木构架古建筑屋顶与围护墙抗震构造鉴定的探讨

袁建力，李胜才，宋拓

（扬州大学建筑科学与工程学院，江苏 扬州 225009）

引言

中国木构架建筑是世界文化遗产的重要组成部分，现存的木构架古建筑大多遭受过地震损伤。通过对唐山地震、汶川地震、芦山地震的震害资料分析可知［1］，一些构造不合理或存在缺陷的古建筑，在低烈度区就发生明显的损坏；而一些具有良好构造并妥善维护的古建筑，在高烈度区的损伤程度相对较轻；特别是经过抗震加固的古建筑，再次遭遇强烈地震袭击时，大都呈现较好的抗倒塌性能，证实了抗震鉴定和加固的必要性。

木构架古建筑通常由台基、木构架、围护墙和屋顶4部分组成，木构架为主要承重体系，围护墙、屋顶与木构架在地震中共同受力。理论分析及振动台试验表明，整体性好的屋顶对木构架在水平地震作用下的变形约束和摇摆复位具有很好的保证作用［2－3］；砌筑质量好的围护墙对古建筑的抗侧刚度有显著的贡献，可吸收大部分地震冲击力，减轻木构架的的损伤和变形［4－5］。木构架古建筑各部分在地震作用下的损伤状态与其所处位置和构造密切相关，且对整体建筑和生命财产的安全有不同程度的影响，抗震构造鉴定时均应给以足够的重视。

我国古建筑木结构的抗震鉴定，按照《古建筑木结构维护与加固技术标准》（GBT501652020）［6］执行。该标准给出了基于构件残损点的木结构抗震构造鉴定方法，对砖墙、土墙和毛石墙的材质劣化、裂缝和倾斜度做出了规定，并对8度和9度区填心砌筑墙体提出了拉结要求，但对于屋顶、围护墙等易发生震害的整体性及连接构造未提出鉴定要求。

文中依据唐山地震、汶川地震和芦山地震中木构架古建筑震害统计资料，分析了屋顶、围护墙的震害状况；借鉴古建筑传统工艺方法，提供了加强屋顶、砖砌围护墙整体性和稳定性构造的措施；以《古建筑木结构维护与加固技术标准》（GBT501652020）、《建筑抗震鉴定标准》（GB50023－2009）［7］和《古建筑修建工程施工与质量验收规范》（JGJ159－2008）［8］为基准，提出了完善屋顶、砖砌围护墙抗震构造鉴定的建议。

1 屋顶抗震构造鉴定的探讨

1.1 屋顶的震害现象

古建筑屋顶的体积大，且位于木构架顶部，在地震中位移和变形较大，容易发生构造性震害，严重时局部或整体破坏。

根据唐山地震、汶川地震和芦山地震震害资料的统计［1］，位于地震烈度6度、7度区的82座受损古建筑中，有63座古建筑发生屋脊开裂、饰件跌落、瓦片滑落等震害。在宫殿、寺庙、城楼等屋顶中，大型饰件跌落较多，如唐山地震时位于6度区的北京钟楼，其正脊西端高约1 m的吻兽跌落［9］（图1）。在一些屋顶构造单薄且年久失修的建筑中，瓦片破碎、滑落现象较为普遍，如汶川地震时位于烈度6度区的雅安观音阁，屋面塌陷、瓦片大面积滑落［10］（图2）。

图1 北京钟楼吻兽跌落［9］Fig.1 Fall of the dragon ornament from the Beijing Clock Tower［9］

图2 雅安观音阁损坏的屋顶［10］Fig.2 Damaged roof of the Ya′an Guanyin Pavilion［10］

此外，位于地震烈度8度、9度及以上区域的40座受损古建筑中，有32座古建筑发生屋脊断裂、瓦片大面积滑落、屋顶坍塌等严重震害。如芦山地震时位于9度区的芦山佛图寺，屋面破碎、瓦片大面积滑落［11］（图3）；唐山地震时位于丰南县10度区的一座古庙，在强烈地震冲击下屋顶垮塌［9］（图4）。

图3 芦山佛图寺屋面瓦滑落［11］Fig.3 Falling tiles of the Lushan Fotu Temple［11］

图4 丰南古庙屋顶垮塌［9］Fig.4 Collapsed roof of the ancient Fengnan Temple［9］

1.2 屋顶的稳定构造

古建筑传统制作工艺中，常采用稳定构造防止屋脊大型饰件和屋檐瓦件滑落，可作为屋顶抗震构造鉴定的依据和抗震加固的参考。

（1）吻兽的稳定构造

宫殿、寺庙、城楼类古建筑的屋脊两端通常设有高大的吻兽，为了保证吻兽的稳定和防风安全，常在吻座中设置木桩（脊桩）与扶脊木连接（图5）；每一吻座中的木桩一般不少于2根，桩下端用铁纤贯通、拴牢、固定［8］。对于特别高大的吻兽，还在兽身两侧加设铁链与垂脊或屋盖拉结；如故宫太和殿正脊上的龙吻（图6），高3.46 m、宽2.68 m、重4.54 t，用铁钉将吻钩两侧垂下的铁链钉入望板中固定［12］。

