传统石头厝建筑安全隐患分析及加固改造建议

魏 宏

（平潭综合实验区城乡建设与交通运输服务中心，福建 福州 350400）

0 引言

福州市平潭地区的石头厝建筑是我国海岛文化的集大成者，拥有悠久的历史、独特的建筑风格及宝贵的研究价值，是珍贵的民族文化遗产。目前，平潭石头厝房屋共有4万多幢，其中建于1966年以前且保存较为完好的传统石头厝建筑有3000多栋。这些石头厝建筑从表象到本体、内涵到外延都充分体现出居民的生活习性和价值取向，既是有形也是无形的文化，是珍贵的民族遗产[1]。但是由于年久失修及过去对其保护力度不足，存在不同程度的结构安全问题，亟需统筹管理与加固养护，是当前保护的重点。而准确掌握这些既有传统平潭石头厝建筑的建造特点和存在的安全性问题是相关部门制定行之有效的保护加固措施和设计人员进行合理加固设计的先决条件。

因此，本文基于文献调研、实地观察、访谈调查等手段，分析平潭石头厝的建造技术及存在的主要质量病害和隐患，为进一步实施平潭石头厝加固修缮及制定相应的保护措施提供参考依据。

1 平潭石头厝建造特点分析

1.1 地基基础

平潭石头厝一般为1～2层，房屋高度在6m以下，采用浅基础。基础形式根据石材规格不同分为乱毛石基础、整毛石基础、方整石基础和毛条石基础等。传统平潭石头厝房址选在小丘、台地，基础多采用乱毛石干砌。20世纪50年代后，建筑物选址逐步转向沙荒地、滩涂及丘陵地，石头厝基础改为整毛石、方整石和毛条石基础[2]。

基础埋深根据房屋高度和地质情况，一般在2m 以上。若挖到硬质岩层，便停止挖掘，以岩层为地基，松软之处用1m左右的条石填充，用碎石填缝。在山地丘陵地区，基础要结合地形形成建筑台地，平衡坡地高差，增强稳定性。由于石头厝的墙体较厚，在45cm左右，所以墙下基础的宽度也较大，一般为1～1.2m，从下到上收分。基础下铺设砂垫层，砂层厚度一般在0.5m以上，如图1所示。

图1 阶梯型毛石基础示意图

1.2 上部结构

平潭石头厝按结构形式主要分为石结构、石砖结构、石混结构和石木结构[3]。其中的保护石头厝建筑以石木结构为主，其主要特点是：采用单层或双层石木混合结构；房屋四周外墙及内部墙体均采用石墙承重，墙厚约为450mm，采用双轨铺浆砌筑，如图2（a）所示。外墙体一般采用整齐的花岗岩料石砌筑，形式有平砌、人字砌、勾丁砌、乱石砌等,如图2（b）所示。内墙基本由礁石、毛石、花岗岩碎石组成。楼板主要采用木梁板承重，屋顶结构由梁檩、椽、瓦、压石组成，内部交通采用木楼梯。

图2 石头厝外墙砌筑方式

2 结构安全隐患分析

2.1 石墙体质量通病

传统平潭石头厝采用石墙承重，目前石墙体存在的主要问题有墙体开裂、倒塌、梁下局压裂缝、内部墙体粉刷脱落、墙内渗水霉变、墙体虫蛀等。其中最明显最普遍的质量问题是墙体开裂，按出现的位置分为纵横墙交接处的裂缝、梁和檩条下局压裂缝，门窗洞口处的裂缝等;按裂缝形状分为斜裂缝、竖向裂缝、水平裂缝等。按裂缝成因可以分为受力裂缝和非受力裂缝。这些质量问题不仅破坏建筑整体美观，而且降低墙体的承载能力，影响结构的安全，如果不加以控制，最终会导致墙体破坏，房屋坍塌。

造成传统平潭石头厝墙体安全隐患的主要原因在于设计施工不规范和材料老化两方面。由于施工技术受年代所限，施工和用材不规范，不同材料缺乏合理拉结措施，导致墙体本身整体性差。经现场检测，部分房屋测点最大侧向位移超过《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-2015）规定的多层砌体结构侧向位移的限值要求，影响正常使用。

