木構架古建筑屋頂與圍護墻抗震構造鑒定的探討

袁建力，李勝才，宋拓

（揚州大學建筑科學與工程學院，江蘇 揚州 225009）

引言

中國木構架建筑是世界文化遺產的重要組成部分，現存的木構架古建筑大多遭受過地震損傷。通過對唐山地震、汶川地震、蘆山地震的震害資料分析可知［1］，一些構造不合理或存在缺陷的古建筑，在低烈度區就發生明顯的損壞；而一些具有良好構造并妥善維護的古建筑，在高烈度區的損傷程度相對較輕；特別是經過抗震加固的古建筑，再次遭遇強烈地震襲擊時，大都呈現較好的抗倒塌性能，證實了抗震鑒定和加固的必要性。

木構架古建筑通常由臺基、木構架、圍護墻和屋頂4部分組成，木構架為主要承重體系，圍護墻、屋頂與木構架在地震中共同受力。理論分析及振動臺試驗表明，整體性好的屋頂對木構架在水平地震作用下的變形約束和搖擺復位具有很好的保證作用［2－3］；砌筑質量好的圍護墻對古建筑的抗側剛度有顯著的貢獻，可吸收大部分地震沖擊力，減輕木構架的的損傷和變形［4－5］。木構架古建筑各部分在地震作用下的損傷狀態與其所處位置和構造密切相關，且對整體建筑和生命財產的安全有不同程度的影響，抗震構造鑒定時均應給以足夠的重視。

我國古建筑木結構的抗震鑒定，按照《古建筑木結構維護與加固技術標準》（GBT501652020）［6］執行。該標準給出了基于構件殘損點的木結構抗震構造鑒定方法，對磚墻、土墻和毛石墻的材質劣化、裂縫和傾斜度做出了規定，并對8度和9度區填心砌筑墻體提出了拉結要求，但對于屋頂、圍護墻等易發生震害的整體性及連接構造未提出鑒定要求。

文中依據唐山地震、汶川地震和蘆山地震中木構架古建筑震害統計資料，分析了屋頂、圍護墻的震害狀況；借鑒古建筑傳統工藝方法，提供了加強屋頂、磚砌圍護墻整體性和穩定性構造的措施；以《古建筑木結構維護與加固技術標準》（GBT501652020）、《建筑抗震鑒定標準》（GB50023－2009）［7］和《古建筑修建工程施工與質量驗收規范》（JGJ159－2008）［8］為基準，提出了完善屋頂、磚砌圍護墻抗震構造鑒定的建議。

1 屋頂抗震構造鑒定的探討

1.1 屋頂的震害現象

古建筑屋頂的體積大，且位于木構架頂部，在地震中位移和變形較大，容易發生構造性震害，嚴重時局部或整體破壞。

根據唐山地震、汶川地震和蘆山地震震害資料的統計［1］，位于地震烈度6度、7度區的82座受損古建筑中，有63座古建筑發生屋脊開裂、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，如唐山地震時位于6度區的北京鐘樓，其正脊西端高約1 m的吻獸跌落［9］（圖1）。在一些屋頂構造單薄且年久失修的建筑中，瓦片破碎、滑落現象較為普遍，如汶川地震時位于烈度6度區的雅安觀音閣，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度及以上區域的40座受損古建筑中，有32座古建筑發生屋脊斷裂、瓦片大面積滑落、屋頂坍塌等嚴重震害。如蘆山地震時位于9度區的蘆山佛圖寺，屋面破碎、瓦片大面積滑落［11］（圖3）；唐山地震時位于豐南縣10度區的一座古廟，在強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 屋頂的穩定構造

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

（1）吻獸的穩定構造

宮殿、寺廟、城樓類古建筑的屋脊兩端通常設有高大的吻獸，為了保證吻獸的穩定和防風安全，常在吻座中設置木樁（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］。對于特別高大的吻獸，還在獸身兩側加設鐵鏈與垂脊或屋蓋拉結；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，用鐵釘將吻鉤兩側垂下的鐵鏈釘入望板中固定［12］。

