现代庙宇建筑木屋面-铜瓦施工技术

陈晓文

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

1 工程背景

上海玉佛禅寺位于普陀区安远路170号，中轴线上排列着天王殿、大雄宝殿、玉佛楼三重殿堂，东西两侧配建有观音堂、铜佛殿、卧佛堂、怀恩堂、禅堂、斋堂等，并开设了文物室、法物流通处和素斋餐厅，共有堂舍200多间。占地面积约11.6亩（约7 800 m2），建筑面积8 856 m2。

玉佛寺1983年被国务院列为汉族地区佛教全国重点寺院，1994年由上海市人民政府公布大雄宝殿为市级建筑保护单位，2011年普陀区将大雄宝殿列为文物保护单位。玉佛寺历经百年风雨，建筑结构日渐老化，存在较为严重的消防、公共安全隐患和环境问题。2014年7月正式启动消除公共安全隐患保护性修缮工程，寺院在主体布局上，保留天王殿、大雄宝殿这2座历史保护建筑，其余非保护建筑采取拆除新建的方案。天王殿原地不动，大雄宝殿向北位移30 m，中间增设观音殿，大雄宝殿与观音殿广场的面积扩大，为重大香期及大型活动提供了容积可观的场地，也为有效疏散人流提供了可能（图1）。

图1 修缮前后对比

2 屋面修缮概况

修缮工程中2栋保留建筑为江南明清殿阁建筑风格，大雄宝殿为单层抬梁式木结构五开间殿阁，重檐歇山顶；天王殿为五开间抬梁式木结构重层殿阁，二层歇山顶屋面，一层做副阶和腰檐。由于建筑历史悠久，长期日晒雨淋，屋面瓦出现大量开裂、粉化问题。故决定在原屋面结构不动的情况下，对屋面瓦及屋面基层进行修缮。

在屋顶瓦片的选择上，考虑到传统青瓦材质脆、易损坏、施工效率低、脊饰吻兽不易加工的现况，以及黏土建材在本市明确受限、后期维修成本高、应用于坡度大的屋面时安全性较低等因素，现决定修缮建筑屋面瓦、屋脊、吻兽均以洛阳铜材为主要材质，利用仿宋举折压弯、预埋不锈钢支架及钢板结合氩弧焊工艺，在木屋面上铺仿宋铜瓦的结构体系并采用铸铜、蚀刻及锻雕工艺进行全面装饰。该体系结合外喷氟碳清漆可以达到庙宇建筑的风格效果，不仅实现了大体量高坡度铜瓦铺装，同时满足了庙宇建筑屋面做工的要求（图2），实现了现代工艺与传统工艺的有机相融，提高了材料的使用寿命，展现了新时代的庙宇建筑特色。

图2 观音殿铜瓦铺设完成

3 木屋面-铜瓦施工技术难点分析

木屋面-铜瓦施工的难点在于3个方面：一是如何1∶1还原屋面吻兽及脊饰，二是屋面铜瓦与木屋面的融合，三是屋面铜瓦本身的防水、防腐及施工过程中的防火处理[1-5]。

3.1 屋面吻兽及脊饰的还原

本建筑屋面历史已有100多年，屋面吻兽及脊饰原为泥塑造型，经过长年的日晒雨淋，存在大面积开裂、表面风化褪色等问题，远观已陈旧失雅。按照设计及图纸要求，修缮时外观不能进行变动，需在现有基础上推断出原有形貌进行还原，且原始建造资料已经缺失，在没有图纸的情况下进行还原对精度提出了重大挑战，屋面吻兽及脊饰是本次庙宇建筑屋面施工的一大亮点，保证对此泥塑吻兽及脊饰进行等比例还原，是本次屋面铜瓦施工的点睛之笔（图3）。

图3 原屋面泥塑吻兽及脊饰

3.2 铜瓦与木屋面的连接

传统的青瓦与屋面连接采用水泥砂浆铺灰后进行卧瓦或者采用木挂瓦条形式进行挂瓦，但铜瓦本身自重较轻，不适用此类连接，且本项目结构形式为纯木结构殿堂，屋面为大坡度斜屋面，屋面脊饰复杂、内容多。屋面上需安装整体泛光照明系统，同时需考虑到照明管线的隐蔽性以及铜瓦连接不能破坏原木结构屋面的保护性措施。如何处理建筑仿古工艺与现代化材料相结合的难题，做到简化连接手法与统一外观表现力的统筹兼顾，是修缮施工的技术难点之一。

3.3 屋面瓦本身防水、防腐、安装过程中的防火处理

屋面瓦的最基本功能是防水，辅助功能在于体现出仿古风格的观感。由于屋面瓦采用铜瓦，使用年限期限较长，且登高措施在施工完成后均已拆除，今后的屋面维护修理相对困难，故防腐处理也同样重要。在保证建筑的使用功能的同时，探寻效果良好的屋面瓦本身的防腐处理及其施工过程中的防火处理方案，是本修缮工程的另一难点。

