木構(gòu)架古建筑屋頂與圍護(hù)墻抗震構(gòu)造鑒定的探討

袁建力，李勝才，宋拓

（揚(yáng)州大學(xué)建筑科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009）

引言

中國(guó)木構(gòu)架建筑是世界文化遺產(chǎn)的重要組成部分，現(xiàn)存的木構(gòu)架古建筑大多遭受過(guò)地震損傷。通過(guò)對(duì)唐山地震、汶川地震、蘆山地震的震害資料分析可知［1］，一些構(gòu)造不合理或存在缺陷的古建筑，在低烈度區(qū)就發(fā)生明顯的損壞；而一些具有良好構(gòu)造并妥善維護(hù)的古建筑，在高烈度區(qū)的損傷程度相對(duì)較輕；特別是經(jīng)過(guò)抗震加固的古建筑，再次遭遇強(qiáng)烈地震襲擊時(shí)，大都呈現(xiàn)較好的抗倒塌性能，證實(shí)了抗震鑒定和加固的必要性。

木構(gòu)架古建筑通常由臺(tái)基、木構(gòu)架、圍護(hù)墻和屋頂4部分組成，木構(gòu)架為主要承重體系，圍護(hù)墻、屋頂與木構(gòu)架在地震中共同受力。理論分析及振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)表明，整體性好的屋頂對(duì)木構(gòu)架在水平地震作用下的變形約束和搖擺復(fù)位具有很好的保證作用［2－3］；砌筑質(zhì)量好的圍護(hù)墻對(duì)古建筑的抗側(cè)剛度有顯著的貢獻(xiàn)，可吸收大部分地震沖擊力，減輕木構(gòu)架的的損傷和變形［4－5］。木構(gòu)架古建筑各部分在地震作用下的損傷狀態(tài)與其所處位置和構(gòu)造密切相關(guān)，且對(duì)整體建筑和生命財(cái)產(chǎn)的安全有不同程度的影響，抗震構(gòu)造鑒定時(shí)均應(yīng)給以足夠的重視。

我國(guó)古建筑木結(jié)構(gòu)的抗震鑒定，按照《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT501652020）［6］執(zhí)行。該標(biāo)準(zhǔn)給出了基于構(gòu)件殘損點(diǎn)的木結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造鑒定方法，對(duì)磚墻、土墻和毛石墻的材質(zhì)劣化、裂縫和傾斜度做出了規(guī)定，并對(duì)8度和9度區(qū)填心砌筑墻體提出了拉結(jié)要求，但對(duì)于屋頂、圍護(hù)墻等易發(fā)生震害的整體性及連接構(gòu)造未提出鑒定要求。

文中依據(jù)唐山地震、汶川地震和蘆山地震中木構(gòu)架古建筑震害統(tǒng)計(jì)資料，分析了屋頂、圍護(hù)墻的震害狀況；借鑒古建筑傳統(tǒng)工藝方法，提供了加強(qiáng)屋頂、磚砌圍護(hù)墻整體性和穩(wěn)定性構(gòu)造的措施；以《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT501652020）、《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50023－2009）［7］和《古建筑修建工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（JGJ159－2008）［8］為基準(zhǔn)，提出了完善屋頂、磚砌圍護(hù)墻抗震構(gòu)造鑒定的建議。

1 屋頂抗震構(gòu)造鑒定的探討

1.1 屋頂?shù)恼鸷ΜF(xiàn)象

古建筑屋頂?shù)捏w積大，且位于木構(gòu)架頂部，在地震中位移和變形較大，容易發(fā)生構(gòu)造性震害，嚴(yán)重時(shí)局部或整體破壞。

根據(jù)唐山地震、汶川地震和蘆山地震震害資料的統(tǒng)計(jì)［1］，位于地震烈度6度、7度區(qū)的82座受損古建筑中，有63座古建筑發(fā)生屋脊開裂、飾件跌落、瓦片滑落等震害。在宮殿、寺廟、城樓等屋頂中，大型飾件跌落較多，如唐山地震時(shí)位于6度區(qū)的北京鐘樓，其正脊西端高約1 m的吻獸跌落［9］（圖1）。在一些屋頂構(gòu)造單薄且年久失修的建筑中，瓦片破碎、滑落現(xiàn)象較為普遍，如汶川地震時(shí)位于烈度6度區(qū)的雅安觀音閣，屋面塌陷、瓦片大面積滑落［10］（圖2）。