图5 屋脊构造示意图Fig.5 Constructional diagram of roof ridge

图6 太和殿龙吻［12］Fig.6 The Dragon ornament on roof of the Taihe Palace［12］

（2）檐口的稳定构造

瓦屋面的檐口由滴水、花边或瓦当等瓦件铺砌而成，为防止檐口瓦件滑落伤人，瓦件一般留有钉孔，用长钉固定于檐口望板、椽条上。在比较讲究的古建筑中，常在檐口的大连檐（或封檐板）上钉上瓦口板，用以固定瓦件和遮挡瓦件间的空隙［13］。

1.3 屋顶构造鉴定的建议

屋顶的震害对建筑和室内人员具有一定的危害性，严重时会导致生命财产的损失。根据屋顶的构造及震害状况，可分别按屋脊及饰件、屋面及瓦件、檐口及瓦件3个部分进行抗震鉴定。此外，由檩条、椽条等木构件组成的屋盖是屋顶的支承构架，对屋顶的变形有约束作用，应在屋盖构件抗震构造鉴定的基础上［6］，进一步加强其整体性鉴定。

建议屋顶构造鉴定的要求如下。

（1）屋脊及饰件

构造鉴定的重点为屋脊和饰件各自的完好状态，以及两者之间的有效结合，防止地震时发生屋脊断裂或滑塌，饰件失稳或跌落等震害。1）屋脊牢固平整、无裂缝，吻兽及其它饰件整体完好、位置正确、安放平稳；2）吻兽及高大的正脊内应有吻桩、脊桩等桩木与扶脊木连接，桩木下端用铁纤贯通、拴牢、固定；3）垂脊、戗脊等斜脊，应在脊内设置防止屋脊下滑的铁筋、铁件等拉结物，拉结物应与戗角木连接；斜脊上的兽件，应有桩木或铁件与斜脊拉结。

（2）屋面及瓦件

构造鉴定的重点为屋面自身的整体性，以及对屋盖木构件的有效保护，防止地震时发生屋面瓦滑落、屋盖坍塌等震害。1）屋面基本平整，无明显凹陷，无漏雨；2）瓦片基本完好，无破碎、松脱；3）木基层完好，无腐朽、松脱。

（3）檐口及瓦件

构造鉴定的重点为檐口及瓦件的完整性和结合程度，防止地震时发生檐口松脱、瓦件滑落等震害。1）檐口平齐，连檐、瓦口板完好，钉合牢固；2）无瓦口板的檐口，瓦件需用长钉固定于望板、椽条上；3）瓦件基本完好，搭接严实，无破碎、松脱。

2 围护墙抗震构造鉴定的探讨

2.1 围护墙的震害现象

古建筑砖砌围护墙的质量和刚度均较大，在地震时吸收了建筑中较大部分冲击能量，其损坏程度通常比木构架严重。围护墙的震害主要为墙体开裂、歪闪，严重时破碎或倒塌。

根据唐山地震、汶川地震和芦山地震震害资料的统计［1］，位于地震烈度6度、7度区的82座受损古建筑中，有37座古建筑墙体开裂、倾斜，6座古建筑墙体震落、倒塌。如唐山地震时位于烈度6度区的北京西城区，永安寺善音殿的墙体震脱［9］（图7），德胜门箭楼的墙体大部分震塌［14］（图8）。

图7 北海善音殿墙体震坏［9］Fig.7 Damaged wall of the Beihai Shanyin Temple［9］

图8 德胜门箭楼墙体震塌［14］Fig.8 Collapsed wall of the Deshengmen Arrow Tower［14］

此外，位于地震烈度8度、9度及以上区域的40座受损古建筑中，大部分建筑的围护墙严重开裂、破碎或倒塌；如在汶川地震中，位于烈度8度区域的四川平武报恩寺天王殿、大雄宝殿墙体歪闪，转轮藏殿山墙垮塌［15］（图9）；芦山地震中，位于9度区的芦山佛图寺古建筑严重损坏，图10为芦山县佛教协会提供的佛图寺大殿墙体垮塌的照片。