4 关键技术路线制定

4.1 1∶1屋面吻兽及脊饰还原技术路线

以10 cm×10 cm的钢网格作为标尺，对目标试件拍照作为底图（图4），在电脑端操作画出还原图。首先根据图纸，制作出此模型的泥塑，然后用石膏包裹住泥塑表面，待1∶1的石膏模型制作完成后，用树脂包裹表面制造出雕塑原型的胶体模具，将加热熔化的石蜡加压射入胶体模具倒模制造出一个蜡胚，对模具中剥离出来的石蜡原型进行修整后，对蜡胚连续多次重复浸入泥浆，外层均匀包浆7 mm并除湿干燥，在泥浆壳适当位置预留一个孔洞以供蜡质流出，然后将包裹蜡胚的泥浆壳先以60 ℃预热20 min，然后在200 ℃条件下加热，将液体蜡从预留孔洞中排出干净。最后通过预留孔洞向陶壳内浇铸铜液，凝固冷却后将外层陶壳振破，即得无痕、光洁精密的铜铸件。用此法操作后得到的铜件具有很高的仿真度，适合复原由于历史性因素腐蚀的保护性建筑构件。

与假手术组比较，模型组大鼠脑组织梗死区域MVD显著下降，差异有统计学意义（P＜0.05）；与模型组比较，诃子提取物中、高剂量组大鼠脑组织梗死区域MVD均显著提高，差异均有统计学意义（P＜0.05），详见表3。

图4 屋面泥塑吻兽现场实测

4.2 铜瓦与木结构屋面连接技术路线

1）原则：本次施工在确保屋面整体统一、连接安全可靠的前提下，为展现江南明清殿阁建筑屋面特色，以木屋面基层为基调，上铺设钢板保护层，采取支架连接、预留管线空间的工艺做法，以隐蔽连接方式为主导，于整体运用连体底瓦及盖瓦的形式进行长条形铺设。（图5）。

图5 铜瓦安装节点

2）底瓦连接：首先将不锈钢板冲压成“ ”形，然后使用自攻螺丝将埋件固定在屋面不锈钢板和木板上作为底瓦支架，将连体底瓦同底瓦支架进行焊接连接。同时檐口瓦口板与两侧底瓦进行焊接作为支撑，底瓦上口碰脊处使用螺钉与脊件构架进行连接。

3）盖瓦连接：将不锈钢板冲压成“ ”形。使用焊接的方式固定在底瓦上。盖瓦使用自攻螺丝固定于盖瓦支架上。盖瓦支架与底瓦连接处使用密封胶勾缝处理。

4）管线隐蔽：在设计底瓦“ ”形不锈钢支架时，考虑了瓦下管线的安装空间并适当提高了支架的高度。同时，木结构建筑的室内管线也可通过铜瓦下的空间走线，待到对应的灯具安装位置确定后，将管线从瓦下空间穿下，避免了室内管线暴露的问题。

4.3 铜瓦屋面防水、防腐、安装过程中防火的技术路线

4.3.1 防水处理

1）本技术路线将铜瓦设计成连体瓦片，将每条底瓦在工厂内加工成条状全覆盖扣式结构，无盖瓦时底瓦即有防水性能，加上盖瓦后，具有复合全防水功能，同时对盖瓦进行了整体改进，摒弃了简单的连体式设计，采用了工艺更加精湛的叠加式设计。

2）盖瓦最上端设有引水槽，宽19 mm、深15 mm，在斜风雨或大雨情况时雨水上渗，引水槽可将水流引出到底瓦上，然后流下。

3）在安装完底瓦后，设计一个倒“U”形的盖瓦支架，类似防水盖板，既能作为盖瓦的固定支架，又能杜绝极端天气雨水从底瓦两端漫入屋面的隐患。

4）在端部设置瓦当及滴水瓦，瓦当上部设置挡水坎条，将水引入下方滴水瓦，滴水瓦下端有下垂的圆尖形状，安装时放在檐口，方便引导雨水流下，保护墙壁的洁净。在防水方面瓦当与滴水瓦有机结合，从建筑造型上两者展现出和谐之美（图6）。

图6 瓦当与滴水瓦示意

4.3.2 防腐处理

铜瓦及其饰品防腐处理工艺是将预处理与后处理有机结合在一起。预处理是在工厂内构件加工完成后，由于铜材表面的复杂性除了表现在结构上的不完整性、不均匀性以及粗糙的表面外，还反映在表层内化学组成的变化上，通过预处理（抛光、除油、清洗、酸洗、JX氧化工艺）使铜制品涂层氧化，获得一个平整、光洁的表面，有利于着色及后续防腐处理。