圖1 北京鐘樓吻獸跌落［9］Fig.1 Fall of the dragon ornament from the Beijing Clock Tower［9］

圖2 雅安觀音閣損壞的屋頂［10］Fig.2 Damaged roof of the Ya′an Guanyin Pavilion［10］

此外，位于地震烈度8度、9度及以上區(qū)域的40座受損古建筑中，有32座古建筑發(fā)生屋脊斷裂、瓦片大面積滑落、屋頂坍塌等嚴(yán)重震害。如蘆山地震時(shí)位于9度區(qū)的蘆山佛圖寺，屋面破碎、瓦片大面積滑落［11］（圖3）；唐山地震時(shí)位于豐南縣10度區(qū)的一座古廟，在強(qiáng)烈地震沖擊下屋頂垮塌［9］（圖4）。

圖3 蘆山佛圖寺屋面瓦滑落［11］Fig.3 Falling tiles of the Lushan Fotu Temple［11］

圖4 豐南古廟屋頂垮塌［9］Fig.4 Collapsed roof of the ancient Fengnan Temple［9］

1.2 屋頂?shù)姆€(wěn)定構(gòu)造

古建筑傳統(tǒng)制作工藝中，常采用穩(wěn)定構(gòu)造防止屋脊大型飾件和屋檐瓦件滑落，可作為屋頂抗震構(gòu)造鑒定的依據(jù)和抗震加固的參考。

（1）吻獸的穩(wěn)定構(gòu)造

宮殿、寺廟、城樓類古建筑的屋脊兩端通常設(shè)有高大的吻獸，為了保證吻獸的穩(wěn)定和防風(fēng)安全，常在吻座中設(shè)置木樁（脊樁）與扶脊木連接（圖5）；每一吻座中的木樁一般不少于2根，樁下端用鐵纖貫通、拴牢、固定［8］。對(duì)于特別高大的吻獸，還在獸身兩側(cè)加設(shè)鐵鏈與垂脊或屋蓋拉結(jié)；如故宮太和殿正脊上的龍吻（圖6），高3.46 m、寬2.68 m、重4.54 t，用鐵釘將吻鉤兩側(cè)垂下的鐵鏈釘入望板中固定［12］。

圖5 屋脊構(gòu)造示意圖Fig.5 Constructional diagram of roof ridge

圖6 太和殿龍吻［12］Fig.6 The Dragon ornament on roof of the Taihe Palace［12］

（2）檐口的穩(wěn)定構(gòu)造

瓦屋面的檐口由滴水、花邊或瓦當(dāng)?shù)韧呒伷龆?，為防止檐口瓦件滑落傷人，瓦件一般留有釘孔，用長(zhǎng)釘固定于檐口望板、椽條上。在比較講究的古建筑中，常在檐口的大連檐（或封檐板）上釘上瓦口板，用以固定瓦件和遮擋瓦件間的空隙［13］。

1.3 屋頂構(gòu)造鑒定的建議

屋頂?shù)恼鸷?duì)建筑和室內(nèi)人員具有一定的危害性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生命財(cái)產(chǎn)的損失。根據(jù)屋頂?shù)臉?gòu)造及震害狀況，可分別按屋脊及飾件、屋面及瓦件、檐口及瓦件3個(gè)部分進(jìn)行抗震鑒定。此外，由檁條、椽條等木構(gòu)件組成的屋蓋是屋頂?shù)闹С袠?gòu)架，對(duì)屋頂?shù)淖冃斡屑s束作用，應(yīng)在屋蓋構(gòu)件抗震構(gòu)造鑒定的基礎(chǔ)上［6］，進(jìn)一步加強(qiáng)其整體性鑒定。

建議屋頂構(gòu)造鑒定的要求如下。

（1）屋脊及飾件

構(gòu)造鑒定的重點(diǎn)為屋脊和飾件各自的完好狀態(tài)，以及兩者之間的有效結(jié)合，防止地震時(shí)發(fā)生屋脊斷裂或滑塌，飾件失穩(wěn)或跌落等震害。1）屋脊牢固平整、無(wú)裂縫，吻獸及其它飾件整體完好、位置正確、安放平穩(wěn)；2）吻獸及高大的正脊內(nèi)應(yīng)有吻樁、脊樁等樁木與扶脊木連接，樁木下端用鐵纖貫通、拴牢、固定；3）垂脊、戧脊等斜脊，應(yīng)在脊內(nèi)設(shè)置防止屋脊下滑的鐵筋、鐵件等拉結(jié)物，拉結(jié)物應(yīng)與戧角木連接；斜脊上的獸件，應(yīng)有樁木或鐵件與斜脊拉結(jié)。

（2）屋面及瓦件

構(gòu)造鑒定的重點(diǎn)為屋面自身的整體性，以及對(duì)屋蓋木構(gòu)件的有效保護(hù)，防止地震時(shí)發(fā)生屋面瓦滑落、屋蓋坍塌等震害。1）屋面基本平整，無(wú)明顯凹陷，無(wú)漏雨；2）瓦片基本完好，無(wú)破碎、松脫；3）木基層完好，無(wú)腐朽、松脫。

