■ 秦本東 Qin Bendong 李 泉 Li Quan

磚石木結(jié)構(gòu)古建筑的安全檢測與鑒定

■ 秦本東 Qin Bendong 李 泉 Li Quan

古建筑在自然因素和人為因素的作用下，遭受到不同程度的損壞。能否科學(xué)合理地對古建筑進行修繕加固和保護工作，取決于對古建筑安全檢測與鑒定的全面性、準確性與科學(xué)性。文章以禹州市神垕鎮(zhèn)“義興公”商號門房為例，通過現(xiàn)場的損傷檢測、抗震鑒定與損傷統(tǒng)計，利用模糊統(tǒng)計理論得出建筑的整體危險性綜合評定。最終結(jié)論將直接指導(dǎo)商號門房的修繕加固工作，所采用的安全檢測與鑒定方法將為今后相類似的磚石木結(jié)構(gòu)古建筑的檢測工作提供參考。

磚石木結(jié)構(gòu)；抬梁式建筑；抗震鑒定；安全鑒定

古建筑具有較高的歷史價值、藝術(shù)價值和科學(xué)價值。根據(jù)對現(xiàn)存古建筑的殘損狀況分析，古建筑損毀的原因主要是年久失修的自然損毀，以及人們之前對于古建筑保護意識的淡薄而導(dǎo)致大部分古建筑的損壞。開展古建筑保護工作，其首要任務(wù)就是進行科學(xué)合理的安全檢測和鑒定工作，準確地評估損傷的規(guī)律和程度，及時采取有效處理措施，以延緩結(jié)構(gòu)損傷的進程，達到延長結(jié)構(gòu)使用壽命的目的[1]。如：鄭建軍等[2]采用有限元軟件對磚木結(jié)構(gòu)建筑的性能進行了數(shù)值仿真分析，從中找出結(jié)構(gòu)的薄弱部分，為結(jié)構(gòu)檢測提供依據(jù)；丁仕洪[3]根據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB 50292—2015），對巢湖市李鴻章當(dāng)鋪做出可靠性評價并得出各房屋組成部分相對的安全等級；蔡樂剛[4]通過對上海市金剛道場西大殿進行內(nèi)力計算，得出檢測鑒定結(jié)論；王鑫[5]等通過建立建筑物安全性評定體系，對承重系統(tǒng)中的上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)的安全性評價體系進行研究；張宏[6]等通過工程實例，總結(jié)了長期服役的木結(jié)構(gòu)建筑可能發(fā)生的殘損現(xiàn)象及相應(yīng)原因，并介紹了木材強度檢測和強度等級判定的方法。然而，這些研究大多是對木結(jié)構(gòu)建筑各組成部分或者對結(jié)構(gòu)材料強度進行檢測，卻很少得出房屋的整體安全性評價，且對磚石木結(jié)構(gòu)建筑的研究較少。

1 工程概述

1.1 磚石木結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的石結(jié)構(gòu)房屋自重大、延性差，不利于房屋抗震；磚砌體房屋變形能力和整體工作性差；木結(jié)構(gòu)房屋則易生蟲腐蝕，不耐水火。神垕古鎮(zhèn)老街的房屋大多采用磚石木結(jié)構(gòu)，即房屋的屋架、柱采用木結(jié)構(gòu)，墻體及門、窗過梁采用磚或石。利用木柱與木屋架形成局部框架與墻混合承重的方式，改善了傳統(tǒng)房屋抗震性能差、房屋難以形成較大使用空間的缺點；利用磚、石墻作為維護結(jié)構(gòu)，避免了木構(gòu)件暴曬雨淋的工作狀況，提高了木構(gòu)件的耐久性。

1.2 工程概況

神垕鎮(zhèn)位于河南省禹州市，是我國第一批特色小鎮(zhèn)。著名的“義興公”商號就坐落在神垕古鎮(zhèn)老街路南的望嵩寨內(nèi)，始建于明清時期。其宅院坐南朝北，由門房、廂房、過廳和上房組成。商號以經(jīng)營和燒制瓷器為主，是前店后寢、后院為窯廠的多宅二進四合院建筑群，現(xiàn)為省級文物保護單位。