2.2 楼屋面木构件质量通病

传统平潭石头厝房屋建筑的楼板和屋面一般采用木结构，木材轻便灵活但受环境温湿度影响较大，且木构件普遍缺乏与整体连接措施，目前存在的主要问题有干缩开裂、挠度过大、虫蛀腐朽以及局部坍塌等问题。这些问题若不及时采取措施处理，将使得构件的承载力降低，对结构非常不利。

2.3 石制构件脆性破坏隐患

传统平潭石头厝房屋部分采用石梁、石柱、石木柱等石制构件，其中不少悬挑石构件的悬挑跨度在1.2m以上，如图3（a）～（f）所示。由于石材本身的脆性性质，采用石材抗弯抗拉存在较大安全隐患。调研中发现不少石梁已经出现断裂，如图3（g）～（h）所示。

图3 石制构件安全隐患

2.4 石头厝整体抗震隐患

因平潭石头厝地处环太平洋地震带和东南沿海地震带交汇处，处于福建省最大的活动断裂构造带长乐-诏安带的东北端，属地震活动较多且强烈的地区，2021年被列为全国地震重点监视防御区，现行《建筑工程抗震设防分类标准》对平潭地区的建筑设防烈度为7度抗震。

砌体结构房屋的抗震性能主要取决于承重材料的性能、主体结构的整体性和施工质量，同时还与建筑所处场地、地基等条件有关系。通过低多层砌体结构房屋的主要震害特点及原因分析，发现传统平潭石头厝具有总高度小、层数少、墙体厚、高宽比小、横墙间距小、刚度大、结构对称均匀，且建筑地基大多为I、Ⅱ类土的有利条件，但由于既有石头厝房屋建造年代久远，绝大多数设计与施工凭当地匠人的经验砌筑，其仍存在以下抗震隐患：墙体无圈梁构造柱、纵横墙连接较为薄弱、木楼屋盖与墙体缺乏可靠连接、房屋门窗洞口未设有钢筋砼过梁等问题，其抗震性能显然无法满足现行抗震规范的要求。

2.4.1 砂浆强度低

既有砌体结构往往由当地工匠建造完成，存在许多建筑材料质量达不到现行规范的标准，再加上材料老化的原因导致砂浆强度不足。而砌体结构墙体抵抗地震作用主要依靠抗剪和抗弯能力，其主要取决于灰缝的切向力，即砂浆的抗压强度。墙体主要采用黄泥沙砌筑，年久失修，砂浆老化严重。经现场取材，对岩石进行单轴抗压强度试验表明，即使是有过持续受压史的老旧传统石头厝其墙体石材的抗压强度推定値依然在MU100以上，但通过贯入法实测墙体内部砌筑砂浆强度发现，传统石头厝墙体砌筑砂浆的强度几乎为零，严重不满足《建筑抗震鉴定标准》(GB50023-2009)第5.3.4条规定的最低2.5MPa强度等级要求[4]。且根据现场观察发现，部分墙体的砂浆已经严重粉化。

2.4.2 结构整体性不足

现行规范对砌体结构房屋的整体性有系统要求。但既有的石头厝房屋由于建造年代久远，绝大多数设计与施工凭当地匠人的经验砌筑，没有经过正规的抗震设计。存在木楼盖与墙体连接较差、木屋盖与墙体缺乏可靠连接、墙体未设置圈梁和构造柱等影响结构整体性的问题。

2.4.3 砌筑质量差

现行《砌体结构工程施工质量验收规范》中规定，水平缝厚度和竖缝宽度一般为8～12mm，水平灰缝的饱满度一般在80%以上。传统平潭石头厝墙体采用双轨砌筑，外侧墙体一般采用较为规整的毛石砌筑，而内侧墙体部分一般采用乱毛石或碎石砌筑，呈现块体尺寸不一、接槎不可靠、灰缝不均匀的现象，使得墙体受力不可靠。

2.4.4 私自改造

传统平潭石头厝在使用过程中还存在着私自改造的现象。在私自改造的过程中，由于缺乏抗震概念，往往不考虑受力计算，直接根据使用需要进行墙体拆除、木楼板拆除或者局部用钢筋混凝土楼板替换木楼板等现象。私自改造后的建筑可能出现体系不规则布置、平面刚度不均匀等不利结构抗震的问题。

