豫西民居墙体裂缝调查研究——以施家大院为例

潘宗亚

1 调查环境概况

施家大院位于河南省新密市范村中心大街北侧，原为施氏家族的“二进式四合院”，建于1841 年，门楼上曾悬挂“文魁”“监察第”双匾额。相邻宅院建于1846 年，一进院现存砖木结构东西厢房10 间、过厅3 间及门楼。二进院东西厢房毁于1942 年，木柱厦檐锁式正厅于1998 年拆毁。笔者调查测绘时，施家大院东院门楼、倒座已被拆除，一进院过厅与东、西厢房仍有保存，但改建痕迹严重。西院仅剩一进院西厢房、门楼与倒座，东厢房为后建红砖房，过厅已被拆除。

2 研究调查理论与方法

2.1 建筑裂缝病理学理论与研究调查

《建筑病理学》是研究建筑病害发生、发展和转归规律的一门科学，其任务是运用科学方法研究建筑物病害的成因、机理、形态、特征、功能及动态变化，并且研究各种病害的鉴别方法，从而阐明建筑病害本质，为根治或避免原生病害，保障建筑物正常使用提供理论基础。根据其基本原理，可将建筑病害分为损伤、裂缝、腐蚀、冻害、渗漏、老化以及倒塌等类型[1]。本研究根据建筑病害作用机理，将建筑病害问题调查项目分为裂缝位置与分布特征、裂缝方向与形状、裂缝宽度以及裂缝长度。

2.2 建筑裂缝病理问题调查方法

建筑病理问题的研究方法为现场作业的田野调查，可归纳为初步诊断的目视观察以及后续详细判断的仪器测量[2]。

2.3 初步调查方法

本研究在开始具体的建筑裂化问题调查作业前期，先进行初步的目视观察。调查步骤从建筑室外至室内，从建筑台基逐层检视至屋顶。通过目视观察初步判断建筑材料显著的建筑病害问题特征，作为后续详细测量分析裂缝成因作业的基础。初步调查过程中发现，施家大院现存5 栋建筑的墙体裂缝问题相当普遍，并且局部裂缝已经贯通整个墙面。因此，本研究详细调查作业的侧重点将以墙体裂缝特征调查为主。

3 墙体裂缝特征调查

3.1 定性调查与裂缝病害定性等级评定

建筑墙体裂缝特征调查技术采用定性调查与量化调查两种方式，其中定性调查主要运用目视观察进行现场田野调查的初步判断作业。通过调查建筑墙体裂缝损坏的程度症状以及建筑部位的材料差异来评判病害程度，以便于后续裂缝病害的分类与记录[3]。

研究中，一般按照裂缝宽度将建筑墙体裂缝病害特征等级分成三级。A 级指必须处理的裂缝宽度；B 级指宜处理的裂缝宽度；C 级指无需处理的裂缝宽度[4]。其中，A 级的病理症状为：柱已出现宽度大于1.5 mm 的裂缝，或有断裂、错位迹象，应视为不适于继续承载的裂缝；墙身裂缝严重，且最大裂缝宽度已大于5 mm，应视为不适于继续承载的裂缝。C 级的病理症状为：砌体结构中重要构件非受力裂缝等级评定为as 级，界限值小于等于0.3 mm；一般构件非受力裂缝等级评定为bs 级，界限值小于等于1.5 mm。B级的病理症状裂缝最大宽度取值在A 级与C 级之间。砌体结构构件裂缝处理的宽度限值如表1 所示。

表1 砌体结构构件裂缝处理的宽度限值

3.2 量化调查与裂缝病害量化等级评定

建筑材料裂缝量化调查的主要对象为材料裂缝的长度、宽度以及深度调查。本研究主要用到的调查工具为游标卡尺，该工具便于携带，测量精度高，不仅可以精确测量裂缝宽度，其自带的深度尺还可以有效量化裂缝深度，非常适合野外田野调查工作。经过初步测量施家大院建筑现存裂缝，其中绝大多数裂缝的最大宽度已超过5 mm，且多为贯穿墙体裂缝。因此，依据上述建筑墙体裂缝病害特征等级宽度限值标准，将施家大院建筑裂缝等级列为A 级，现存裂缝必须进行有效处理，防止裂缝进一步发展，从而危害建筑整体安全[5]。

3.3 施家大院建筑裂缝病理症状

施家大院现存建筑形式均为硬山搁檩，其墙体做法为豫西地区典型的“里生外熟”墙，即墙体下碱为石块，下碱之上的墙身部分外皮用砖，里皮用土坯砌筑。为进一步加强墙体的连接强度，在外皮砖墙的砌筑过程中，会有规律地将某些部位改为石块砌筑，既可以作为建筑自然而然的立面装饰，又能加强墙体的整体性。但是历时百年，在各种因素作用下，墙体仍不可避免地出现了很多裂缝。从实地勘测结果可知，施家大院建筑墙体裂缝普遍存在，极大地威胁了建筑本身的安全。依据《建筑病理学》中裂缝的形态特征与鉴别方法，按照裂缝的位置、方向、形状以及分布特征汇总施家大院建筑现存裂缝，可将裂缝总结为梁下八字裂缝、门窗上方八字裂缝、门窗上方竖向裂缝以及墙体竖向裂缝4种形式，如图1 ～4 所示。