（3）檐口及瓦件

構(gòu)造鑒定的重點(diǎn)為檐口及瓦件的完整性和結(jié)合程度，防止地震時(shí)發(fā)生檐口松脫、瓦件滑落等震害。1）檐口平齊，連檐、瓦口板完好，釘合牢固；2）無(wú)瓦口板的檐口，瓦件需用長(zhǎng)釘固定于望板、椽條上；3）瓦件基本完好，搭接嚴(yán)實(shí)，無(wú)破碎、松脫。

2 圍護(hù)墻抗震構(gòu)造鑒定的探討

2.1 圍護(hù)墻的震害現(xiàn)象

古建筑磚砌圍護(hù)墻的質(zhì)量和剛度均較大，在地震時(shí)吸收了建筑中較大部分沖擊能量，其損壞程度通常比木構(gòu)架嚴(yán)重。圍護(hù)墻的震害主要為墻體開裂、歪閃，嚴(yán)重時(shí)破碎或倒塌。

根據(jù)唐山地震、汶川地震和蘆山地震震害資料的統(tǒng)計(jì)［1］，位于地震烈度6度、7度區(qū)的82座受損古建筑中，有37座古建筑墻體開裂、傾斜，6座古建筑墻體震落、倒塌。如唐山地震時(shí)位于烈度6度區(qū)的北京西城區(qū)，永安寺善音殿的墻體震脫［9］（圖7），德勝門箭樓的墻體大部分震塌［14］（圖8）。

圖7 北海善音殿墻體震壞［9］Fig.7 Damaged wall of the Beihai Shanyin Temple［9］

圖8 德勝門箭樓墻體震塌［14］Fig.8 Collapsed wall of the Deshengmen Arrow Tower［14］

此外，位于地震烈度8度、9度及以上區(qū)域的40座受損古建筑中，大部分建筑的圍護(hù)墻嚴(yán)重開裂、破碎或倒塌；如在汶川地震中，位于烈度8度區(qū)域的四川平武報(bào)恩寺天王殿、大雄寶殿墻體歪閃，轉(zhuǎn)輪藏殿山墻垮塌［15］（圖9）；蘆山地震中，位于9度區(qū)的蘆山佛圖寺古建筑嚴(yán)重?fù)p壞，圖10為蘆山縣佛教協(xié)會(huì)提供的佛圖寺大殿墻體垮塌的照片。

圖9 平武報(bào)恩寺山墻垮塌［15］Fig.9 Collapsed gable of the Pingwu Baoen Temple［15］

圖10 蘆山佛圖寺墻體垮塌Fig.10 Collapsed wall of the Lushan Fotu Temple

2.2 圍護(hù)墻的穩(wěn)定構(gòu)造

古建筑傳統(tǒng)制作工藝中，常采用整體性構(gòu)造和拉結(jié)構(gòu)造保持磚砌墻體的穩(wěn)定，可作為圍護(hù)墻抗震構(gòu)造鑒定的依據(jù)和抗震加固的參考。

（1）墻體砌筑穩(wěn)定構(gòu)造

傳統(tǒng)墻體砌筑工藝中，對(duì)可能影響整體穩(wěn)定性的部位，都有嚴(yán)格的砌筑要求［8，16－17］。

在圍護(hù)墻與木構(gòu)架相交的梁底、檁底或檐口等部位，要求用頂皮磚頂實(shí)上部木構(gòu)件；對(duì)磚檐等挑出部位的里口磚，要求隨挑磚的砌作同時(shí)砌筑“壓后磚”。

當(dāng)墻面上砌筑陡磚、石構(gòu)件時(shí)，要求采用木仁、鐵拉扯或鐵銀錠等作為拉結(jié)措施。

對(duì)于突出屋面的屏風(fēng)墻、馬頭墻，要求與下部墻體采用相同的方式砌筑成連續(xù)的整體。

（2）墻體拉結(jié)穩(wěn)定構(gòu)造

傳統(tǒng)墻體砌筑工藝中，常采用鐵鈀鋦、順墻木將圍護(hù)墻與木構(gòu)架拉結(jié)，以保證高大墻體的穩(wěn)定［17］。順墻木是緊貼木柱外皮、埋設(shè)在墻體中的長(zhǎng)木枋，沿木柱高度每隔1.5 m左右設(shè)置一道；鐵鈀鋦是一種長(zhǎng)釘與鈀片組合的鐵件，長(zhǎng)釘尖部將順墻木釘入木柱，尾部用鈀片固定在墻外以拉結(jié)墻體（圖11（a））。有些墻體中不設(shè)順墻木，直接將鐵鈀鋦長(zhǎng)釘穿過(guò)墻體釘入木柱中，實(shí)現(xiàn)墻體的拉結(jié)（圖11（b））。