2.5 其他问题

2.5.1 金属构件锈蚀

平潭石头厝因地制宜主要采用石木结构，但对于一些附属构件如门窗、排水管等以及近一两年采取的临时加固措施采用了金属制品。现场调研中发现这些金属材料大多锈蚀严重。不仅影响建筑外观，也逐渐影响使用功能。这主要是由于平潭岛处在南亚热带北界，全年平均风速为4.9m/s，年平均相对湿度高达84%。常年的强风作用和高湿度使得平潭石头厝的金属制品比其他地方更容易也更快发生腐蚀。

2.5.2 微生物破坏地面

传统平潭石头厝房屋的地面一般仅对面层土进行简单的夯实，由于平潭地区气候潮湿适合微生物滋长且不少石头厝房屋常年空置缺乏管理，调研中发现部分石头厝的地面遭到海蟑螂等微生物的破坏，造成地面层局部松散，长久下去可能影响地基承载力，造成房屋不均匀沉降甚至结构倒塌等严重后果。

3 加固改造建议

（1）对石头厝的加固保护应基于结构本身存在的安全问题，结合保护要求和加固技术采取合适措施。2017年《平潭综合实验区石头厝保护与开发管理暂行办法》根据石头厝历史建筑保护对象的综合价值不同提出了三级保护策略：对于一级保护建筑需要特殊保护，要求保持或恢复原状；二级保护建筑应重点保护，要求保留建筑的外部造型、饰面材料和色彩，保留内部的重要结构和重要装饰，可以采取拆除或增加部分结构构件的措施进行有限调整内部空间；三级保护建筑仅要求应保留建筑的整体外观，其内部可以采用独立的结构承重体系。

（2）目前，砌体结构墙下基础的加固方法主要有基础补强注浆法、砼地圈梁加固法、修补添配和重砌法、锚杆静压桩法和树根桩法[5]。石墙体的加固方法分为注浆、渗浆、砂浆置换等墙体内部加固和水泥砂浆、钢筋网水泥砂浆、钢筋混凝土等墙体面层加固方法。木构件的加固方法主要有落架大修、支撑调直、修整加固的整体加固方法和预埋加固法、铁件加固法、墩柱接头加固法、化学强化法、FRP加固法等构件加固方法。砌体结构整体抗震的加固方法主要有加固墙体、设置钢筋混凝土圈梁或配筋砂浆带、采用增设支托和梁垫加强墙体连接、减轻屋盖重力等措施。

（3）以上这些加固方法有的是规范里成熟的工艺，有的仅有一些工程案例，有的对原结构扰动很小，有的则影响很大。由于保护建筑具有的特殊文化价值蕴藏于建筑本身，对于既有保护建筑的加固既不能简单地按照抗震加固规范，如对所有结构都增加圈梁构造柱，也不宜对所有结构只采用某一种方法加固，如对所有墙体均采用注浆加固或者均采用板墙加固。因此对既有保护石头厝建筑进行加固保护时应结合结构本身存在的安全问题，结合保护要求和加固技术采取合适措施。如对于一级保护建筑要求修旧如旧，那么在墙体砌筑质量较好，石块较规整的条件下，应尽可能采用注浆等对原结构扰动较小的方式。而对于二、三级保护建筑，尤其三级保护建筑，由于仅要求进行外观保护，而且在使用功能上更多样化，因此对于墙体内部或内墙的加固，应当采用乱毛石砌筑，且砌筑质量较差的情况下，应优先采用较为成熟的加固措施，如采取配筋混凝土加固。

4 结束语

对平潭石头厝建筑的改造需要在保护建筑外貌的基础上分层次采取措施对各类结构进行加固，而不是简单地进行承载能力加固或抗震性能加固。采用何种加固方式，则须建立在原结构的建造特点和安全分析基础之上。本文对平潭传统石头厝存在的结构安全问题进行构件和整体抗震性能两个层次的分析，并提出加固改造建议，为有关部门制定石头厝保护措施及设计单位进行石头厝的加固设计提供参考。