建筑技術(shù)的現(xiàn)代改善，不僅提升了結(jié)構(gòu)安全性能，改善了建筑的舒適度，而且保留并傳承了大量的地方傳統(tǒng)文化信息，在傳統(tǒng)建筑的保護改造和新建筑創(chuàng)作中，具有極為廣闊的利用空間，為建造符合現(xiàn)代人使用又體現(xiàn)地域性的建筑提供了技術(shù)支撐。傳統(tǒng)技術(shù)適宜性改善的主要策略包含結(jié)構(gòu)性能改善、物理性能改善、防御性能改善等方面。

1 結(jié)構(gòu)性能的適宜性改善

徽州地區(qū)（主要指現(xiàn)在的黃山市全境及安徽省績溪縣和江西省婺源縣）傳統(tǒng)建筑主體部分以磚木結(jié)構(gòu)為主，高海拔地區(qū)建筑采用夯土結(jié)構(gòu)，少數(shù)地區(qū)采用石材墻體結(jié)構(gòu)。由于現(xiàn)行結(jié)構(gòu)安全規(guī)范的要求以及歷史建筑和環(huán)境保護的需要，舊建筑改造和新建筑建造中仍然需要采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式，但需要對傳統(tǒng)建筑的結(jié)構(gòu)性能進行提升改善，使之既滿足結(jié)構(gòu)安全，又能體現(xiàn)出地方特色，同時也是體現(xiàn)自然生態(tài)價值和人文歷史價值的重要途徑。

1.1 磚結(jié)構(gòu)

徽州傳統(tǒng)地域建筑外圍護結(jié)構(gòu)主要采用磚結(jié)構(gòu)，磚墻的強度和防水、防火性能均優(yōu)于土墻。磚的制作要求較高，對制作的原料、工藝、地點、時間和成本都有較高的要求。由于徽州的自然地理條件、徽商的經(jīng)濟支撐和成熟的制作技藝，使得徽州建筑大量以磚作為建筑材料成為可能。

1.1.1 墻體砌筑方法

徽州傳統(tǒng)地域建筑多采用磚木結(jié)構(gòu)，墻體只作為圍護結(jié)構(gòu)而不承重，墻體砌筑方法主要采用空斗墻，包括一眠一斗、一眠三斗、空斗無眠3種形式（圖1）；此外，也有采用灌斗墻（空斗墻中填充碎磚或土填實）、鴛鴦墻與單墻等實墻的方式（圖2）[1]?；罩莸貐^(qū)有大量的傳統(tǒng)建筑遺存，傳統(tǒng)建筑墻體的結(jié)構(gòu)性能無法滿足現(xiàn)代建筑對結(jié)構(gòu)安全的要求，加之其修建時間一般都在百年以上，墻體的穩(wěn)定性有不同程度下降而存在安全危險，需要以原真性為前提，采用適宜的技術(shù)對其進行加固，提高墻體結(jié)構(gòu)安全和建筑的整體性，并滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。

1.1.2 墻體加固方法

傳統(tǒng)建筑遺存的墻體加固，通常采用鋼筋網(wǎng)加固法和灌漿加固法兩種方法。

圖1 空斗墻

圖2 實墻（鴛鴦墻、單墻）

（1）鋼筋網(wǎng)加固法是指在墻體的加固過程中，將鋼筋雙向鋪設(shè)固定在墻體表面，形成鋼筋網(wǎng)，并在鋼筋網(wǎng)外側(cè)噴射或粉刷混凝土或特種固結(jié)材料，形成結(jié)構(gòu)層，從而提高墻體的穩(wěn)定性，完成后再采用傳統(tǒng)工藝對面層進行處理。這種做法不僅提升了墻體的結(jié)構(gòu)性能和保溫隔熱性能，而且有利于建筑風(fēng)貌的保持。

（2）灌漿加固法是將一定配比的砂漿注入墻體空縫，以提升墻體強度。選用砂漿的強度應(yīng)高于墻體原有砂漿的強度，這樣有利于墻體承載能力的整體提升。此外，為了保證建筑的原真性，盡量采用與原材料相同或相近的材料進行處理[2]。

