磚石構(gòu)造古建筑的特點及修繕策略

孔德榮

(佛山市工程承包總公司，廣東 佛山 528000)

1 工程概況

佛山水上關(guān)帝廟復(fù)建工程寬14 m，進深42 m，高12.7 m，建筑總面積約為450 m2。平面布局為三間三進，封火山墻的形狀如水波一般，屋面鋪有綠色的琉璃瓦，正面大門處佇立著四根石檐柱，蝦公梁上的獅子栩栩如生，樨頭由磚雕而成，次間還設(shè)有包臺，從建筑形態(tài)上與嶺南古建筑基本相同。該項目屬于古建筑的復(fù)建工程，施工時需嚴格按照同“結(jié)構(gòu)、形制、材料、工藝”的原則最大限度重現(xiàn)建筑物的歷史原貌。

2 磚石構(gòu)造古建筑的特點

磚石構(gòu)造古建筑數(shù)量眾多，在我國古建筑中占有重要地位[1]。常見的磚石構(gòu)造建筑有城墻、陵墓、塔以及地面等。它的主要堆砌材料為磚、石以及用作粘結(jié)材料的灰漿。磚石構(gòu)造古建筑是否具有穩(wěn)定性、能否耐久受多種因素的影響。深入研究國內(nèi)外文獻資料可以發(fā)現(xiàn)，關(guān)于磚石構(gòu)造古建筑修繕的研究主要集中在以下幾個方面。

1)如何提高磚石構(gòu)造古建筑的抗震性能；

2)磚石穹頂結(jié)構(gòu)具有哪些特點；

3)現(xiàn)代無損測試技術(shù)如何在磚石構(gòu)造古建筑的保護中得到合理應(yīng)用；

4)磚石構(gòu)造古建筑中的技術(shù)原理和材料性能等。

佛山水上關(guān)帝廟工程屬于古建筑的復(fù)建工程，要求建筑物無論從格局還是細節(jié)上都盡可能貼近歷史原貌。為保證建筑物歷史原貌的重現(xiàn)，施工人員應(yīng)從材料、結(jié)構(gòu)、形制以及工藝等多個方面出發(fā)，盡可能做到與同類建筑物一致。

3 磚石構(gòu)造古建筑的修繕策略

3.1 建筑材料

3.1.1 磚

磚石構(gòu)造古建筑以磚為主要材料。磚的原材料既包括天然石材又包括燒制磚。其中，燒制磚質(zhì)量的好壞直接影響著建筑整體的質(zhì)量。

研究表明，磚石構(gòu)造古建筑使用的磚料往往具有不同規(guī)格，甚至名稱也多種多樣[2]。目前已知的古建磚料已有20多種。根據(jù)規(guī)格和產(chǎn)地對這些磚料進行分類，大致可以分為新樣城磚和舊樣城磚、大號城磚和二號城磚以及臨清城磚等多種類型的城磚。一般來說，城磚的規(guī)格都是由定制的，不同朝代、不同用途的磚都有不同的規(guī)格。而在實際建造過程中城磚的規(guī)格并無定制。不同城池所用城磚的規(guī)格各不相同。事實上，定制磚料規(guī)格的根本目的是保證建筑的質(zhì)量符合要求。

而在本項目中用來修建墻體的磚石類別為青磚，是從民間收集的舊青磚加工后重新使用的青磚，既保證了古建筑的復(fù)建、修建效果，又實現(xiàn)了古建筑材料的增值利用和循環(huán)利用，有利于促進循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展。

3.1.2 膠結(jié)材料——灰漿

我國古代建筑在修筑過程中經(jīng)常使用灰漿作為粘結(jié)原材料?；覞{種類繁多，民間甚至還有“九漿十八灰”的說法。古代建筑常使用石灰膠泥以及桐油等各種有機材料作為灰漿的原材料。原材料按比例配制形成灰漿。然而，灰漿的調(diào)配比例在長時間的發(fā)展中逐漸失傳。由于不清楚具體的調(diào)配比例，現(xiàn)階段人們很難再制作出傳統(tǒng)的灰漿。再加上尋找傳統(tǒng)灰漿的原材料需要耗費大量時間和精力，因此傳統(tǒng)灰漿逐漸被淘汰。現(xiàn)代灰漿的制作通常選取水泥、白灰和煤屑作為原材料。

