泉州某大雄宝殿复建工程结构质量检测及安全性鉴定

连 晖

(中国建材检验认证集团厦门宏业有限公司 福建厦门 361012)

中国古建筑经历了很长的历史演变，内贮博大精深，建筑形式丰富多彩，结构特征已如浑然天成。其结构构成原则、各种受力构件的合理尺寸的确定及其受力机理等都不同于现代结构，而有其自身历史背景，是一个独特的体系。闽南民间木石结构的仿古建筑，某些只是“依样仿造”，却缺乏结构整体概念及必要的力学常识，常有遗漏。本文详细介绍了泉州某大雄宝殿目前存在的设计，施工质量问题，并对其现状进行安全性鉴定，为该建筑后期加固改造提供参考依据。

1 工程概况

泉州某大雄宝殿复建工程为一幢采用石柱、原木梁架、重檐、歇山顶、琉璃瓦屋面的南方风格复建古建筑，面阔七间，长 28.050m，进 深 17.100m，高10.900m，建筑面积为 651.15m2。详细外观见(图1)。

图1 建筑外立面

2 现场情况勘查

2.1 山墙变形开裂，屋面开裂，屋内已见多处渗、漏水

图2 歇山砖墙开裂

图3 童柱下柁梁下沉

经现场勘查，两侧歇山砌于木梁架上的砖砌山墙明显下沉、开裂，其下柁梁下弯，梁身横纹压缩变形明显，梁端榫头下沉，梁肩顺纹开裂，开裂长度约1/3梁跨，如现场(图2、图3)所示。因房屋为对称结构，经现场勘查后确认上述问题在两侧歇山四角均出现。

2.2 柱截面尺寸检测情况

该建筑有八根柱的截面尺寸小于原设计图纸，柱截面面积损失率在6% ～44%之间。且(A、1)、(A、2)柱原设计截面为方形截面，实际施工更改为圆型截面。检查结果详见(表1)。

表1 部分柱截面尺寸检测值

2.3 梁检测情况

(1)标高3.420m处的屋面梁架，在(1～8、A ～B)，(1～8、E～F)，(1～2、A～F)，(7～8、A ～F)区域内，沿长度方向均比原设计图纸各少一根联系梁(枋)(图4)。

(2)标高6.390m处上檐梁，(C、4～5)原设计直径 D=315 mm，实际施工采用矩形梁，梁截面尺寸为415×80 mm，截面损失率为57%;(D、4～5)在标高6.170m处原设计尺寸为500×80 mm，实际施工采用415×80 mm截面损失率为13%。(C、2～7)、(D、2～7)在标高7.730m处梁截面尺寸为D=320 mm，实际施工采用430×80 mm，截面损失率为57%。具体位置详见(图5)。

图4 下檐梁架仰视图

图5 横向剖面尺寸详图

图6 梁柱榫接松动

图7 梁下滑位移

(3)标高6.415m处梁(D、2～3)与柱榫接松动(施工采用拉钉加固)，详见(图6);标高5.410m处梁(E、6～7)在靠近7轴梁有下滑位移，梁面出现裂缝，具体详见(图7);标高7.020m，8.050m，8.940m处(3、C～D)轴原设计各有一根圆型截面梁，直径分别为350mm，300mm，300mm，施工中更改为两根矩形梁，截面分别为420×80mm，250×70mm，截面损失率分别为65%、75%。后在标高7.020 m处加固一根方梁。具体位置见(图8)。

图8 纵向剖面图

3 主体结构安全性评价

3.1 构件评级

3.1.1 构件承载力评级

a.柱竖向承载力评级

该建筑为单层宫殿式建筑，按照传统经验建造，现已基本建成封顶2个月，现场勘测发现有八根柱的截面尺寸小于原设计图，其中五根柱的截面损失率超过20%，最大截面损失率达44%;但未见柱出现明显变形与承载力不足的现象，参照闽南地区类似建筑使用经验，故该建筑物柱竖向承载能力评级可定为cu级。

b.梁承载力评级

该建筑部分梁未按原设计安装、截面替换减小，出现变形下弯及沿剪切面开裂等现象，承载力降低较大，故该建筑物梁承载能力评级可定为du级。

3.1.2 构件构造评级

该建筑部分梁柱节点连接处松弛变形、滑移、沿剪切面开裂，故该建筑物梁构造评级为cu级。

该建筑柱连接构造基本满足设计要求，故该建筑物柱构造评级为bu

3.1.3 构件不适于继续承载的变形评级

该建筑部分梁与柱接头处出现下滑位移;下柁梁下弯，梁身横纹压缩变形明显，梁端榫头下沉，故该建筑物梁不适于继续承载的变形评级可定为du级。

该建筑柱未出现明显压缩变形等不适于继续承载的变形现象，故评级可定为bu级。

3.1.4 构件裂缝评级

该建筑部分梁表面出现较明显受力裂缝，故该建筑物梁构件裂缝评级可定为du级。

该建筑柱表面未出现较明显受力裂缝，故该建筑物柱构件裂缝评级可定为bu级。

3.1.5 构件危险性的腐朽和虫蛀评级

该建筑构件未出现危险性的腐朽和虫蛀的情况，故该建筑梁、柱危险性的腐朽和虫蛀评级为bu级。

3.2 结构整体性评级

参照《营造法式》[1]及《清式营造则例》[2]，中国古建筑抬梁式木结构殿堂从竖向分为三个层次:台基层、柱架层、梁架层(含辅作层)，各层都是独立的整体，通过水平面层层垒叠而构成稳定的空间构架。在级别稍低的廰堂构架中，允许内柱直接作为柁梁支座与梁架构成整体，内柱用整木通长落地，与檐柱通过搭牵梁与斗拱接合形成“人”字形稳定构架。

