磚石構造古建筑的特點及修繕策略

孔德榮

(佛山市工程承包總公司，廣東 佛山 528000)

1 工程概況

佛山水上關帝廟復建工程寬14 m，進深42 m，高12.7 m，建筑總面積約為450 m2。平面布局為三間三進，封火山墻的形狀如水波一般，屋面鋪有綠色的琉璃瓦，正面大門處佇立著四根石檐柱，蝦公梁上的獅子栩栩如生，樨頭由磚雕而成，次間還設有包臺，從建筑形態上與嶺南古建筑基本相同。該項目屬于古建筑的復建工程，施工時需嚴格按照同“結構、形制、材料、工藝”的原則最大限度重現建筑物的歷史原貌。

2 磚石構造古建筑的特點

磚石構造古建筑數量眾多，在我國古建筑中占有重要地位[1]。常見的磚石構造建筑有城墻、陵墓、塔以及地面等。它的主要堆砌材料為磚、石以及用作粘結材料的灰漿。磚石構造古建筑是否具有穩定性、能否耐久受多種因素的影響。深入研究國內外文獻資料可以發現，關于磚石構造古建筑修繕的研究主要集中在以下幾個方面。

1)如何提高磚石構造古建筑的抗震性能；

2)磚石穹頂結構具有哪些特點；

3)現代無損測試技術如何在磚石構造古建筑的保護中得到合理應用；

4)磚石構造古建筑中的技術原理和材料性能等。

佛山水上關帝廟工程屬于古建筑的復建工程，要求建筑物無論從格局還是細節上都盡可能貼近歷史原貌。為保證建筑物歷史原貌的重現，施工人員應從材料、結構、形制以及工藝等多個方面出發，盡可能做到與同類建筑物一致。

3 磚石構造古建筑的修繕策略

3.1 建筑材料

3.1.1 磚

磚石構造古建筑以磚為主要材料。磚的原材料既包括天然石材又包括燒制磚。其中，燒制磚質量的好壞直接影響著建筑整體的質量。

研究表明，磚石構造古建筑使用的磚料往往具有不同規格，甚至名稱也多種多樣[2]。目前已知的古建磚料已有20多種。根據規格和產地對這些磚料進行分類，大致可以分為新樣城磚和舊樣城磚、大號城磚和二號城磚以及臨清城磚等多種類型的城磚。一般來說，城磚的規格都是由定制的，不同朝代、不同用途的磚都有不同的規格。而在實際建造過程中城磚的規格并無定制。不同城池所用城磚的規格各不相同。事實上，定制磚料規格的根本目的是保證建筑的質量符合要求。

而在本項目中用來修建墻體的磚石類別為青磚，是從民間收集的舊青磚加工后重新使用的青磚，既保證了古建筑的復建、修建效果，又實現了古建筑材料的增值利用和循環利用，有利于促進循環經濟發展。

3.1.2 膠結材料——灰漿

我國古代建筑在修筑過程中經常使用灰漿作為粘結原材料。灰漿種類繁多，民間甚至還有“九漿十八灰”的說法。古代建筑常使用石灰膠泥以及桐油等各種有機材料作為灰漿的原材料。原材料按比例配制形成灰漿。然而，灰漿的調配比例在長時間的發展中逐漸失傳。由于不清楚具體的調配比例，現階段人們很難再制作出傳統的灰漿。再加上尋找傳統灰漿的原材料需要耗費大量時間和精力，因此傳統灰漿逐漸被淘汰。現代灰漿的制作通常選取水泥、白灰和煤屑作為原材料。

一般情況下，如果現代原材料的使用不會對古建筑的原有風格造成影響，那么合理使用現代原材料也是可行的。需要注意的是，材料選擇應與古建筑的實際施工時間點相符。舉個例子，傳統的石灰漿在凝固時會膨脹并逐漸填滿整個構造，水泥砂漿則恰恰相反，它凝固時會因干燥而逐漸收縮，從而使得構造內部呈現中空狀態。因此，在選擇新材料時相關工作人員一定要做好對比，選擇優于傳統原材料的新型材料。