图1 梁下八字裂缝（来源：作者自绘）

4 建筑裂缝病害问题分析

对于砖木结构建筑的病害原因分析多从2 方面入手：一是判断建筑材料是否发生腐朽、残损、形变；二是判断建筑是否发生不均匀沉降。对于建筑材料的判断，业内已有十分成熟的方法，本文不再赘述。而对于建筑是否发生不均匀沉降，一直缺乏简单有效的辨识方法，尤其是当建筑的不均匀沉降幅度较小时。在本次调查研究中，笔者利用激光水平仪在建筑墙面上投射一道水平激光线，以此检测墙体灰缝是否发生形变，从而判断建筑是否发生不均匀沉降[6]。

4.1 梁下八字裂缝成因分析

施家大院现存建筑的所有墙体均为双层墙，即外围一圈砖墙，内部为土坯墙，这种做法可以降低房屋的建造成本，但同时也降低了建筑材料的强度，结构承载力也随之下降。该建筑的结构体系为地基→墙体→梁架→檩条→木椽→望砖→灰背→屋面瓦，传力路径为屋面荷载→檩条→梁架→墙体。按照常规做法，在梁架的位置应局部加强砌体墙，如设置构造柱[7]。但是，在施家大院现存建筑中并未发现此类做法，梁架均为直接落在普通墙体上，造成墙体局部受力过大，梁下墙体下沉，梁下灰缝呈现“ ︶ ”型，与周围墙体发生撕裂，从而导致梁下产生自上而下逐步发展的“八”字形裂缝，如图1 所示。

4.2 门窗洞口上方八字裂缝成因分析

施家大院现存建筑门窗洞口上方八字裂缝均存在墙体间的错位。笔者判断其成因为门窗洞口墙体强度较低，随着建筑年限加长，门窗洞口上方木过梁强度降低，不能对上部墙体提供足够的支撑力，逐步发生偏转、错位，从而导致上方墙体错位，出现裂缝，如图2 所示。

图2 门窗上方八字裂缝（来源：作者自绘）

4.3 门窗洞口上方竖向裂缝成因分析

此类裂缝可明显看出窗上方木过梁已产生明显形变，中部向下弯曲，呈现“︶”型，导致窗洞上方墙体承载力缺失，产生类似于不均匀沉降的现象[8]。中间墙体向下沉降，由于两侧墙体的拉结作用，使中部墙体发生撕裂，产生下宽上窄、自下而上向上发展的竖向裂缝，如图3所示。

图3 门窗上方竖向裂缝（来源：作者自绘）

4.4 墙体竖向裂缝成因分析

施家大院墙体竖向裂缝大致可以分为两种，一种位于建筑山墙中部，下宽上窄，自地面开始竖直向上发展；另一种位于建筑长轴立面之上，上宽下窄，自檐口开始竖直向下发展。两种裂缝虽然分布的位置、形态特征都不相同，但从两个方向共同印证了建筑地基的沉降情况[9]。

按照《建筑病理学》中的裂缝成因分析，当建筑中部的沉降值大于两侧，中部下沉，两侧墙体由于拉结作用会将中部墙体撕裂，从而在建筑墙体上产生下宽上窄、自地面向上逐步发展的竖向裂缝，如图4（b）所示；当建筑两端的沉降值大于中部时，两端下沉，同样在拉结作用下自上而下撕裂中部墙体，从而在建筑墙体上产生上宽下窄、自上而下逐步发展的竖向裂缝，如图4（a）所示。

图4 墙体竖向裂缝（来源：作者自绘）

从结构方面分析，施家大院建筑结构均为硬山搁檩，建筑两端山墙在自身荷载较大的情况下，还要承担来自屋面的荷载。此时，当地基强度相同时，山墙处的沉降值自然要比中部墙体大一些[10]。为了验证上述说法，笔者在现场用激光水准仪对建筑立面灰缝进行水平程度测试，发现在建筑长轴方向，本该水平的墙体灰缝，却呈现出“︵”型，中间较高，两侧较低；建筑山墙的灰缝恰恰相反，呈现“ ︶ ”型，中部明显低于两侧。同一建筑的两种不同现象，也再次印证了不同墙体的不均匀沉降对于裂缝的影响。

5 结语

通过分析研究调查结果可知，建筑构造不合理、材料老化以及地基不均匀沉降是造成施家大院建筑墙体出现裂缝的主要原因。

建筑构造的不合理源于先辈受制于科学技术发展水平，对于建筑受力情况缺乏科学的评价体系，后人只能在维持传统建筑真实性、完整性的前提下，对建筑进行适当可行的维修加固。但对于传统建筑的维修保护不能局限于建筑病害本身，应更多考虑建筑整体环境，探讨建筑各类病害之间的相互作用以及建筑与环境之间的相互关系，探寻影响建筑病害产生的根本原因，从而更加有效地维护传统建筑永续发展。形成建筑裂缝病害的病理原理十分复杂，有待进一步的科学探索，期待未来对于建筑裂缝防治方法的研究能够开拓出更为有效的路径。