台基是刚度均匀的整体。础石嵌固于台基顶面。础石本身是经过精心加工，顶面经过严格的定平安装工艺而造成水平光滑的柱脚支承面。柱架层是由柱和搭头木(额枋)榫卯联结构成整体稳定的下端铰接，上端相对刚性的框架，接近现代“柱脚铰接门式刚架”。柱直接蹾立简支在柱顶石上水平面，地基承担竖向压重，础石顶面摩擦力提供对柱脚的侧向水平约束。《营造法式》中明确规定构件截面尺寸，及结构柱距跨度等尺寸，对柱要求“柱虽高不越间之广”，相当于现代结构整体的“高宽比”限制，是结构抗震、抗风、抗倾覆的关键整体构造措施。

图9 主榀构架

该大雄宝殿建筑的上部结构修建在一个凸出地面的夯土台基上，在台基上镶入鼓形块石其下有混凝土锥形独立基础，使其顶面光滑水平，上端平面直接支承上部石柱，石柱上端端平面上坐斗

或直接墩放生根于梁架的木柱，木柱上端双向水平开卯口联系承接梁枋，梁枋叠合作为水平构件承担屋面竖向荷重。该结构拟建形制为“廰堂”式，主榀构架，详见(图9)，所拟造的原型与《营造法式》中廰堂草架侧样“十架椽屋前后并乳栿用六柱”最为接近，详见(图10)。

由于闽南地区气候湿润，又多白蚁虫害，石材取用便宜，民间建造时多用石柱代替部分木柱，有的甚至代替全部木柱。而民间在“依样仿造”过程中由于缺乏结构整体概念及必要的力学常识，常有遗漏。在闽南，石柱上端用以形成空间稳定结构体系的“搭头木”或名“额枋”往往被遗漏。“阑额”又称“搭头木”，截面足够大，两端于柱通过穿榫固接，与柱形成稳定的门式刚架，跨中一般不直接受力，以两端受弯为主，因柱往往被设计为轴心受压柱，额枋专为防止柱架受水平荷载作用时偏移失稳而设，是柱架层不可缺少的重要构件。

该建筑亦是石柱到顶，无“搭头木”。所有石柱，下端端平面直接“站”立于础石顶面，上端端平面上坐斗或直接墩放生根于梁架的木柱，木柱间虽有梁枋相连，但墩接平面不具备抗弯抗拉能力，不能对石柱形成固端约束、详见(图11、图12)。

按照结构空间稳定理论进行分析，可稳定受力的正确的古建筑廰堂构架的结构计算简图如(图13)所示(图中按专业统一约定“o”表示铰接，“┌”表示刚接)。(图13)所示构架为廰堂构架形成稳定非机动体系的最低限基本静定结构型。内柱与梁架相对刚性连接形成空间不变“刚片”是其结构要领。

图10 十架椽屋前后并乳栿用六柱

图11 建筑外立面

图12 墩接平面

按照现场勘察检测结果，该大雄宝殿大雄工程相应结构计算简图为(图14)所示。

图13 最低限基本静定结构型

虽然现有结构在竖向荷载作用下柱尚可直立负荷，但几乎所有柱为上下端都简单平支的“摇摆柱”，一旦遇较大水平作用如地震、大风、或偶然冲击极易失稳，变为“瞬变机动体系”。尤其是水平向扭转作用可以很轻易将其推覆而造成落架坍塌。

故该建筑物整体性评级可定为Du级。

3.3 围护系统评级

经现场勘察，该建筑山墙开裂，屋面渗水，因此该建筑围护系统评级可定为Du级。

图14 大雄宝殿大雄工程相应结构计算简图

4 建议

基于本工程已基本建成，考虑经济因素及现状，针对实际问题，本报告提出以下提高安全性的修缮改造措施作为技术处理建议供有关方参考。修缮改造应由具有相应资质的专业工程设计院设计，专业加固工程公司实施。

(1)对石柱参照“金厢斗底槽”，檐柱增加“阑额”，内柱石柱额头增加额枋，与石柱透榫连接，形成空间稳定的非机动构架体系;或作现代化改造，将四周原填充墙改造为抗震墙，再用联系梁将所有石柱上端嵌固，与抗震墙形成具有一定抗侧力能力的“砖混内框架”结构。

(2)修缮改造过程中补足原遗漏、缺损、换小等不合格构件。原脊吻，屋瓦，斗拱，梁、板等造价较高的木雕构件、石柱等仍可酌情使用。

(3)屋面及山间屋架，歇山梁架落架重修，替换开裂梁，加厚其下随梁枋;歇山挡雨墙改为木板格挡，做自防水，或仍可木板外钉钢丝网，抹水泥砂浆做防水面层;改变屋面做法，去除刚硬性水泥砂浆层，望板上座防水卷材，上铺薄瓦，使其重量接近传统做法。

[1]李诫.营造法式[Z].1068－1077年编纂 .

[2]梁思成.清式营造则例[M].北京:中国营造学社，1934.