古木建筑的修缮保护策略研究——以应县木塔为例

■ 左伟琛 Zuo Weichen 王 薇 Wang Wei

0 引言

古建筑是一个国家历史文明的传承与见证，是先人留给子孙后代的一笔珍贵财富。保护古建筑可以表达爱国热情、能够激发民族自信，是发展旅游业的物质基础，同时为历史文化研究提供有力依据。目前，我国古建筑都普遍存在地基沉降、砖石建材风化、木结构腐朽损坏严重和人为保护不当等现状。随着城市化进程的加快，以及一些不可避免的自然灾害，使得大部分古建筑都不同程度地受到了破坏，因此古建筑的保护工作正面临着严峻的挑战。笔者以历史上对应县木塔结构修缮加固为例，提出了木塔现状修缮加固的重点及可行的方法，以其对今后古代木建筑的修缮保护有所启发。

1 应县木塔

1.1 应县木塔简介

山西应县木塔建造于公元1 0 5 6年，高为 6 7.3 1 m，是世界现存的唯一保存完好的木结构楼阁式宝塔（图1)。木塔位于山西大同盆地地震带，有发生多次地震的背景。近1 0 0 0年来，木塔经受多次强烈地震和人为破坏，变形、结构损坏日益严重，本身性质发生变化，承载力降低，如遇突发性自然灾害，将严重危及木塔自身安全。

1.2 历史上的维修加固

图1 应县木塔

历史上对应县木塔维修加固总结归为两类：一种是装修彩绘，小修小补。这一类的修补是为了防护自然、生物侵蚀。从现存明清时代的部分牌匾题记载，此项修补多为善男信女还愿布施，工程以彩画妆佛等，时长约为3 0～6 0年。另一种是比较大的工程，兼加固和整修的作用，具有较强的针对性。有的是在木塔部分损坏相当严重的情况下，有的是在政治上或是社会上有特殊要求时而采取加固措施。

2 修缮保护措施

1964年，陈明达先生编著了第一部有关著作《应县木塔》[1]，其主要目的是试图通过对木塔在建筑技术上的分析，对塔身进行了系统地归纳整理，研究我国古代建筑各时期建筑技术发展中存在的问题。李世温先生的课题组自2 0世纪7 0年代开始，对应县木塔各个结构特性、所用木材的力学与物理性能都分别进行了系统地研究[2-4]，考察分析了应县木塔所处地块的地震史与木塔残损之间的联系，同时对木塔的现状进行可靠的科学评估。从建筑思想、人文地理、艺术风俗、结构组成以及设计悬念等多角度全方位地剖析了应县木塔抗震和残损情况[5]。

2.1 木塔的抗震

在对木塔的修缮保护工作中，主要考虑因素有主体抗震设防标准、采取措施与其可靠性的科学评价和各自阶段可承受的风险概率预估。具体涵盖对木塔修缮前的现状、修缮中和修缮后三个阶段内的抗震问题，以及抗震设防、修缮可靠性的评价等。

2.2 构件的变形

木塔构件及整体的水平和竖向残留变形已严重影响了木塔的可靠性，特别是2层平座层残留变形及变形分布状况，将使其成为抵抗侧力的薄弱层。目前修缮加固的主要内容就是减小残损变形。

2.3 构件的承载力

各类构件可靠性等级的划分是依据变形残损、构件承载能力及修缮的难易程度等内容，分析了木塔各个构件的分布特征和残损状态。实测结论显示：3层及以下各层残损均较为严重，4层及以上各层相对残损较轻，从承载力的角度，木塔修缮应以3层以下为主[5]。

2.4 构件的塑性

由于古代木建筑的构造方法、构件连接都与现代的不同。木塔现状的塑性变形是长年累月积攒的结果,现存情况的复杂性与多样性是不可预估的，所以不仅要研究适合于古建筑木结构的塑性结构的分析方法，还要有科学的对古建筑木材性能的确定方法[5]。

3 我国木建筑修缮加固原则与策略

战争、自然灾害等对古建筑的破坏严重，其中木制建筑尤为明显。木质材料在克服其本身的老化、腐朽、虫蛀、地震等自然灾害带来的巨大损坏的同时，还要面对一些人为破坏。

现有的很多规范、对结构的分析及计算方法等都不能直接被采用。而对于文物保护的要求是做到“修旧如旧”，就是达到最大程度地保留历史文化信息。要使这些降低了的要素恢复，显然小修小补是远远达不到的。修缮工作要考虑到是否易于操作、与文物保护是否相抵触、整个修缮过程经济是否合理等，此外，修缮方案中取舍的关键还在于寻找文物保护与结构修缮之间的结合点。因此，修缮工程是一项要求考虑全面的工作，根据风险预估、技术经济等各项综合分析后才可以做出相应科学的决策。目前对于木建筑修缮加固主要有以下3种技术。

