仿古建筑包砌墻體的理論研究及應(yīng)用

趙 斌 李皓晨 王國(guó)慶

1 包砌墻概述

包砌墻體工藝常出現(xiàn)于仿古建筑以及老城城市更新建筑中。該工藝在實(shí)際施工中被大量應(yīng)用，且大量采用老青磚。本文將通過(guò)工程案例，對(duì)此砌法加以總結(jié)分析，并講述增加支座法在包砌墻體中的應(yīng)用，剖析其組砌方式、拉結(jié)方式、砌塊間的粘結(jié)方式，在建筑方面對(duì)灰縫處理、施工工藝等內(nèi)容加以分析。

2 包砌墻體工藝出現(xiàn)的主要原因

包砌墻體工藝出現(xiàn)的主要原因有兩點(diǎn)：第1，節(jié)能設(shè)計(jì)的規(guī)范強(qiáng)條，加上立面風(fēng)格的追求，直接導(dǎo)致組合包砌做法的發(fā)生，例如在某項(xiàng)目中，產(chǎn)生了連鎖砌塊+亭泥磚組合砌法，而另一項(xiàng)目中的部分復(fù)建工程，采用了頁(yè)巖磚+亭泥磚組合砌法；第2，砌體材料物理性能的局限性也是其工藝出現(xiàn)的主要原因。應(yīng)用于古建中的各類(lèi)磚料，抗壓、抗剪、熱工性能均無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求，其灌注灰漿的抗壓、抗剪性能也無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范的要求，因此，直接導(dǎo)致組合砌體的產(chǎn)生。組砌的用材具有多樣性，可以簡(jiǎn)單的歸納為符合設(shè)計(jì)條件的砌塊+符合立面要求的古建磚料；兩種砌塊同時(shí)砌筑，砌塊間通過(guò)設(shè)置拉結(jié)磚、構(gòu)造筋（墻壓筋）、鋼板網(wǎng)等措施解決拉結(jié)問(wèn)題。

3 包砌墻體的結(jié)構(gòu)處理手段

包砌墻體的結(jié)構(gòu)分析，包砌墻體本質(zhì)是外側(cè)裝飾性墻體，其樣式遵循古建墻體樣式，附著于主要受力墻體，于結(jié)構(gòu)方面，可看作非承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件，包砌墻體的結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示。包砌墻體自身為自承重獨(dú)立墻體，高度受墻體高厚比及磚的抗壓強(qiáng)度制約，其安全性能受粘結(jié)層砂漿與基體的粘結(jié)強(qiáng)度制約，其抵抗變形能力（溫度應(yīng)力、收縮應(yīng)力）受粘結(jié)砂漿強(qiáng)度制約。結(jié)構(gòu)需解決上述問(wèn)題：第1，使墻體自身有足夠的承載力承受自身重力荷載，第2，有足夠的拉力解決其出平面的安全、穩(wěn)定問(wèn)題，第3，有足夠的抵抗變形能力，第4，具有同主體結(jié)構(gòu)一樣的抗震能力[1]。

圖1 包砌墻體結(jié)構(gòu)形式（來(lái)源：作者自繪）

4 包砌墻體需要建筑解決的問(wèn)題

4.1 外觀樣式與傳統(tǒng)樣式相符

古建筑墻體的美觀，在于磚料的排列組合、縫隙的大小顏色、墻體高寬的尺度安排、磚料的規(guī)格、磚面的加工與否、各類(lèi)線(xiàn)活花活石活的點(diǎn)綴。仿古施工應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，符合傳統(tǒng)古建的規(guī)制樣式，本文不深入探討。

4.2 關(guān)于墻體的正升

古建筑墻體外皮的正升，不僅是增強(qiáng)墻體的穩(wěn)定性，重要的是調(diào)整視覺(jué)誤差，因此，除檻墻和一些特殊部位外，建筑物的墻體外皮一般都要有正升，正升尺寸為≤7‰或隨柱子。

仿古建筑一般不做此要求，但施工前，應(yīng)與設(shè)計(jì)及時(shí)溝通，特別是一些高大墻體，如果不做正升，視覺(jué)上有外傾的錯(cuò)覺(jué)。當(dāng)設(shè)計(jì)采納墻體正升的建議后，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的匹配問(wèn)題及工程量的增加問(wèn)題。