圖5 屋脊構造示意圖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）檐口的穩定構造

瓦屋面的檐口由滴水、花邊或瓦當等瓦件鋪砌而成，為防止檐口瓦件滑落傷人，瓦件一般留有釘孔，用長釘固定于檐口望板、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 屋頂構造鑒定的建議

屋頂的震害對建筑和室內人員具有一定的危害性，嚴重時會導致生命財產的損失。根據屋頂的構造及震害狀況，可分別按屋脊及飾件、屋面及瓦件、檐口及瓦件3個部分進行抗震鑒定。此外，由檁條、椽條等木構件組成的屋蓋是屋頂的支承構架，對屋頂的變形有約束作用，應在屋蓋構件抗震構造鑒定的基礎上［6］，進一步加強其整體性鑒定。

建議屋頂構造鑒定的要求如下。

（1）屋脊及飾件

構造鑒定的重點為屋脊和飾件各自的完好狀態，以及兩者之間的有效結合，防止地震時發生屋脊斷裂或滑塌，飾件失穩或跌落等震害。1）屋脊牢固平整、無裂縫，吻獸及其它飾件整體完好、位置正確、安放平穩；2）吻獸及高大的正脊內應有吻樁、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，應在脊內設置防止屋脊下滑的鐵筋、鐵件等拉結物，拉結物應與戧角木連接；斜脊上的獸件，應有樁木或鐵件與斜脊拉結。

（2）屋面及瓦件

構造鑒定的重點為屋面自身的整體性，以及對屋蓋木構件的有效保護，防止地震時發生屋面瓦滑落、屋蓋坍塌等震害。1）屋面基本平整，無明顯凹陷，無漏雨；2）瓦片基本完好，無破碎、松脫；3）木基層完好，無腐朽、松脫。

（3）檐口及瓦件

構造鑒定的重點為檐口及瓦件的完整性和結合程度，防止地震時發生檐口松脫、瓦件滑落等震害。1）檐口平齊，連檐、瓦口板完好，釘合牢固；2）無瓦口板的檐口，瓦件需用長釘固定于望板、椽條上；3）瓦件基本完好，搭接嚴實，無破碎、松脫。

2 圍護墻抗震構造鑒定的探討

2.1 圍護墻的震害現象

古建筑磚砌圍護墻的質量和剛度均較大，在地震時吸收了建筑中較大部分沖擊能量，其損壞程度通常比木構架嚴重。圍護墻的震害主要為墻體開裂、歪閃，嚴重時破碎或倒塌。

根據唐山地震、汶川地震和蘆山地震震害資料的統計［1］，位于地震烈度6度、7度區的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。如唐山地震時位于烈度6度區的北京西城區，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度及以上區域的40座受損古建筑中，大部分建筑的圍護墻嚴重開裂、破碎或倒塌；如在汶川地震中，位于烈度8度區域的四川平武報恩寺天王殿、大雄寶殿墻體歪閃，轉輪藏殿山墻垮塌［15］（圖9）；蘆山地震中，位于9度區的蘆山佛圖寺古建筑嚴重損壞，圖10為蘆山縣佛教協會提供的佛圖寺大殿墻體垮塌的照片。