1.1.3 案例介紹

位于祁門縣的“宀屋”，在改造過程中采用了鋼筋網(wǎng)加固的方法。建筑緊鄰敘五祠，四周農(nóng)田環(huán)繞，其體量很小，原為兩層，占地僅有60m2。內(nèi)部及屋頂構(gòu)架為普通穿斗式木結(jié)構(gòu)，破壞較為嚴重，需要整體更換。墻體為空斗墻做法，由于空斗墻本身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較差，需要對墻體進行加固處理。為了保留老墻體并提升施工過程的安全性，在拆除內(nèi)部木結(jié)構(gòu)之前，先用鋼筋網(wǎng)固定在墻體內(nèi)側(cè)，再用混凝土進行多層粉刷，以形成老墻的內(nèi)部加固層，從而提升墻體的結(jié)構(gòu)性能。相關(guān)研究表明，通過鋼筋網(wǎng)加固后的空斗墻，其結(jié)構(gòu)性能提高約60%，其剛度、延性、整體性和抗震性能都有明顯提高[3]?！板参荨辈捎眠m宜的新技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)結(jié)合，以一種新舊并存的姿態(tài)重新出現(xiàn)在老祠堂旁邊，獲得了地域性和現(xiàn)代性的統(tǒng)一（圖3）[4]。

由于徽州傳統(tǒng)建筑外墻大都粉刷石灰，磚墻肌理隱藏于白墻背后，這為新建筑的墻體建造提供了更多的可操作空間。磚墻在砌筑的過程中，可采用鋼筋混凝土材料增設(shè)圈梁、過梁、構(gòu)造柱的方式，提升墻體的整體結(jié)構(gòu)性能。在黃山市屯溪某傳統(tǒng)建筑的遷建中，考慮到空斗墻本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)而未再采用[5]，卻另外選擇了傳統(tǒng)一順一丁的實墻砌筑方法。此外，建筑整體增加了圈梁，門窗洞口采用石材或者鋼筋混凝土過梁，墻體轉(zhuǎn)角處增設(shè)構(gòu)造柱，大大提升了墻體的結(jié)構(gòu)性能和建筑整體的安全性能（圖4）。

1.2 木結(jié)構(gòu)

我國古代建筑就是以木構(gòu)架作為主要的承重構(gòu)件，因地理環(huán)境和生活習(xí)慣的不同，有抬梁、穿斗和干闌等三種結(jié)構(gòu)體系。木結(jié)構(gòu)具有良好的結(jié)構(gòu)性能，在汶川地震中，木結(jié)構(gòu)體系良好的抗震性能又一次得到了檢驗，只有極個別年久失修的木結(jié)構(gòu)古建筑倒塌，部分建筑局部榫卯拔出，部分建筑局部裝飾物被破壞[6]，證實了木結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性能。然而，按照現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的設(shè)計規(guī)范來看，傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)仍需進一步提升結(jié)構(gòu)性能。

徽州傳統(tǒng)建筑以木構(gòu)架為主體結(jié)構(gòu)，采用抬梁式和穿斗式混合結(jié)構(gòu)，并發(fā)展出特有的插梁式結(jié)構(gòu)形式，增強了山地環(huán)境的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性，進一步提升了木構(gòu)架的結(jié)構(gòu)性能[7]。徽州民居的大木結(jié)構(gòu)，以穿斗式為主、抬梁式為輔。穿斗式結(jié)構(gòu)在房屋的進深方向串聯(lián)性緊密，而在房屋開間方向聯(lián)接較弱，這是穿斗式木架結(jié)構(gòu)特性所決定的[8]。木結(jié)構(gòu)以梁柱構(gòu)件通過榫卯連接，其破壞形式往往不是構(gòu)件破壞，而是出現(xiàn)拔榫或折榫的結(jié)構(gòu)性破壞[9]。可以看出，結(jié)構(gòu)體系和節(jié)點連接影響了木結(jié)構(gòu)的整體性能。

因此，可以通過結(jié)構(gòu)體系和節(jié)點連接優(yōu)化，提升徽州地域木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能。由于穿斗式木結(jié)構(gòu)體系類似于梁柱結(jié)構(gòu)體系，設(shè)計時可以將穿斗式改為梁柱式木結(jié)構(gòu)體系，以增強開間方向的連接。此外，梁柱式木結(jié)構(gòu)體系可以參照《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50005—2017）進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，并定量分析，從而提升結(jié)構(gòu)體系的科學(xué)性。傳統(tǒng)建筑木構(gòu)件的榫卯連接有其優(yōu)點，但也是結(jié)構(gòu)破壞的薄弱點?？梢员Ａ粢恍┲谱骱唵蔚拈久?，對復(fù)雜節(jié)點用現(xiàn)代梁柱木結(jié)構(gòu)體系的連接方式進行連接，也可依據(jù)《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50005—2017）采用齒連接、銷連接，或釘、螺栓和齒板等連接方式。這樣既保留了榫卯的優(yōu)點，又可以對節(jié)點進行分析計算，從而提升木結(jié)構(gòu)的性能。

