我国古建筑以木结构为主,其构造主体包括基础、木构架、屋顶及墙体。古建墙体一般是指古建筑中用砖石材料砌筑而成的围护部分。按处于古建筑的不同位置,古建墙体可分为槛墙、檐墙、廊墙、山墙、夹山等种类[1].其中,槛墙即窗户隔扇之下的墙体; 檐墙即檐檩下侧的围护墙; 廊墙即处于廊子部位的内墙; 山墙即建筑两侧的围护墙,处于桁檩端头下侧; 夹山又名隔墙,是与山墙平行的内墙。从工艺角度讲,古建墙体砌筑方法一般为下碱( 即墙体下部,用以防潮隔碱) 多采用干摆或丝缝做法,上身则糙砌抹灰。干摆即磨砖对缝墙面做法,砖要经过砍磨加工,后口灌浆,墙表面无明显灰缝,平整、细致; 丝缝即砖经砍磨加工,挂老浆灰砌筑,后口亦灌浆,表面仅留一条很细的缝[2].从功能上讲,古建筑中木构架为承载主体,墙体一般起围护作用。但从力学角度考虑,墙体仍有一定的结构作用。如在木构架受到一般静力荷载作用时,墙体可减小上部额枋产生的竖向挠度及内力( 墙体与其上部额枋之间存在小的间隙,静力作用下,额枋产生竖向挠度,与墙体接触并传递部分内力给墙体) ; 在地震时,由于墙体刚度远大于木构架,因而可约束木构架的侧移,减小木构架产生倒塌的可能性[3].
由此可知,墙体的可靠性对古建筑整体的安全性能有一定影响。图 1 所示为故宫太和殿墙体照片及墙体平面分布图。
由于砖石属脆性材料,且长期暴露在空气中,在外力及自然因素作用下,难免产生残损问题( 即处于无法正常受力、不能正常使用或濒临破坏的状态[4]) ,从而影响建筑整体的正常使用。因此,对古建墙体进行残损评估并采取可靠加固措施具有重要意义。本文基于大量勘查及分析结果,探讨古建墙体的典型残损问题,分析其产生原因,提出相关加固方案,结果可为古建筑修缮加固提供参考。
1 评估内容
参照《古建筑木结构维护与加固技术规范》GB50165-92 第 4. 1. 11 规定,墙体的残损问题判定依据包括如下几个内容。
1) 墙体风化 墙体风化 1m 以上的区段内平均风化深度与墙厚之比 ρ,当墙高 H <10m 时,ρ >1/5或按剩余截面验算不合格则为残损; 当 H >10m 时,ρ > 1 /6 或按剩余截面验算不合格则为残损。
2) 倾斜 对于单层房屋,H < 10m 时,Δ > H /150 或 Δ > B /6 记为残损; H > 10m 时,Δ > H /150 或Δ > B /7 记为残损,其中 Δ 为墙体倾斜尺寸,B 为墙体厚度。
3) 裂缝 有通长的裂缝则记为残损。
2 典型问题
基于对大量古建筑的勘查结果,并参照上述古建墙体残损点评估内容,可将木构古建墙体典型残损问题( 含产生残损的主要诱因) 归纳为如下 5 个方面。
1) 酥碱 墙体( 尤其是下部) 长期暴露在空气中,因风化作用,很容易产生酥碱问题。该问题的主要症状表现为: 在空气、水、生物作用下,砖块逐渐变成碎块或粉末,砖表面一层一层剥落,风化处砖的颜色变浅。酥碱问题不能得到及时解决时,随着墙体酥碱范围增大,其有效受力截面尺寸减小,很可能导致墙体开裂、倒塌等问题发生,进而影响结构的正常使用。
2) 返碱 墙面返碱是墙体产生残损的典型诱因之一。返碱指修缮一新的砖墙表面析出白色的粉末状或者絮状物质。返碱不仅影响墙体外观,而且对结构产生破坏不易发现破坏却很大,盐结晶过程中由于结晶盐不断长大、增多,所产生的内应力和体积膨胀会导致砖体产生裂纹和破碎,使得砖墙结构松散,强度及稳定性下降[5].
3) 开裂 即墙体产生裂缝的问题,常见于下槛及后檐墙体。裂缝有横向及竖向、间断及贯通等形式,而竖向贯通裂缝则预示墙体产生破坏。裂缝产生的因素除与外力作用相关外,温度变化、地基不均匀沉降均可引起墙体开裂。墙体开裂意味着墙体承载能力降低,对减轻木构架的变形和内力作用减弱,虽不至于对木结构稳定性构成威胁,但不利于木构件抵抗水平或竖向外力作用,很容易产生过大变形或加剧木构架破坏。因而采取措施减轻或避免墙体开裂具有一定的意义。
4) 空鼓 即墙体外皮砖向外鼓出,甚至产生脱落的问题,常见于下槛部位。墙体鼓闪初期对内层砖造成的影响不大,这主要与墙体施工工艺密切相关。墙体鼓闪后,若不及时采取加固措施,则将造成墙体的有效承载截面不足,很容易导致剩余截面在外力作用下产生开裂、变形等问题。此外,部分砖块脱落后,造成雨水入侵,墙体内层部位产生风化等问题,进而导致墙体对木构架的受力贡献减小甚至丧失。由此可知,对墙体空鼓问题应及时采取加固措施。
5) 变形 正常情况下,古建墙体一般保持为竖直状态。然而,不同因素作用下,墙体会产生变形。
这既包括地基不均匀沉降造成的竖向变形,也包括地震作用下沿垂直墙面方向的歪闪,还包括墙体砌筑材料老化导致自身承载力的降低,进而产生竖向或扭曲变形。由于墙体属脆性材料,因此其变形过程往往伴随开裂。墙体变形严重威胁墙体的功能,主要表现为竖向变形导致墙体产生剪切裂缝,而侧向变形使墙体属于偏心受力( 自重为主) 状态,在外力作用下很容易产生倒塌。【文章来源:金英文案】
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