“義興公”商號門房為青磚青瓦硬山抬梁式建筑[7]。建筑物長16m，寬6.6m，建筑面積約為105.6m2。房屋四面墻體為下部料石與上部磚塊共同砌筑，屋內(nèi)墻體白灰抹面，外墻均為清水墻，外觀整潔（圖1）；房屋共有4榀梁架（圖2），梁架一端由木柱支撐，另一端由墻體支撐；門、窗過梁采用木過梁和紅石過梁（圖3）。

2 安全檢測

2.1 抗震鑒定

“義興公”商號門房屬于原設(shè)計未考慮抗震設(shè)防的建筑，應(yīng)進行抗震鑒定。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》（GB 50223—2008），“義興公”商號門房的抗震設(shè)防類別為丙類，抗震設(shè)防標準為標準設(shè)防類；其抗震鑒定方法根據(jù)《建筑抗震鑒定標準》（GB 50023—2009），應(yīng)按照A類建筑進行。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB 50011—2010）規(guī)定，抗震設(shè)防烈度為6度時，對乙、丙、丁類的建筑可不進行地震作用計算。具體鑒定項目依據(jù)《古建筑木結(jié)構(gòu)維護與加固技術(shù)規(guī)范》（GB 50165—92）進行。

現(xiàn)場對“義興公”商號門房的木結(jié)構(gòu)部分、石砌部分以及磚砌部分進行檢測，情況如下：①柁梁端部存在蟲蛀、腐朽現(xiàn)象，瓜柱存在劈裂現(xiàn)象；②木柱僅依靠穿枋與墻體間有一個方向的拉結(jié)固定；③梁架間依靠水平系桿連接，缺少剪刀撐之類的豎向支撐，梁架間的整體性較差，抗震能力低；④窗口木過梁端部支撐長度不足，柁梁以及檁條在墻體支撐處未設(shè)置墊板；⑤石砌部分墻面平整，灰縫密實，不存在裂縫、酥堿以及歪閃現(xiàn)象；⑥磚砌部分墻體整體平整，灰縫密實，無酥堿、歪閃現(xiàn)象，在檁條下方以及窗洞過梁下部墻體存在有裂縫。按照規(guī)范要求，該建筑不應(yīng)采用硬山擱檁，需在山墻處設(shè)置端屋架，并且在墻體中應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱或墻體間采取可靠拉結(jié)措施。根據(jù)規(guī)范，綜合判定該建筑的綜合抗震能力為不滿足抗震措施鑒定要求，并不再進行抗震承載力驗算，對房屋采取抗震加固措施。

2.2 殘損狀況及其原因

2.2.1 墻體

圖1 建筑立面

圖2 古建筑梁架結(jié)構(gòu)

圖3 過梁

門房四面墻體下部均為料石砌筑，上部為青磚砌筑。墻體的殘損點主要集中在木構(gòu)件支撐處，房屋西山墻檁條下部青磚砌筑部分墻體出現(xiàn)局部受壓劈裂（圖4），臨街墻體窗洞木過梁支撐處局部受壓出現(xiàn)裂縫（圖5）。

檁條作為重要的承重構(gòu)件，對端部支撐處墻體產(chǎn)生較大作用力。由于當(dāng)時未考慮抗震構(gòu)造措施，未在檁條支撐處設(shè)置墊板，墻體局部應(yīng)力集中造成墻體受壓開裂現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)場測量，窗洞過梁端部支撐長度為150mm，不滿足規(guī)范要求的240mm，造成局部應(yīng)力集中導(dǎo)致墻體開裂。

2.2.2 木構(gòu)件

木構(gòu)件主要用在屋蓋、屋架及承重柱中。經(jīng)現(xiàn)場檢查，柁梁端部存在嚴重蟲蛀和腐朽現(xiàn)象，瓜柱存在豎向貫通裂縫（圖6）。

木材本身易被蟲蛀、易腐朽，若不采取防腐防蟲措施，必然縮短其使用壽命。同時，木材是一種橫紋抗拉能力較差的材料，橫向變形未受約束的瓜柱，其受壓破壞的實質(zhì)是橫向膨脹受拉破壞。