圖3 傳統(tǒng)建筑改造中墻體加固提升結(jié)構(gòu)性能

圖4 增設(shè)鋼筋混凝土圈梁、過梁、構(gòu)造柱提升墻體結(jié)構(gòu)性能

例如，在黟縣宏村樂彼園（圖5）和徽州區(qū)西溪南村溪源藝術(shù)館（圖6）的設(shè)計中，對穿斗式木結(jié)構(gòu)進行了改進，采用梁柱式木結(jié)構(gòu)形式，形成框架結(jié)構(gòu)，增強了木構(gòu)架結(jié)構(gòu)的整體性，木構(gòu)架的結(jié)構(gòu)性能得以提升。

2 物理性能的適宜性改善

徽州屬于夏熱冬冷地區(qū)，室內(nèi)物理環(huán)境改善主要滿足夏季防熱兼顧冬季保溫的要求。由于徽州傳統(tǒng)建筑屋面、墻體、地面中的構(gòu)造措施，以及天井形成的遮陽與自然通風(fēng)效果，夏季室內(nèi)一層熱環(huán)境較為理想，但二層因受太陽輻射影響，室內(nèi)熱環(huán)境并不理想（圖7）[10]；冬季室內(nèi)熱環(huán)境則由于磚木結(jié)構(gòu)的保溫性能及氣密性，保溫效果不佳，春秋過渡季節(jié)具有良好的熱環(huán)境（圖8）[11]。為改善室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量，需要改善外圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能，增加室內(nèi)的自然通風(fēng)，因此，需要對圍護結(jié)構(gòu)（屋面、墻體、門窗）及平面布局（穿堂風(fēng)組織、天井通風(fēng)遮陽性能）進行一定的改良。

圖5 宏村樂彼園梁柱式木結(jié)構(gòu)

圖6 西溪南村溪源藝術(shù)館梁柱式木結(jié)構(gòu)

2.1 圍護結(jié)構(gòu)性能

2.1.1 屋面性能

屋面是建筑頂部的圍護結(jié)構(gòu)，接受太陽輻射量最大，是建筑保溫隔熱的重點，其構(gòu)造措施直接影響到室內(nèi)熱舒適度。徽州建筑屋面較考究的做法為：屋頂梁架上置檁（桁條），檁上置椽子，椽子上鋪設(shè)望板（或望磚），望板上鋪設(shè)苫背后再漿座小青瓦。這種做法一般用于祠堂或富裕人家，而大部分民居屋面構(gòu)造簡單，直接把瓦鋪設(shè)在椽條上，即冷攤瓦屋面。傳統(tǒng)屋面構(gòu)造在夏季室內(nèi)空間熱輻射大，冬季則產(chǎn)生冷輻射。為改善屋面保溫隔熱性能，可利用保溫材料替換傳統(tǒng)的苫被層，再鋪設(shè)具有反射層的防水材料，如合成高分子卷材或高聚物改性瀝青卷材，既改善了屋面的防水性能，又提升了屋面的保溫隔熱效果。

2.1.2 墻體性能

圖7 徽州民居夏季日間通風(fēng)示意圖

圖8 徽州民居四季各測點溫度[11]

徽州傳統(tǒng)民居外圍護墻體厚重，開窗較小且數(shù)量少，空斗墻內(nèi)為空氣層或填充泥土，這使得外墻的保溫性能有所提升。但空斗墻的導(dǎo)熱系數(shù)與現(xiàn)行標準（導(dǎo)熱系數(shù)＜1.0W/(m2K)）比較，依然有不小的差距。對于外墻墻體物理性能，可以通過增加外墻內(nèi)保溫或外保溫，或者對空斗墻體內(nèi)填充漿體類保溫材料等方法來改善。這種做法不會破壞傳統(tǒng)墻體，對新砌空斗墻也保留了傳統(tǒng)做法，并改善了其保溫隔熱性能。

2.1.3 門窗性能

現(xiàn)代建筑能耗中，門窗一般可以占到整個維護結(jié)構(gòu)總能耗的40%～50%[12]?；罩萁ㄖ鈮Ψ忾]，門窗面積小，但仍需予以重視。徽州傳統(tǒng)建筑門窗材料多就地取材，采用熱工性能良好的木材，但受到材料、工藝和耐久性的影響，木質(zhì)門窗存在易變形、腐朽等問題，其熱工性能和密閉性均達不到要求。雖然對于夏季的通風(fēng)有一定的幫助，但是這種不可控因素影響了冬季的保溫。對門窗性能的改善，可以通過提高門窗整體保溫性能，提高門窗的密閉性，改善其保溫隔熱性能。