3. 1 修缮加固地基基础

针对现存于山顶或是山下的古木建筑，修缮加固一般多采用石砌护坡或挡土墙的方法加固，使古建筑在不改变原状的基础上对结构加固，工艺技术得以完整保存。地基基础的加固，可以增强基础承受力，另一方面也可以防止因为地壳活动对建筑整体性的破坏，尽可能的从结构上延长建筑寿命。

现行我国《建筑地基处理技术规范》（J G J 7 9—2 0 0 2）对地基的处理方法进行了系统、详细的叙述。方法包括有灰土挤密桩法、土挤密桩法和地基换填垫层法等十多种对于地基的处理方法，从它们原理上看，基本都是按照古代原有的地基处理方法改良而得。均采用人工方法对原有建筑地基软弱土层的渗透、变形性质进行改善，提高底层地基承载力的目的是为了确保上层结构的稳定和安全。

3.2 修缮加固建筑节点

从对木建筑的各个相关数据分析可得，不同的构造节点受力不同，在整体建筑中扮演的角色也不尽相同。木建筑的结构复杂，构件种类繁多，且大多均为独立整体，所以可以考虑部分构件重建来替换原装。各构件因长期受力或部分节点位置严重腐蚀，造成节点松动，影响上部结构的稳定性，可以选用扒钉、扁钢外包固定节点，提高木建筑的整体稳定性。

例如在对古木楼阁飞云楼的修缮加固中，主体结构中的节点加固主要有：梁－梁、梁－柱、柱－柱节点连接加固3种类型。如图2所示其连接部位加固方法，在连接叠梁时存在高度不同的情况，于是选择沿着梁身方向以钉钢条的方式加强节点连接，在正交的方向则使用“Ω”形钢条固定上、下叠梁位置。当存在梁端缺陷或支撑长度不足时，增设支撑保护构件[6]。

3.3 修缮柱体开裂

由于部分构件的木材在制作过程中未处理完整，仍带有较多水分，其表面在阳光、风力等作用下，比内部更易干燥，此外木纤维的自身内外收缩是不一致，会造成内外受力不均，历时长久会因为木料本身收缩而开裂。柱体开裂的现象在古木建筑中随处可见，例如安徽省黄山市歙县的鲍氏宗祠中支撑柱（图3）。

木材如果从内部破裂，其作为构件的寿命会迅速减短，造成的质变也将是不可逆转的。应减少传统意义上的利用玻璃钢等约束材料，多应采用木材易吸收的纳米材料对裂缝填塞，或是在预防阶段在其表面涂抹保护层。

图2 节点加固方式

图3 柱体开裂现状

4 结语

综上所述，在对古建筑的修缮加固中需要技术科学的不断更新，在秉持古建筑的修复原则上，尽可能地保持修复前后的一致性，减少人为修缮中不必要的破坏。以应县木塔这些急需解决的各类问题为例，目前要认可一种准确的计算木塔结构实际状况的分析法，制定相应的施工规范，使木塔整体修缮做到有章可循。仅凭对单层或某几层的修缮经验，来对木塔进行大范围改造的方法是不可取的。

随着大力发展新型城镇化，古建筑的保护这一项目也越发得到了国家与政府的高度重视。作为国家文明的象征，古建筑对于我国各个领域的影响极为深远，同时也对社会发展有着积极作用。做好古建筑的传承和保护再利用，不仅可以彰显地域建筑文化特色，同时也为实现地域新型特色城镇化发展提供可借鉴路径。

参考文献：

[1]陈明达.应县木塔[M].北京:文物出版社, 2 0 0 1.

[2]太原工学院,山西省文物局.应县木塔木材取样试验报告[R].太原工学院, 1 9 7 9.

[3]杜雷鸣,李海旺,薛飞,秦冬祺.应县木塔抗震性能研究[J].土木工程学报.2 0 1 0(s 1):3 6 3-3 7 0.

[4]李世温,陈正廷.应县木塔荷载研究[R].太原理工大学,2 0 0 0.

[5]李铁英,魏剑伟,张善元,等.高层古建筑木结构——应县木塔现状结构评价[J].土木工程学报,2 0 0 5,3 8(2):5 1-5 8。

[6]乔冠峰,李铁英.古木楼阁飞云楼的修缮加固[J].工业建筑,2 0 1 6,4 6(9):1 7 5-1 7 8.