圖11 墻柱拉結(jié)構(gòu)造Fig.11 Pulling construction of wall and column

鐵鈀鋦拉結(jié)墻體的做法常見于江蘇、安徽、浙江等地的兩層木構(gòu)架古建筑，這些建筑的圍護(hù)墻通常沿木構(gòu)架的柱子中線或外皮砌筑，且墻體的厚高比小，拉結(jié)構(gòu)造可顯著地提升圍護(hù)墻的穩(wěn)定性能。圖12為揚(yáng)州某清代鹽商住宅采用鐵鈀鋦拉結(jié)的圍護(hù)墻［17］。

圖12 鐵鈀鋦拉結(jié)的圍護(hù)墻［17］Fig.12 Enclosure wall tied with iron nails［17］

2.3 圍護(hù)墻構(gòu)造鑒定的建議

《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［6］在圍護(hù)墻的抗震構(gòu)造鑒定中，對(duì)材質(zhì)劣化、裂縫和傾斜度做出了規(guī)定，但對(duì)墻體的整體性和穩(wěn)定構(gòu)造未作詳細(xì)規(guī)定，僅在8度和9度的木構(gòu)架整體性鑒定中提出了填心砌筑墻體“每3 m2墻面應(yīng)至少有一拉結(jié)件”的要求。鑒于圍護(hù)墻的的震害對(duì)建筑和室內(nèi)人員具有一定的危害性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生命財(cái)產(chǎn)的損失，需要加強(qiáng)抗震構(gòu)造鑒定。

磚砌圍護(hù)墻的穩(wěn)定構(gòu)造鑒定，應(yīng)以墻體高大、震害較為嚴(yán)重的山墻和后檐墻為對(duì)象；鑒定的重點(diǎn)為墻體砌筑的整體性，墻體與木構(gòu)架的拉結(jié)狀況［7－8］。

建議圍護(hù)墻穩(wěn)定構(gòu)造鑒定的要求如下。

（1）墻體的砌筑整體性

構(gòu)造鑒定的重點(diǎn)為墻體與木構(gòu)架結(jié)合部位的密實(shí)性，以及突出屋面墻體的整體性，防止地震時(shí)發(fā)生墻體歪閃或斷裂等震害。1）在梁底、檁底或檐口等部位，墻體頂部平整，頂皮磚與木構(gòu)件結(jié)合密實(shí)；2）突出屋面的屏風(fēng)墻、馬頭墻，應(yīng)與其下墻體整體砌筑、連接牢固。

（2）墻體的拉結(jié)加固

構(gòu)造鑒定的重點(diǎn)為高大墻體的拉結(jié)措施，防止地震時(shí)發(fā)生墻體歪閃或垮塌等震害。1）包砌木構(gòu)架的山墻與檁條、后檐墻頂部與木柱應(yīng)有鐵鈀鋦拉結(jié)；2）沿木構(gòu)架柱子中線或外皮砌筑的山墻、后檐墻，應(yīng)采用鐵鈀鋦將墻體與相鄰的木柱（或樓蓋梁）拉結(jié)；對(duì)于抗震設(shè)防烈度6度、7度區(qū)的墻體，可沿墻高每隔1.5 m設(shè)一道拉結(jié)；對(duì)于抗震設(shè)防烈度8度、9度區(qū)的墻體，以及有突出屋面的屏風(fēng)墻、馬頭墻，應(yīng)沿墻高每隔1 m設(shè)一道拉結(jié)。

3 結(jié)論與建議

（1）屋頂、圍護(hù)墻是木構(gòu)架古建筑的重要組成部分，在地震作用下容易損壞，且震害對(duì)整體建筑和生命財(cái)產(chǎn)有較大的危害性，抗震鑒定時(shí)應(yīng)給以足夠的重視。

（2）屋頂、圍護(hù)墻抗震鑒定的重點(diǎn)為連接構(gòu)造鑒定，文中結(jié)合傳統(tǒng)制作工藝提出的屋頂、磚砌圍護(hù)墻整體性和穩(wěn)定性構(gòu)造鑒定方法，可有效地核查連接構(gòu)造中的不足和隱患，并可據(jù)此進(jìn)行合理的抗震加固。

（3）現(xiàn)行的《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT501652020）尚未提供屋頂、圍護(hù)墻的抗震穩(wěn)定性構(gòu)造鑒定方法，期望文物管理部門在當(dāng)前的木構(gòu)架古建筑抗震鑒定工作中，將文中提供的方法作為補(bǔ)充參考，以提升鑒定工作的完整性。

（4）我國(guó)木構(gòu)架古建筑圍護(hù)墻的類型豐富，除了文中所探討的磚墻，還包括竹編夾泥墻、木板墻、毛石墻和夯土墻等，建議國(guó)家抗震規(guī)范管理部門進(jìn)一步征集相關(guān)的抗震構(gòu)造方法，為古建筑木結(jié)構(gòu)抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)的修訂和完善匯集更為全面的資料。