5 施工工藝

5.1 砌體的結(jié)構(gòu)相關(guān)工藝概述

仿古建筑墻體，既要遵循古建傳統(tǒng)，又要兼顧結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，符合相關(guān)規(guī)范要求。因此，在工藝上需要傳統(tǒng)工藝技法的基礎(chǔ)上加以改良。本小節(jié)主要分析與砌體結(jié)構(gòu)相關(guān)的工藝做法，與建筑相關(guān)的做法依然遵循古建傳統(tǒng)技法，不再詳述。

5.2 基體處理

基體處理包括表面粗糙處理，基體防潮防水處理。基體隨包砌墻體同時(shí)砌筑，且表面較為粗糙，可不做特殊處理。但需要特別注意，基體磚料為混凝土制品的砌塊，其養(yǎng)護(hù)齡期是否達(dá)到28 d 以上，養(yǎng)護(hù)齡期達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)方可上墻。其目的是防止基體砌塊早期收縮應(yīng)力過(guò)大，引發(fā)了組合墻體的開(kāi)裂。

5.3 磚料砍制

磚料的砍制在外觀方面需滿(mǎn)足建筑要求，內(nèi)里包灰部分則按砌體結(jié)構(gòu)灰漿握裹的需求砍制，并根據(jù)深化設(shè)計(jì)或?qū)ｍ?xiàng)方案增設(shè)凹槽。

5.4 排磚撂底

根據(jù)建筑形制，按傳統(tǒng)做法排磚撂底。延墻體縱向，按實(shí)際尺寸，根據(jù)傳統(tǒng)排列方式，磚縫大小，計(jì)算出磚的數(shù)量和磚料裁切尺寸，并現(xiàn)場(chǎng)樣活。延豎向，根據(jù)磚料尺寸、縫隙大小，計(jì)算內(nèi)外皮磚的層數(shù)，確定皮數(shù)桿，并根據(jù)結(jié)構(gòu)所需，標(biāo)出挑梁支座的位置，在基體墻上彈出控制線(xiàn)，如果需要植筋，則可進(jìn)行植筋。

5.5 灌漿砌筑

古建筑墻體砌筑不同于現(xiàn)代砌體砌筑工藝，因需要展現(xiàn)古建筑墻體磚縫的美感，故此，在仿古建筑中，依然采用灌漿的手法砌筑，只是灌漿的材料改用現(xiàn)代的砌筑砂漿。根據(jù)墻體樣式及灰縫大小，適用于灌漿砌筑的樣式有干擺墻、絲縫墻（細(xì)絲縫）、絲縫墻（粗絲縫）、細(xì)淌白墻、粗淌白墻、帶刀縫墻等等。細(xì)絲縫墻體，粗絲縫墻體磚縫的做法是灌入老漿灰。細(xì)淌白墻、粗淌白墻墻體磚縫的做法是灌入老漿灰或者深月白灰。帶刀縫墻墻體磚縫的做法是灌入勾抹的白灰膏或者月白灰劃出絲縫。

擺砌磚料時(shí)，在磚肋上打碰頭灰和鎖口灰，磚放穩(wěn)后，上跟線(xiàn)，下跟楞，用瓦刀把擠出的余灰刮去。一層磚砌好后，用適當(dāng)稠度的砂漿澆灌。澆灌砂漿可以一層一次灌注，也可一層分段灌注。目的是使砂漿充滿(mǎn)縫隙，達(dá)到砂漿飽滿(mǎn)。澆灌時(shí)應(yīng)注意砂漿的測(cè)壓對(duì)磚位置的影響，并及時(shí)按線(xiàn)調(diào)整。整面墻體砌筑完畢，即按傳統(tǒng)工藝要求，打點(diǎn)墻面、磚縫。

5.6 坐灰砌筑

對(duì)于灰縫較大的墻體，如灰砌糙磚、城墻等，宜采用鋪灰砌法。鋪灰做法按三一砌法，鋪好底灰，填好碰頭灰。鋪灰時(shí)磚料的外側(cè)留20 ～30mm 不鋪灰，磚放穩(wěn)后，找好規(guī)矩，用溜子刮去擠出的余灰，使灰縫凹進(jìn)20 ～30mm。墻體砌好后，用相應(yīng)的勾縫材料勾縫。仿古建筑墻體種類(lèi)較多，各樣式墻體工藝動(dòng)作分解如表1 所示。

