砖石构造古建筑的特点及修缮策略

2020-08-19孔德荣

四川建材 2020年8期

孔德荣

(佛山市工程承包总公司，广东佛山 528000)

1 工程概况

佛山水上关帝庙复建工程宽14 m，进深42 m，高12.7 m，建筑总面积约为450 m2。平面布局为三间三进，封火山墙的形状如水波一般，屋面铺有绿色的琉璃瓦，正面大门处伫立着四根石檐柱，虾公梁上的狮子栩栩如生，樨头由砖雕而成，次间还设有包台，从建筑形态上与岭南古建筑基本相同。该项目属于古建筑的复建工程，施工时需严格按照同“结构、形制、材料、工艺”的原则最大限度重现建筑物的历史原貌。

2 砖石构造古建筑的特点

砖石构造古建筑数量众多，在我国古建筑中占有重要地位[1]。常见的砖石构造建筑有城墙、陵墓、塔以及地面等。它的主要堆砌材料为砖、石以及用作粘结材料的灰浆。砖石构造古建筑是否具有稳定性、能否耐久受多种因素的影响。深入研究国内外文献资料可以发现，关于砖石构造古建筑修缮的研究主要集中在以下几个方面。

1)如何提高砖石构造古建筑的抗震性能；

2)砖石穹顶结构具有哪些特点；

3)现代无损测试技术如何在砖石构造古建筑的保护中得到合理应用；

4)砖石构造古建筑中的技术原理和材料性能等。

佛山水上关帝庙工程属于古建筑的复建工程，要求建筑物无论从格局还是细节上都尽可能贴近历史原貌。为保证建筑物历史原貌的重现，施工人员应从材料、结构、形制以及工艺等多个方面出发，尽可能做到与同类建筑物一致。

3 砖石构造古建筑的修缮策略

3.1 建筑材料

3.1.1 砖

砖石构造古建筑以砖为主要材料。砖的原材料既包括天然石材又包括烧制砖。其中，烧制砖质量的好坏直接影响着建筑整体的质量。

研究表明，砖石构造古建筑使用的砖料往往具有不同规格，甚至名称也多种多样[2]。目前已知的古建砖料已有20多种。根据规格和产地对这些砖料进行分类，大致可以分为新样城砖和旧样城砖、大号城砖和二号城砖以及临清城砖等多种类型的城砖。一般来说，城砖的规格都是由定制的，不同朝代、不同用途的砖都有不同的规格。而在实际建造过程中城砖的规格并无定制。不同城池所用城砖的规格各不相同。事实上，定制砖料规格的根本目的是保证建筑的质量符合要求。

而在本项目中用来修建墙体的砖石类别为青砖，是从民间收集的旧青砖加工后重新使用的青砖，既保证了古建筑的复建、修建效果，又实现了古建筑材料的增值利用和循环利用，有利于促进循环经济发展。

3.1.2 胶结材料——灰浆

我国古代建筑在修筑过程中经常使用灰浆作为粘结原材料。灰浆种类繁多，民间甚至还有“九浆十八灰”的说法。古代建筑常使用石灰胶泥以及桐油等各种有机材料作为灰浆的原材料。原材料按比例配制形成灰浆。然而，灰浆的调配比例在长时间的发展中逐渐失传。由于不清楚具体的调配比例，现阶段人们很难再制作出传统的灰浆。再加上寻找传统灰浆的原材料需要耗费大量时间和精力，因此传统灰浆逐渐被淘汰。现代灰浆的制作通常选取水泥、白灰和煤屑作为原材料。

一般情况下，如果现代原材料的使用不会对古建筑的原有风格造成影响，那么合理使用现代原材料也是可行的。需要注意的是，材料选择应与古建筑的实际施工时间点相符。举个例子，传统的石灰浆在凝固时会膨胀并逐渐填满整个构造，水泥砂浆则恰恰相反，它凝固时会因干燥而逐渐收缩，从而使得构造内部呈现中空状态。因此，在选择新材料时相关工作人员一定要做好对比，选择优于传统原材料的新型材料。

本项目采用灰塑作为修建中的装饰艺术。灰塑是以石灰为主要材料，拌上稻草或玉扣纸，加入少量红糖，经反复锤炼制成草筋灰、纸筋灰，并以瓦筒、铜线为支撑物，在施工现场塑造，待干后再涂上颜料而成。本次复建工程采用传统的工艺、材料进行灰塑装饰构件的施工，取得了良好效果。