一般情況下，如果現(xiàn)代原材料的使用不會對古建筑的原有風(fēng)格造成影響，那么合理使用現(xiàn)代原材料也是可行的。需要注意的是，材料選擇應(yīng)與古建筑的實際施工時間點相符。舉個例子，傳統(tǒng)的石灰漿在凝固時會膨脹并逐漸填滿整個構(gòu)造，水泥砂漿則恰恰相反，它凝固時會因干燥而逐漸收縮，從而使得構(gòu)造內(nèi)部呈現(xiàn)中空狀態(tài)。因此，在選擇新材料時相關(guān)工作人員一定要做好對比，選擇優(yōu)于傳統(tǒng)原材料的新型材料。

本項目采用灰塑作為修建中的裝飾藝術(shù)?；宜苁且允覟橹饕牧希枭系静莼蛴窨奂?，加入少量紅糖，經(jīng)反復(fù)錘煉制成草筋灰、紙筋灰，并以瓦筒、銅線為支撐物，在施工現(xiàn)場塑造，待干后再涂上顏料而成。本次復(fù)建工程采用傳統(tǒng)的工藝、材料進行灰塑裝飾構(gòu)件的施工，取得了良好效果。

3.1.3 灰土地基

灰土在磚石構(gòu)造古建筑中起著關(guān)鍵作用。一方面它是建筑物的地基，另一方面它較為厚重的構(gòu)造也使得其成為實用性較高的填充物。與現(xiàn)代原材料相比，灰土不僅具有面對千年風(fēng)霜侵蝕的耐性和強度，還能與建筑本身和諧共生。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.1 設(shè)計使用年限問題

關(guān)于設(shè)計使用年限我國的相關(guān)文獻上早有記載。在建筑物及其部件的使用年限內(nèi)，即使不進行大型修繕活動也可以正常使用。設(shè)計使用年限時，相關(guān)工作人員要盡量保證建筑物的耐久性，使其在設(shè)計、施工以及使用等一系列操作都正常的前提下達到使用年限。一般情況下，如果某建筑具有紀念性質(zhì)或某個建筑構(gòu)造特別重要，它們的設(shè)計使用年限應(yīng)為一百年。圖1為磚石構(gòu)造古建筑主體臺基設(shè)計示意圖。

圖1 磚石構(gòu)造古建筑主體臺基設(shè)計示意圖

3.2.2 荷載效應(yīng)

與現(xiàn)代建筑行業(yè)不同，在修繕古建筑物的過程中，古代設(shè)計人員一般不考慮荷載效應(yīng)。而現(xiàn)代建筑行業(yè)不僅要保證修繕后的建筑物外觀與古建筑一致，還要充分考慮古建筑的荷載及構(gòu)造，從而減少因受力不均而產(chǎn)生的失穩(wěn)情況。

根據(jù)承載力極限狀態(tài)對砌體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，計算時應(yīng)按下列公式中最不利組合進行：

(1)

(2)

式中，λG為結(jié)構(gòu)重要系數(shù)；SGK為永久荷載標準值的效應(yīng)；SQ1K為在基本組合中起到控制作用的一個可變荷載標準值的效應(yīng)；SQiK為第i個可變荷載標準的效應(yīng)；λQi為第i個可變荷載的分項系數(shù)。一般情況下取1.4；當荷載標值>4kN/m2時取1.3；ψCi為第i個可變荷載的組合值系數(shù)，一般情況下應(yīng)取0.7；R為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力函數(shù)。