表1 各樣式墻體工藝動(dòng)作分解

6 包砌墻體的質(zhì)量通病及其預(yù)防措施

6.1 墻身防潮

古建筑屋面形式?jīng)Q定了外圍墻體會(huì)受到雨水侵害，很明顯的是硬山建筑，山墻、檐墻裸露在外，再加之古建青磚孔隙率大，造成其吸水率高，使墻身處于潮濕環(huán)境，對(duì)墻體內(nèi)側(cè)使用造成影響，因此墻身防潮應(yīng)充分考慮。其防治手段有：結(jié)合層砂漿加入防潮粉，基體涂刷水泥基防水涂料，基體墻采用混凝土剛性防水。

采用了砌塊+古建青磚的組合形式，砌塊和青磚的吸水率均較大，在建筑構(gòu)造處理上，采用了橫向和豎向的防潮措施。且豎向防潮層通高布置。如圖2 所示，該案例防潮層采用了剛性防水混凝土+水泥基防水涂料+C20混凝土粘結(jié)層的組合設(shè)置，防水防潮效果明顯。

圖2 包砌墻體墻身防潮（來(lái)源：作者自繪）

青磚的吸水率高不僅對(duì)建筑防潮不利，對(duì)自身承載力也帶來(lái)不利影響。過(guò)高的吸水率導(dǎo)致青磚處于長(zhǎng)期高含水的狀態(tài)下，使其自身抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度降低，長(zhǎng)此以往，將造成青磚酥堿開(kāi)裂，不利于自身結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定。包砌墻體防潮做法的另一種方式如圖3 所示。該情況在文物修繕中常出現(xiàn)。基于此種情況，在施工前應(yīng)該與設(shè)計(jì)溝通預(yù)防措施，如采用在墻面打點(diǎn)、耕縫之后，滿(mǎn)刷透明憎水涂膜的措施，以降低風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)外墻使用壽命。

圖3 包砌墻體防潮做法（來(lái)源：作者自繪）

6.2 裂縫控制的結(jié)構(gòu)原理

6.2.1 豎向變形約束

單磚包砌的裝飾性墻體，在豎向通過(guò)增加支座的辦法，將高大墻體分割成若干單元，支座對(duì)每個(gè)單元的墻體在豎向的變形產(chǎn)生約束。由于支座的分割，使墻體剛度增大，提高了延豎向抵抗變形的能力。

6.2.2 橫向變形約束

橫向裂縫的控制通過(guò)橫墻（兩側(cè)山墻）或檐墻的自由端允許自由伸縮，理論上，裂縫可控。該方法多用于木結(jié)構(gòu)仿古建筑，墻體作為外圍護(hù)填充墻，與木柱完全斷開(kāi)，形成自由端，允許變形自由伸縮。新修訂的《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50003―2011）中，對(duì)填充墻做出新的規(guī)定，其中包括“有抗震設(shè)防要求時(shí)，填充墻與框架宜采用脫開(kāi)的方法[2]”。

鋼混結(jié)構(gòu)的仿古建筑外圍護(hù)墻體與框架柱采用剛性連接，由此提高了墻體剛度，附著裝飾性墻體的變形與基體同步，其變形受到框架柱的約束，因而降低了變形位移，提高了延縱向抵抗變形的能力[3]。

6.2.3 易發(fā)生裂縫的部位

易發(fā)生裂縫的部位―合縫山。合縫山出現(xiàn)裂縫有兩種情況，一種是兩道山墻基礎(chǔ)斷開(kāi)，可能產(chǎn)生沉降不均，由此發(fā)生沉降裂縫，另一種是溫度裂縫，封堵縫隙的青磚兩側(cè)，延豎向開(kāi)裂，具體為以下兩點(diǎn)。