2.2 平面布局

2.2.1 穿堂風(fēng)組織

徽州建筑一般高墻圍合形成封閉的室內(nèi)空間，由于開窗面積較小，不利于室內(nèi)自然通風(fēng)和穿堂風(fēng)的形成，影響了夏季的室內(nèi)舒適度，也不利于潮氣排散。通過適當(dāng)提高窗墻比，減少室內(nèi)空間阻隔，以增加室內(nèi)橫向風(fēng)壓自然通風(fēng)，有利于穿堂風(fēng)的組織。

在黟縣屏山村有慶堂改造中，建筑師在客廳和臥室外墻處，通過增設(shè)外窗數(shù)量和適當(dāng)加大外窗尺寸，不僅保持了建筑的原有風(fēng)貌，其室內(nèi)風(fēng)環(huán)境也得到明顯改善（圖9）[13]。

2.2.2 天井通風(fēng)遮陽

天井是徽州建筑最具特色的元素，是徽州文化的物化形態(tài)，一般位于單進或多進建筑的廳堂之前，空間較為狹長。天井具有采光、通風(fēng)、遮陽、排水等實際的使用功能，是建筑室內(nèi)外空氣交換的通道，是自然風(fēng)進出的開口。由于天井的煙囪效應(yīng)，在夏季增加了熱壓通風(fēng)效果，有利于室內(nèi)熱環(huán)境舒適度的提高；而在冬季，無論白天還是夜間，都會由于室外冷風(fēng)的進入而導(dǎo)致室內(nèi)熱環(huán)境舒適度的降低。由此可見，天井對于徽州建筑夏季室內(nèi)熱環(huán)境的營造是有利的，在冬季卻成為了不利因素。為了發(fā)揮天井在夏季的通風(fēng)效果，并減少冬季的不利影響，可采用玻璃、鋼等現(xiàn)代材料對天井進行封閉，同時設(shè)置一定面積的可開啟通風(fēng)口，并采取遮陽措施削弱夏季的太陽輻射，以同時滿足室內(nèi)保溫和通風(fēng)的需要。

在休寧五福會所的改造設(shè)計中，建筑師使用鋼材和玻璃對天井進行了封閉處理，并采用可開啟的自動控制裝置，滿足了夏季的自然通風(fēng)和冬季的密閉保溫，在保留了天井原有空間形態(tài)和功能的同時，達到了更加舒適的使用效果（圖10）[14]。

3 防御性能的適宜改善

3.1 防火性能

徽州建筑大都為木結(jié)構(gòu)。木結(jié)構(gòu)雖然具有優(yōu)越的力學(xué)性能，卻易毀于火災(zāi)。徽州先民在漫長的歷史中，不斷改善民居的防火功能，采用了一系列的防火措施，如選擇近鄰自然水系，開鑿人工水系，設(shè)置在街巷、火巷、天井，并設(shè)置防火墻、防火門窗及樓面、屋面防火分隔等，大大減小了火患對徽州建筑的侵害，體現(xiàn)出科學(xué)防火的智慧。

木材作為徽州建筑的重要地方材料，是體現(xiàn)徽州建筑地域特色的重要載體，在古建筑修復(fù)和新建筑的設(shè)計中，經(jīng)常會選擇木材作為建筑材料。為了提升建筑的防火性能，一方面，在建筑設(shè)計方面吸收傳統(tǒng)建筑營建中的防火智慧；另一方面，可通過現(xiàn)代科技提升木材本身的防火性能。根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（GB 50016—2018）規(guī)定，建筑的防火等級必須達到B2級，重要建筑應(yīng)達到B1級。由于原生木材的防火性能無法達到現(xiàn)行規(guī)范的要求，需對原生木材進行涂刷或浸泡防火涂層，以提升防火性能[15]。為了不改變木材固有的材質(zhì)和紋理，不能簡單使用防火涂料，而應(yīng)采用透明、無色的阻燃涂料進行處理。

圖9 黟縣屏山村有慶堂外窗改造前后對比圖

圖10 休寧五福會所天井可開啟式封閉改造

在徽州府衙修復(fù)工程中，采用現(xiàn)代技術(shù)對木材進行處理，并進行防火阻燃試驗。首先，對木材刷無色無味阻燃劑3遍，使其吸收到木材表面1mm深，形成一內(nèi)層防火層；然后，噴防火清漆兩遍，形成約2mm厚面層防火保護膜。經(jīng)試驗，木材基本能達到B1級防火要求[16]。此外，在徽州府衙的修復(fù)中，為了減少建筑的電路系統(tǒng)對木結(jié)構(gòu)的潛在火災(zāi)危險，采用金屬套管對電線進行防護，安置在木結(jié)構(gòu)梁枋的上部，既降低了由電路引起的火災(zāi)隱患，也不會影響木結(jié)構(gòu)的美觀（圖11）。原生木材通過現(xiàn)代技術(shù)的處理，防火性能大大提升，為新建筑中木材的使用提供了技術(shù)支撐，增加了徽州地域建筑創(chuàng)作中的材料選擇和地域性表達的空間。