2.3 安全鑒定

根據(jù)《危險房屋鑒定標準》（JGJ 125—99），對“義興公”商號門房進行安全性鑒定。鑒定過程中，先對房屋各桿件進行普傷檢測，然后根據(jù)桿件損傷狀況計算出房屋各組成部分的危險性等級隸屬度，最后通過模糊統(tǒng)計法，根據(jù)房屋各組成部分的隸屬度得出房屋綜合鑒定等級。

2.3.1 結(jié)構(gòu)桿件危險點

（1）根據(jù)現(xiàn)場檢測，地基基礎(chǔ)部分與維護結(jié)構(gòu)部分不存在危險點。

（2）承重結(jié)構(gòu)部分：受壓墻體沿受力方向產(chǎn)生縫寬大于2mm的豎向裂縫，支撐檁條端部的墻體因局部受壓產(chǎn)生縫寬超過1mm的裂縫。

（3）木結(jié)構(gòu)構(gòu)件部分：柁梁端部存在較嚴重的蟲蛀和腐朽現(xiàn)象，瓜柱存在貫通性裂縫。

2.3.2 房屋各組成部分危險性鑒定

根據(jù)結(jié)構(gòu)桿件普傷檢測與統(tǒng)計結(jié)果，計算出房屋各部分隸屬度（表1）：地基基礎(chǔ)部分的危險性鑒定等級為a級無危險點，承重結(jié)構(gòu)部分的危險性鑒定等級為c級局部危險，維護結(jié)構(gòu)部分的危險性鑒定等級為a級無危險點。

2.3.3 房屋整體危險性鑒定

表1 房屋各部分隸屬度

圖4 墻體開裂

圖5 墻體受壓開裂

圖6 瓜柱劈裂

根據(jù)式（1）～（5），可得出綜合鑒定結(jié)果為C級，部分承重結(jié)構(gòu)承載力不能滿足正常使用要求，局部出現(xiàn)險情，構(gòu)成局部危房。

3 古建筑建造中存在的缺陷

3.1 墻體部分

神垕鎮(zhèn)當(dāng)?shù)氐墓沤ㄖ校瑱M縱墻體間未采取拉結(jié)措施，連接部位易受損，獨立的墻體間不存在相互約束變形的能力，造成房屋的整體性和抗震能力差，因而墻體易出現(xiàn)裂縫、損壞和倒塌。

3.2 木結(jié)構(gòu)部分

木屋架和木柱是古建筑中的主要受力構(gòu)件。梁架的整體性以及梁架與木柱間連接的整體性，將直接決定古建筑房屋上部結(jié)構(gòu)的抗震能力和承載能力。在“義興公”商號門房建筑中，梁架間僅依靠水平系桿連接，而未采取可靠的支撐或有效的替代措施來加強木構(gòu)架空間的整體性。使用細長的水平系桿作為梁架平面外位移和變形的約束條件，水平系桿在受到壓力作用后很容易發(fā)生壓桿失穩(wěn)現(xiàn)象，造成梁架的平面外失穩(wěn)。與此同時，梁架間未采取豎向剪刀撐等有效的豎向支撐，整體性差，房屋只要受到震動作用，就有可能導(dǎo)致屋蓋結(jié)構(gòu)的受損。

4 加固建議

對古建筑在建造中存在的缺陷進行加固時，必須遵守不改變文物原狀的原則。

（1）在對古建筑墻體中存在的缺陷進行加固時，可以采取替補加固和注漿加固的方法。為了加固未拉結(jié)的墻體，且保證不改變建筑物的外貌，可以在房屋外側(cè)采用結(jié)構(gòu)膠或高強度的砂漿，對橫縱墻體間無拉結(jié)存在的通縫進行注漿。替補加固則可以從房屋內(nèi)部進行，在無拉結(jié)的橫縱墻交接處，每隔一定高度向兩側(cè)剔鑿半磚孔洞，然后將原規(guī)格尺寸的砌塊填入，采用砂漿進行填補，橫縱墻體間就通過砌塊錯縫搭接和注漿加固形成了墻體間的拉結(jié)。