1）對(duì)于沉降裂縫，最重要的是嚴(yán)格控制地基基礎(chǔ)施工質(zhì)量，降低不均勻沉降風(fēng)險(xiǎn)。如果有條件，可以建議設(shè)計(jì)采用整體基礎(chǔ)，從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上杜絕沉降風(fēng)險(xiǎn)。

2）對(duì)于溫度裂縫，是結(jié)構(gòu)和建筑上允許開(kāi)裂的部位，其開(kāi)裂縫隙較小，且開(kāi)裂到一定程度后趨于穩(wěn)定。根據(jù)以往工程的經(jīng)驗(yàn)，在建成一年后，重新勾抹青灰，封堵裂縫，至今尚未發(fā)生裂縫。但終究是允許裂縫發(fā)生的部位，完全不裂并不現(xiàn)實(shí)，所以，還要加強(qiáng)日后維護(hù)。

綜上，柱門(mén)處裂縫屬于不同材料相接、收縮率差異帶來(lái)的，裂縫縫隙普遍較小，是結(jié)構(gòu)和建筑上允許開(kāi)裂的部位，完全規(guī)避不太可能，通過(guò)規(guī)范的裁磚，使裂縫呈直線(xiàn)分布，是完全可以實(shí)現(xiàn)的。剛性連接處在混凝土框架結(jié)構(gòu)的仿古建筑中，外圍護(hù)墻與框柱采用剛性連接，墻體的溫度應(yīng)力及其它水平應(yīng)力應(yīng)傳遞到框柱，但在框柱周?chē)瑝w截面發(fā)生變化，使得應(yīng)力在傳遞到框柱前，被變截面處墻體分解了一部分，由此會(huì)造成墻體延磚縫開(kāi)裂，甚至拉斷青磚。在木結(jié)構(gòu)仿古建筑中此部位同樣易發(fā)生裂縫，原理同上。

6.2.4 砌塊材料導(dǎo)致的裂縫

采用空腔砌塊+古建青磚的組合墻體，應(yīng)著重注意裂縫控制。空腔砌體包括連鎖砌塊、水泥制品空心砌塊、加氣混凝土砌塊，其材料特點(diǎn)決定其早期應(yīng)力變形較大，容易造成組合墻體內(nèi)部應(yīng)力變化，導(dǎo)致墻體表面形成不規(guī)則裂縫。因此，應(yīng)嚴(yán)控空腔砌塊養(yǎng)護(hù)齡期，如果不足28 d，必須嚴(yán)禁上墻，條件允許，盡量延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)齡期。

7 研究結(jié)論

7.1 現(xiàn)行的規(guī)范對(duì)包砌墻體的要求及支持

綜合前文所述，關(guān)于仿古建筑墻體包砌，本文提出應(yīng)遵循《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 500011―2016）中3.7.1條款[3]，針對(duì)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)抗震設(shè)計(jì)，墻體所用磚料按《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50003―2011）中1.0.2的規(guī)定，對(duì)特殊條件下或有特殊要求的應(yīng)按專(zhuān)門(mén)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。

《外墻飾面磚工程施工及驗(yàn)收規(guī)程》（JGJ 126―2015）[4]中的相關(guān)條款主要規(guī)定了外墻飾面磚的出平面穩(wěn)定數(shù)據(jù)，滿(mǎn)足粘結(jié)強(qiáng)度≥0.4 MPa，雖不適用包砌墻體，但可借鑒其數(shù)據(jù)[5]。此外，在現(xiàn)行規(guī)范基礎(chǔ)上，需要對(duì)包砌墻體按上述條款進(jìn)行深化設(shè)計(jì)和制定詳細(xì)的施工方案，特別是抗震驗(yàn)算及抗震構(gòu)造措施，以明確其檢驗(yàn)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

7.2 增加支座的必要性

在以往工程案例中，增加支座的方法多被采用，且將其作為包砌青磚與基體的拉結(jié)措施。經(jīng)過(guò)理論研究發(fā)現(xiàn)，解決包砌墻體與基體的拉結(jié)問(wèn)題的關(guān)鍵因素首先是依靠支座端砂漿抗剪強(qiáng)度，當(dāng)抗剪強(qiáng)度即將屈服時(shí)，結(jié)合層砂漿與基體的粘結(jié)強(qiáng)度才參與受力。因此，解決包砌墻體出平面穩(wěn)定問(wèn)題及地震橫波破壞的重要依據(jù)是砂漿抗剪強(qiáng)度?V，粘結(jié)層砂漿與基體的粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)作為應(yīng)力儲(chǔ)備，在特殊條件下參與受力。