圖9 平武報恩寺山墻垮塌［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 圍護墻的穩定構造

古建筑傳統制作工藝中，常采用整體性構造和拉結構造保持磚砌墻體的穩定，可作為圍護墻抗震構造鑒定的依據和抗震加固的參考。

（1）墻體砌筑穩定構造

傳統墻體砌筑工藝中，對可能影響整體穩定性的部位，都有嚴格的砌筑要求［8，16－17］。

在圍護墻與木構架相交的梁底、檁底或檐口等部位，要求用頂皮磚頂實上部木構件；對磚檐等挑出部位的里口磚，要求隨挑磚的砌作同時砌筑“壓后磚”。

當墻面上砌筑陡磚、石構件時，要求采用木仁、鐵拉扯或鐵銀錠等作為拉結措施。

對于突出屋面的屏風墻、馬頭墻，要求與下部墻體采用相同的方式砌筑成連續的整體。

（2）墻體拉結穩定構造

傳統墻體砌筑工藝中，常采用鐵鈀鋦、順墻木將圍護墻與木構架拉結，以保證高大墻體的穩定［17］。順墻木是緊貼木柱外皮、埋設在墻體中的長木枋，沿木柱高度每隔1.5 m左右設置一道；鐵鈀鋦是一種長釘與鈀片組合的鐵件，長釘尖部將順墻木釘入木柱，尾部用鈀片固定在墻外以拉結墻體（圖11（a））。有些墻體中不設順墻木，直接將鐵鈀鋦長釘穿過墻體釘入木柱中，實現墻體的拉結（圖11（b））。

圖11 墻柱拉結構造Fig.11 Pulling construction of wall and column

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

圖12 鐵鈀鋦拉結的圍護墻［17］Fig.12 Enclosure wall tied with iron nails［17］

2.3 圍護墻構造鑒定的建議

《古建筑木結構維護與加固技術標準》［6］在圍護墻的抗震構造鑒定中，對材質劣化、裂縫和傾斜度做出了規定，但對墻體的整體性和穩定構造未作詳細規定，僅在8度和9度的木構架整體性鑒定中提出了填心砌筑墻體“每3 m2墻面應至少有一拉結件”的要求。鑒于圍護墻的的震害對建筑和室內人員具有一定的危害性，嚴重時會導致生命財產的損失，需要加強抗震構造鑒定。

磚砌圍護墻的穩定構造鑒定，應以墻體高大、震害較為嚴重的山墻和后檐墻為對象；鑒定的重點為墻體砌筑的整體性，墻體與木構架的拉結狀況［7－8］。

建議圍護墻穩定構造鑒定的要求如下。

（1）墻體的砌筑整體性

構造鑒定的重點為墻體與木構架結合部位的密實性，以及突出屋面墻體的整體性，防止地震時發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，頂皮磚與木構件結合密實；2）突出屋面的屏風墻、馬頭墻，應與其下墻體整體砌筑、連接牢固。

（2）墻體的拉結加固

構造鑒定的重點為高大墻體的拉結措施，防止地震時發生墻體歪閃或垮塌等震害。1）包砌木構架的山墻與檁條、后檐墻頂部與木柱應有鐵鈀鋦拉結；2）沿木構架柱子中線或外皮砌筑的山墻、后檐墻，應采用鐵鈀鋦將墻體與相鄰的木柱（或樓蓋梁）拉結；對于抗震設防烈度6度、7度區的墻體，可沿墻高每隔1.5 m設一道拉結；對于抗震設防烈度8度、9度區的墻體，以及有突出屋面的屏風墻、馬頭墻，應沿墻高每隔1 m設一道拉結。

3 結論與建議

（1）屋頂、圍護墻是木構架古建筑的重要組成部分，在地震作用下容易損壞，且震害對整體建筑和生命財產有較大的危害性，抗震鑒定時應給以足夠的重視。

（2）屋頂、圍護墻抗震鑒定的重點為連接構造鑒定，文中結合傳統制作工藝提出的屋頂、磚砌圍護墻整體性和穩定性構造鑒定方法，可有效地核查連接構造中的不足和隱患，并可據此進行合理的抗震加固。

（3）現行的《古建筑木結構維護與加固技術標準》（GBT501652020）尚未提供屋頂、圍護墻的抗震穩定性構造鑒定方法，期望文物管理部門在當前的木構架古建筑抗震鑒定工作中，將文中提供的方法作為補充參考，以提升鑒定工作的完整性。

（4）我國木構架古建筑圍護墻的類型豐富，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，建議國家抗震規范管理部門進一步征集相關的抗震構造方法，為古建筑木結構抗震鑒定標準的修訂和完善匯集更為全面的資料。