3.2 防水防潮性能

徽州地區(qū)多雨水，氣候潮濕，境內(nèi)年平均降水量在1 400～2 000mm之間，是安徽省降水量最多的地區(qū)[17]，容易導(dǎo)致建筑構(gòu)件受到侵蝕，影響室內(nèi)舒適環(huán)境。防水防潮是傳統(tǒng)建筑難以解決的難題，其改善途徑主要有：改善屋面防水、改善地面基層鋪設(shè)、改善基礎(chǔ)墻體構(gòu)造、改善木結(jié)構(gòu)的防潮性能等。此外，通過增加室內(nèi)通風(fēng)來降低室內(nèi)空間濕度，也是改善防潮性能的一個重要方面[18]。

防水防潮性能的改善，其原理主要是判斷水和潮氣來源，阻斷其滲透路徑，從而對建筑構(gòu)件起到保護的作用。

傳統(tǒng)建筑的屋面部分因受到材料、技術(shù)、構(gòu)造形式的制約，易受雨水和潮氣的影響，容易造成木構(gòu)件的腐朽。為了改善屋面的防水防潮性能，可使用現(xiàn)代防水材料。在徽州府衙修復(fù)工程中，采用了屋椽鋪設(shè)望磚這一傳統(tǒng)做法，同時，增設(shè)兩層APP卷材防水層，上鋪設(shè)30mm厚鋼絲網(wǎng)防水砂漿保護層及漿座小青瓦。經(jīng)過幾年雨季的檢驗，均未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象?，F(xiàn)代防水材料的使用，大大改善了屋面的防水性能（圖12）。

地面防潮性能的改善，可以通過增加防水層，利用改性土材料替代防潮性較差的土壤，達到較好的防潮功效。此外，增加室內(nèi)外高差，設(shè)置架空層，都是改善地面防潮性能的重要策略。

墻體的防潮，則通過在墻體底部使用石材和鋼筋混凝土地梁，外設(shè)防潮層得以實現(xiàn)（圖13）。建筑中木結(jié)構(gòu)的防潮也是需要關(guān)注的重點，可以通過涂刷防腐劑，在木柱底部設(shè)置石材或混凝土柱礎(chǔ)等方式，改善木結(jié)構(gòu)的防潮性能。

3.3 防白蟻性能

徽州地處皖南，由于氣候溫和濕潤，非常適合白蟻的生長繁殖，且白蟻種類多、分布廣、密度大?；罩菹热瞬捎昧艘幌盗蟹乐伟紫伒募夹g(shù)，如桐油灌涂、石灰灑滅、藥劑蒸煮，還通過選址向陽干燥的環(huán)境，木柱放置石礎(chǔ)上，以及選用含水率低、抗白蟻性能好的木材等方式進行防治，這些措施在今天仍然具有借鑒意義[19]。隨著現(xiàn)代化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可采用水溶性和油溶性復(fù)合配方藥劑（如CCA、ACQ、TBTO等藥劑）進行防白蟻及防腐、防霉的綜合防治，并通過表面涂刷、噴淋、滴注、加壓浸漬等方法[15]，增強木材的防白蟻性能。

4 結(jié)語

圖11 原生木材防火性能提升

圖12 屋面防水性能提升

圖13 墻體防潮性能提升

隨著新型城鎮(zhèn)化的不斷推進，地域文化的價值日益凸顯，傳統(tǒng)建筑技術(shù)作為實現(xiàn)手段也被重新認識。傳統(tǒng)建筑技術(shù)并不止于上述幾方面，每個地域都有大量的傳統(tǒng)技術(shù)等待建筑師和專業(yè)學(xué)者的挖掘。傳統(tǒng)建筑技術(shù)通過適宜性改善獲得了新的生命，其性能得到提升的同時，滿足了現(xiàn)代建筑的使用和技術(shù)要求，使得傳統(tǒng)建筑獲得了更多的科學(xué)性和安全性，拓展了傳統(tǒng)建筑材料的使用局限，為傳統(tǒng)材料和技術(shù)在現(xiàn)代建筑創(chuàng)作中的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐，對實現(xiàn)地域特色和可持續(xù)發(fā)展具有現(xiàn)實意義。