支座的存在有效實(shí)現(xiàn)了幾點(diǎn)：第1，解決了包砌青磚的抗壓強(qiáng)度低且不穩(wěn)定；第2，使高大薄墻的截面穩(wěn)定問(wèn)題；第3，降低水平地震力作用下的變形與失穩(wěn)；第4，解決包砌墻體延豎向的應(yīng)力變化及豎向裂縫；第5，在與基體拉結(jié)方面起到一定作用。

對(duì)于附著于基體的高大薄墻，是相對(duì)于其自身的高厚比所言。結(jié)構(gòu)措施中采用增設(shè)支座，將高大薄墻延豎向分割成若干墻肢，使單跨變?yōu)槎嗫纾墙鉀Q高大薄墻截面穩(wěn)定，抵抗變形能力顯著提高，附著能力增強(qiáng)，剛度增大的直接有效措施。

7.3 建筑防潮的重要性

如前述，砌塊+青磚的組合墻體，在以往案例中，設(shè)計(jì)方面只按常規(guī)構(gòu)造要求，提出水平防潮層與豎向防潮層，但豎向防潮層僅到達(dá)室內(nèi)地坪之上約500 mm 的范圍，防潮措施也僅限于砌筑砂漿使用防水砂漿。考慮到古建筑屋面形式、排水方式、內(nèi)外皮磚料的吸水率、風(fēng)向風(fēng)力的影響等因素，砌塊＋青磚的墻體組合形式，確有必要做通高的防潮措施。

7.4 磚料增設(shè)凹槽提高出平面穩(wěn)定

青磚的出平面穩(wěn)定，與砂漿延Z軸的粘結(jié)強(qiáng)度有關(guān)，從計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，理論上當(dāng)砂漿等級(jí)達(dá)到M7.5 時(shí)，其剪切力可與外力平衡。但考慮到青磚的砌筑采用灌漿法，其砂漿飽滿(mǎn)度、密實(shí)度將使粘結(jié)強(qiáng)度大打折扣，又因?yàn)榛铱p為瞎縫，減小了有效抗剪面的寬度，從而使粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)一步降低。為此，增加磚縫厚度，增設(shè)機(jī)械連接確有必要。本例增設(shè)凹槽的方法僅是在剪切力驗(yàn)算時(shí)發(fā)現(xiàn)其存在的必要，未經(jīng)實(shí)踐，但增設(shè)后其結(jié)構(gòu)安全度必然提高。

8 結(jié)語(yǔ)

仿古建筑墻體施工，無(wú)論是設(shè)計(jì)還是施工，還處于模糊地帶的問(wèn)題雖有據(jù)可依但又略顯不足。本文通過(guò)以往工程案例，對(duì)仿古建筑包砌墻體的力學(xué)性能、材料性能進(jìn)行解析，總結(jié)現(xiàn)有規(guī)范的適用性，分析其質(zhì)量通病及預(yù)防措施以及一些以往未曾重視的問(wèn)題，并提出針對(duì)性的應(yīng)對(duì)方法，旨在使仿古建筑施工更加標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化。以往的古建施工，在磚料的裁切方面不被重視，俗語(yǔ)講“齊不齊一把泥”，就是說(shuō)只注重外表邊界整齊規(guī)矩，不注重內(nèi)在。

從理論分析可以看出，在柱子周?chē)灰?guī)則的裁磚，使截面不規(guī)則，整體剛度低，造成內(nèi)部應(yīng)力分布不規(guī)則，則必將在截面的薄弱環(huán)節(jié)出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

本文提出了規(guī)范裁磚，在柱子周?chē)捎眉?xì)石混凝土灌注的方法，增加變截面處的剛度，理論上可以降低裂縫發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。再者，規(guī)范的裁磚及細(xì)部處理，必將引領(lǐng)仿古建筑施工的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，使我們的施工技術(shù)水平處于行業(yè)領(lǐng)先地位。