（2）對于梁架間未采取豎向剪刀撐等有效豎向支撐的問題，可采用扒釘加強梁架與檁條之間的拉結(jié)作用，通過檁條來加強梁架間的整體性，增強木結(jié)構(gòu)部分的整體抗震能力。為了防止水平系桿在受到壓力時發(fā)生壓桿失穩(wěn)現(xiàn)象，可以在水平系桿的中部增加支撐，從而減小水平系桿的計算長度，以保證水平系桿受到壓力時不至于過早發(fā)生失穩(wěn)破壞。

5 結(jié)語

對古建筑進行全面、準確和科學(xué)的安全檢測與鑒定是對古建筑文物進行合理修繕加固的關(guān)鍵工作。在實際的檢測過程中，也暴露了一些問題，如國家在古建筑安全檢測與鑒定方面的規(guī)范不夠完善，目前還沒有成熟和系統(tǒng)的古建筑安全評價體系和方法；在古建筑檢測過程中，相應(yīng)的無損檢測技術(shù)問題也亟待解決。本文通過對“義興公”商號門房進行安全檢測與鑒定，為后續(xù)的古建筑修繕加固和保護工作提供了依據(jù)。

神垕古鎮(zhèn)老街的古建筑大多采用梁架與木柱、墻體共同承重的方式，由于其承重方式的特殊性和罕見性，對這類房屋抗震性能及力學(xué)性能的相關(guān)研究很少，還需要進一步深入研究。

[1]曹雙寅,邱洪興,王恒華.結(jié)構(gòu)可靠性鑒定與加固技術(shù)[M].北京:中國水利水電出版社,2002.

[2]鄭建軍,李科,朱彥鵬.磚木結(jié)構(gòu)的檢測實例以及有限元分析[J].建筑技術(shù)開發(fā),2010,37(1):13-15.

[3]丁仕洪.木結(jié)構(gòu)古建筑的安全檢測與鑒定[J].工程質(zhì)量,2014,32(4):22-25.

[4]蔡樂剛.上海木結(jié)構(gòu)優(yōu)秀歷史建筑檢測與鑒定[J].住宅科技,2011(10):29-33.

[5]王鑫,張浩,高云.建筑物安全性評定體系的研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2010,36(9):56-57.

[6]張宏,陳志勇.哈爾濱市某校木屋蓋結(jié)構(gòu)的可靠性鑒定及加固改造[J].結(jié)構(gòu)工程師,2010,26(4):107-113.

[7]李金龍.識別中國古建筑[M].上海:上海書店出版社,2008.

Safety Detection and Identifi cation of the Ancient Buildings with Masonry Structure

The ancient buildings suffered various degrees of damage due to natural and human factors. Whether the restoration and reinforcement and protection of ancient buildings can be operated scientifi cally and reasonably depends on that the safety detection and identification of the ancient buildings are carried out comprehensively, accurately and scientifi cally. Taking the door of "Yi Xing Gong" shop at Shenhou town in Yuzhou city as an example, the paper, based on the fuzzy statistical theory, fi gures out the comprehensive evaluation of buildings’ overall risk through on-the-spot damage detection, anti-seismic identifi cation and damage statistics. The fi nal conclusion will directly guide the restoration and reinforcement work of shop doors. And the security detection and identifi cation methods will provide reference for the later detection of similar ancient buildings with masonry and wood structure.【Keywords】 masonry and wood structure, post-and-lintel buildings, anti-seismic identification, safety indentifi cation

2016-11-08）

秦本東，博士，河南理工大學(xué)土木學(xué)院副教授；李泉，通訊作者，河南理工大學(xué)土木學(xué)院在讀碩士研究生。