图9 平武报恩寺山墙垮塌［15］Fig.9 Collapsed gable of the Pingwu Baoen Temple［15］

图10 芦山佛图寺墙体垮塌Fig.10 Collapsed wall of the Lushan Fotu Temple

2.2 围护墙的稳定构造

古建筑传统制作工艺中，常采用整体性构造和拉结构造保持砖砌墙体的稳定，可作为围护墙抗震构造鉴定的依据和抗震加固的参考。

（1）墙体砌筑稳定构造

传统墙体砌筑工艺中，对可能影响整体稳定性的部位，都有严格的砌筑要求［8，16－17］。

在围护墙与木构架相交的梁底、檩底或檐口等部位，要求用顶皮砖顶实上部木构件；对砖檐等挑出部位的里口砖，要求随挑砖的砌作同时砌筑“压后砖”。

当墙面上砌筑陡砖、石构件时，要求采用木仁、铁拉扯或铁银锭等作为拉结措施。

对于突出屋面的屏风墙、马头墙，要求与下部墙体采用相同的方式砌筑成连续的整体。

（2）墙体拉结稳定构造

传统墙体砌筑工艺中，常采用铁钯锔、顺墙木将围护墙与木构架拉结，以保证高大墙体的稳定［17］。顺墙木是紧贴木柱外皮、埋设在墙体中的长木枋，沿木柱高度每隔1.5 m左右设置一道；铁钯锔是一种长钉与钯片组合的铁件，长钉尖部将顺墙木钉入木柱，尾部用钯片固定在墙外以拉结墙体（图11（a））。有些墙体中不设顺墙木，直接将铁钯锔长钉穿过墙体钉入木柱中，实现墙体的拉结（图11（b））。

图11 墙柱拉结构造Fig.11 Pulling construction of wall and column

铁钯锔拉结墙体的做法常见于江苏、安徽、浙江等地的两层木构架古建筑，这些建筑的围护墙通常沿木构架的柱子中线或外皮砌筑，且墙体的厚高比小，拉结构造可显著地提升围护墙的稳定性能。图12为扬州某清代盐商住宅采用铁钯锔拉结的围护墙［17］。

图12 铁钯锔拉结的围护墙［17］Fig.12 Enclosure wall tied with iron nails［17］

2.3 围护墙构造鉴定的建议

《古建筑木结构维护与加固技术标准》［6］在围护墙的抗震构造鉴定中，对材质劣化、裂缝和倾斜度做出了规定，但对墙体的整体性和稳定构造未作详细规定，仅在8度和9度的木构架整体性鉴定中提出了填心砌筑墙体“每3 m2墙面应至少有一拉结件”的要求。鉴于围护墙的的震害对建筑和室内人员具有一定的危害性，严重时会导致生命财产的损失，需要加强抗震构造鉴定。

砖砌围护墙的稳定构造鉴定，应以墙体高大、震害较为严重的山墙和后檐墙为对象；鉴定的重点为墙体砌筑的整体性，墙体与木构架的拉结状况［7－8］。

建议围护墙稳定构造鉴定的要求如下。

（1）墙体的砌筑整体性

构造鉴定的重点为墙体与木构架结合部位的密实性，以及突出屋面墙体的整体性，防止地震时发生墙体歪闪或断裂等震害。1）在梁底、檩底或檐口等部位，墙体顶部平整，顶皮砖与木构件结合密实；2）突出屋面的屏风墙、马头墙，应与其下墙体整体砌筑、连接牢固。

（2）墙体的拉结加固

构造鉴定的重点为高大墙体的拉结措施，防止地震时发生墙体歪闪或垮塌等震害。1）包砌木构架的山墙与檩条、后檐墙顶部与木柱应有铁钯锔拉结；2）沿木构架柱子中线或外皮砌筑的山墙、后檐墙，应采用铁钯锔将墙体与相邻的木柱（或楼盖梁）拉结；对于抗震设防烈度6度、7度区的墙体，可沿墙高每隔1.5 m设一道拉结；对于抗震设防烈度8度、9度区的墙体，以及有突出屋面的屏风墙、马头墙，应沿墙高每隔1 m设一道拉结。

3 结论与建议

（1）屋顶、围护墙是木构架古建筑的重要组成部分，在地震作用下容易损坏，且震害对整体建筑和生命财产有较大的危害性，抗震鉴定时应给以足够的重视。

（2）屋顶、围护墙抗震鉴定的重点为连接构造鉴定，文中结合传统制作工艺提出的屋顶、砖砌围护墙整体性和稳定性构造鉴定方法，可有效地核查连接构造中的不足和隐患，并可据此进行合理的抗震加固。

（3）现行的《古建筑木结构维护与加固技术标准》（GBT501652020）尚未提供屋顶、围护墙的抗震稳定性构造鉴定方法，期望文物管理部门在当前的木构架古建筑抗震鉴定工作中，将文中提供的方法作为补充参考，以提升鉴定工作的完整性。

（4）我国木构架古建筑围护墙的类型丰富，除了文中所探讨的砖墙，还包括竹编夹泥墙、木板墙、毛石墙和夯土墙等，建议国家抗震规范管理部门进一步征集相关的抗震构造方法，为古建筑木结构抗震鉴定标准的修订和完善汇集更为全面的资料。