上述兩個公式，前者由可變荷載控制，后者由永久荷載控制。將兩種荷載效應(yīng)組合在一起后，砌體結(jié)構(gòu)的可靠性將會大大增強。

3.2.3 抗震設(shè)防

我國是世界上地震發(fā)生比較頻繁的國家之一，全國約有1/3的地區(qū)基本烈度≥7度。結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計分為“概念設(shè)計”和“計算設(shè)計”兩種類型。通過大量的試驗分析和經(jīng)驗總結(jié)，在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中“計算設(shè)計”的重要性遠不如“概念設(shè)計”。這一方面是因為地震力較為復(fù)雜且具有不確定性，另一方面則是因為“計算設(shè)計”和實際情況之間存在偏差，即使經(jīng)過了嚴密的計算也不能完全把握控制結(jié)構(gòu)的抗震性能。因此，控制結(jié)構(gòu)的抗震性能很大程度上取決于“概念設(shè)計”。相關(guān)研究者還表示，要想使控制結(jié)構(gòu)的抗震性能得到提高，施工人員可在磚結(jié)構(gòu)房屋中加入鋼筋混凝土構(gòu)造柱和圈梁。磚石構(gòu)造古建筑抗震性能的研究如圖2所示。

圖2 磚石構(gòu)造古建筑抗震性能的研究

當建筑物較長時，氣溫變化容易對建筑物造成侵蝕，損害建筑。過長的建筑物還可能產(chǎn)生地基承載受力不均的情況。不僅如此，在地震頻發(fā)的地區(qū)容易受到較大風(fēng)險，最終導(dǎo)致建筑構(gòu)件內(nèi)部開裂或破壞。因此，在設(shè)計過程中設(shè)計人員應(yīng)使建筑物在變形縫的作用下發(fā)生分離，從而不受形狀的制約。如果建筑物位于地震區(qū)且設(shè)置了伸縮縫和沉降縫，那么兩種縫的設(shè)置均需按地震縫的要求進行，同時加入現(xiàn)代防震措施，建立防災(zāi)機制。

3.3 施工控制

結(jié)構(gòu)的強度受多種因素的影響。它不僅與材料強度有關(guān)，還受粘結(jié)材料粘結(jié)力的影響。除此之外，工人的砌筑方法是否正確、砌筑操作是否熟練同樣影響著結(jié)構(gòu)強度。建筑物的安全性和功能性都與磚砌體的質(zhì)量有關(guān)。磚砌體質(zhì)量的影響因素有很多，除設(shè)計因素和材料因素外還有施工因素，其中影響最大的就是施工因素。截至目前，我國已存在一套雖不完備但有一定指導(dǎo)意義的古建資質(zhì)制度[3]。但事實表明，即使是有古建資質(zhì)的施工隊伍也不能完全保證修繕工作的順利進行。部分有資質(zhì)的施工單位甚至將修繕工作交給其他無資質(zhì)的單位，最終導(dǎo)致文物被破壞，修繕質(zhì)量不盡如人意。

現(xiàn)階段的建筑行業(yè)存在一套涵蓋了從計量單位到質(zhì)量驗收全過程的明確指標，為結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢驗提供了標準。修復(fù)古建筑從本質(zhì)上來說是對文化的傳承和保護，因此，既需要經(jīng)驗豐富的老匠人，又需要具備專業(yè)知識的修復(fù)工程技術(shù)人員。兩者之間既相互配合又相互制約，最終取得良好的修復(fù)效果。

4 結(jié)束語

磚石結(jié)構(gòu)古建筑是國家不可或缺的珍貴文物。保護和修繕磚石結(jié)構(gòu)古建筑意義重大。磚石結(jié)構(gòu)古建筑自重較大，材料易被破壞，容易受地震等自然災(zāi)害的侵蝕和自身結(jié)構(gòu)的破壞。如何保護和修繕磚石結(jié)構(gòu)古建筑是相關(guān)人員亟待解決的問題之一。

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