3.1.3 灰土地基

灰土在砖石构造古建筑中起着关键作用。一方面它是建筑物的地基，另一方面它较为厚重的构造也使得其成为实用性较高的填充物。与现代原材料相比，灰土不仅具有面对千年风霜侵蚀的耐性和强度，还能与建筑本身和谐共生。

3.2 结构设计

3.2.1 设计使用年限问题

关于设计使用年限我国的相关文献上早有记载。在建筑物及其部件的使用年限内，即使不进行大型修缮活动也可以正常使用。设计使用年限时，相关工作人员要尽量保证建筑物的耐久性，使其在设计、施工以及使用等一系列操作都正常的前提下达到使用年限。一般情况下，如果某建筑具有纪念性质或某个建筑构造特别重要，它们的设计使用年限应为一百年。图1为砖石构造古建筑主体台基设计示意图。

图1 砖石构造古建筑主体台基设计示意图

3.2.2 荷载效应

与现代建筑行业不同，在修缮古建筑物的过程中，古代设计人员一般不考虑荷载效应。而现代建筑行业不仅要保证修缮后的建筑物外观与古建筑一致，还要充分考虑古建筑的荷载及构造，从而减少因受力不均而产生的失稳情况。

根据承载力极限状态对砌体结构进行设计，计算时应按下列公式中最不利组合进行：

(1)

(2)

式中，λG为结构重要系数；SGK为永久荷载标准值的效应；SQ1K为在基本组合中起到控制作用的一个可变荷载标准值的效应；SQiK为第i个可变荷载标准的效应；λQi为第i个可变荷载的分项系数。一般情况下取1.4；当荷载标值>4kN/m2时取1.3；ψCi为第i个可变荷载的组合值系数，一般情况下应取0.7；R为结构构件的抗力函数。

上述两个公式，前者由可变荷载控制，后者由永久荷载控制。将两种荷载效应组合在一起后，砌体结构的可靠性将会大大增强。

3.2.3 抗震设防

我国是世界上地震发生比较频繁的国家之一，全国约有1/3的地区基本烈度≥7度。结构抗震设计分为“概念设计”和“计算设计”两种类型。通过大量的试验分析和经验总结，在结构抗震设计中“计算设计”的重要性远不如“概念设计”。这一方面是因为地震力较为复杂且具有不确定性，另一方面则是因为“计算设计”和实际情况之间存在偏差，即使经过了严密的计算也不能完全把握控制结构的抗震性能。因此，控制结构的抗震性能很大程度上取决于“概念设计”。相关研究者还表示，要想使控制结构的抗震性能得到提高，施工人员可在砖结构房屋中加入钢筋混凝土构造柱和圈梁。砖石构造古建筑抗震性能的研究如图2所示。

图2 砖石构造古建筑抗震性能的研究

当建筑物较长时，气温变化容易对建筑物造成侵蚀，损害建筑。过长的建筑物还可能产生地基承载受力不均的情况。不仅如此，在地震频发的地区容易受到较大风险，最终导致建筑构件内部开裂或破坏。因此，在设计过程中设计人员应使建筑物在变形缝的作用下发生分离，从而不受形状的制约。如果建筑物位于地震区且设置了伸缩缝和沉降缝，那么两种缝的设置均需按地震缝的要求进行，同时加入现代防震措施，建立防灾机制。

3.3 施工控制

结构的强度受多种因素的影响。它不仅与材料强度有关，还受粘结材料粘结力的影响。除此之外，工人的砌筑方法是否正确、砌筑操作是否熟练同样影响着结构强度。建筑物的安全性和功能性都与砖砌体的质量有关。砖砌体质量的影响因素有很多，除设计因素和材料因素外还有施工因素，其中影响最大的就是施工因素。截至目前，我国已存在一套虽不完备但有一定指导意义的古建资质制度[3]。但事实表明，即使是有古建资质的施工队伍也不能完全保证修缮工作的顺利进行。部分有资质的施工单位甚至将修缮工作交给其他无资质的单位，最终导致文物被破坏，修缮质量不尽如人意。

现阶段的建筑行业存在一套涵盖了从计量单位到质量验收全过程的明确指标，为结构质量的检验提供了标准。修复古建筑从本质上来说是对文化的传承和保护，因此，既需要经验丰富的老匠人，又需要具备专业知识的修复工程技术人员。两者之间既相互配合又相互制约，最终取得良好的修复效果。