后处理是在铜瓦及其饰品安装完成进行干燥后，选定氟碳清漆（FC型高强度耐腐蚀涂料）进行底漆及面漆的2遍喷涂，在不影响外观的前提下，可提高着色膜的稳定性和着色效果，并保证铜瓦及其饰品的耐腐蚀性。

4.3.3 安装过程中防火处理

本工程木结构的屋顶为传统木屋架形式，铜瓦安装在铺有防水卷材的木屋面板上，下部为纯木结构，考虑到铜瓦安装时动火作业较多，存在较大的安全隐患，故在防水卷材上方加铺了一层0.3 mm厚的不锈钢板以保护木屋面。

5 木屋面-铜瓦施工实施

工艺流程：铺设0.3 mm厚不锈钢板→找线定位→固定底瓦支架及埋件→铺设底瓦→安装防水盖板（盖瓦支架）→铺设盖瓦→脊饰内衬骨架安装→脊饰铜线条及吻兽的安装→喷涂氟碳清漆（图7）。

图7 屋面结构

1）铺设不锈钢板：待屋面防水卷材施工完成后，整体铺设0.3 mm厚不锈钢板与屋面连接。

2）找位与放线：按屋面各翼长经“分中号陇”后的底瓦间距，纵向按450 mm间距分布，对各个埋件及构件的安装位置、标高等进行弹线复核。

3）固定底瓦支架及埋件：在屋面不锈钢板上，依据原先所弹线的位置，使用M5不锈钢自攻螺丝将“ ”形埋件固定在屋面不锈钢板及木板上，螺丝连接处加防水垫片。在屋脊处同样采用M5不锈钢自攻螺丝（加垫片）固定1.5 mm厚不锈钢板作为屋脊内衬骨预埋件（图8）。

图8 支架与钢板连接

4）铺设底瓦：底瓦支架间距为260 mm，根据现场屋面进行调整，确保瓦片均匀分布。支架安装完成后，将底瓦与支架临时固定，并用氩弧焊满焊底瓦固定在支架上（图9）。

图9 底瓦与支架连接

5）安装防水盖板（盖瓦支架）：底瓦安装完后，在“ ”形支架上增加一个“ ”形不锈钢防水盖板，兼作盖瓦的支架。此盖瓦支架与底瓦焊接连接，盖瓦支架与底瓦连接处使用密封胶勾缝处理（图10）。

6）铺设盖瓦：盖瓦由檐口分块叠加至屋脊处，盖瓦每块都应与盖瓦支架固定，固定方式采用M5自攻螺丝，盖瓦间采用销钉固定。

7）脊饰内衬骨架安装：当屋面瓦作铺设底瓦阶段时，根据屋面脊饰大小和高度，预制成品骨架，整体或分块安装。骨架采用20 mm×20 mm的不锈钢方钢，以方钢四边满焊的形式与底部不锈钢板进行连接，在安装龙骨之前复核铜饰面板的位置，做到水平一致、中间对称。

8）脊饰铜线条及吻兽的安装：铜饰线条安装前，对骨架位置、平直度、连接牢固情况进行检查，然后从下向上逐条安装。安装骨架两侧脊饰线条，采用不锈钢拉铆钉与原先内衬不锈钢骨架进行固定，有不锈钢板折边造型的用结构胶黏结固定。镂空花格造型为工厂预制，现场焊接固定。最后安装压顶线条，压顶线条采用氩弧焊方法与两侧脊饰线条进行固定。吻兽造型及内部骨架在工厂内已经定型化完工，由于吻兽本身相对于其他铜饰品质量较重，故固定处需进行加固处理以达到其承载能力。先在屋面上使用M5不锈钢自攻螺丝将厚6 mm的钢板固定在屋面不锈钢板及木板上，在钢板上焊接工厂内预制的吻兽托架（厚8 mm钢板作为底托板＋6#槽钢作为支腿），局部在现场底瓦上焊接钢板托架进行连接作为加固，最后在此托板上将吻兽内部骨架进行焊接连接。盖瓦安装完成后，在盖瓦与脊饰连接处采用密封胶勾缝（图11）。

图10 盖瓦连接节点

图11 铜瓦屋面完工效果

9）喷氟碳清漆：待铜瓦及脊饰、吻兽全部安装完成后，需进行整体清理铜饰表面，在适宜的温度及湿度下用氟碳清漆喷涂进行三度处理。喷涂时须由上至下分块分段进行施工，要选好收边部位并做好每层的对接。

6 结语

上海玉佛禅寺一期工程已于2018年5月顺利完成，历经几场台风及暴雨的考验，屋面排水顺畅，未发现渗漏现象。铜瓦屋面建筑外观完全达到了预期的效果，并与周边木结构建筑群在视觉观感上形成融合，信众香客广为称赞，社会评价良好。综上，本工艺下的木屋面-铜瓦体系应用前景较为广阔。本文施工技术探讨希望能够抛砖引玉，为类似工程提供参考。