本項目采用灰塑作為修建中的裝飾藝術。灰塑是以石灰為主要材料，拌上稻草或玉扣紙，加入少量紅糖，經反復錘煉制成草筋灰、紙筋灰，并以瓦筒、銅線為支撐物，在施工現場塑造，待干后再涂上顏料而成。本次復建工程采用傳統的工藝、材料進行灰塑裝飾構件的施工，取得了良好效果。

3.1.3 灰土地基

灰土在磚石構造古建筑中起著關鍵作用。一方面它是建筑物的地基，另一方面它較為厚重的構造也使得其成為實用性較高的填充物。與現代原材料相比，灰土不僅具有面對千年風霜侵蝕的耐性和強度，還能與建筑本身和諧共生。

3.2 結構設計

3.2.1 設計使用年限問題

關于設計使用年限我國的相關文獻上早有記載。在建筑物及其部件的使用年限內，即使不進行大型修繕活動也可以正常使用。設計使用年限時，相關工作人員要盡量保證建筑物的耐久性，使其在設計、施工以及使用等一系列操作都正常的前提下達到使用年限。一般情況下，如果某建筑具有紀念性質或某個建筑構造特別重要，它們的設計使用年限應為一百年。圖1為磚石構造古建筑主體臺基設計示意圖。

圖1 磚石構造古建筑主體臺基設計示意圖

3.2.2 荷載效應

與現代建筑行業不同，在修繕古建筑物的過程中，古代設計人員一般不考慮荷載效應。而現代建筑行業不僅要保證修繕后的建筑物外觀與古建筑一致，還要充分考慮古建筑的荷載及構造，從而減少因受力不均而產生的失穩情況。

根據承載力極限狀態對砌體結構進行設計，計算時應按下列公式中最不利組合進行：

(1)

(2)

式中，λG為結構重要系數；SGK為永久荷載標準值的效應；SQ1K為在基本組合中起到控制作用的一個可變荷載標準值的效應；SQiK為第i個可變荷載標準的效應；λQi為第i個可變荷載的分項系數。一般情況下取1.4；當荷載標值>4kN/m2時取1.3；ψCi為第i個可變荷載的組合值系數，一般情況下應取0.7；R為結構構件的抗力函數。

上述兩個公式，前者由可變荷載控制，后者由永久荷載控制。將兩種荷載效應組合在一起后，砌體結構的可靠性將會大大增強。

3.2.3 抗震設防

我國是世界上地震發生比較頻繁的國家之一，全國約有1/3的地區基本烈度≥7度。結構抗震設計分為“概念設計”和“計算設計”兩種類型。通過大量的試驗分析和經驗總結，在結構抗震設計中“計算設計”的重要性遠不如“概念設計”。這一方面是因為地震力較為復雜且具有不確定性，另一方面則是因為“計算設計”和實際情況之間存在偏差，即使經過了嚴密的計算也不能完全把握控制結構的抗震性能。因此，控制結構的抗震性能很大程度上取決于“概念設計”。相關研究者還表示，要想使控制結構的抗震性能得到提高，施工人員可在磚結構房屋中加入鋼筋混凝土構造柱和圈梁。磚石構造古建筑抗震性能的研究如圖2所示。

圖2 磚石構造古建筑抗震性能的研究

當建筑物較長時，氣溫變化容易對建筑物造成侵蝕，損害建筑。過長的建筑物還可能產生地基承載受力不均的情況。不僅如此，在地震頻發的地區容易受到較大風險，最終導致建筑構件內部開裂或破壞。因此，在設計過程中設計人員應使建筑物在變形縫的作用下發生分離，從而不受形狀的制約。如果建筑物位于地震區且設置了伸縮縫和沉降縫，那么兩種縫的設置均需按地震縫的要求進行，同時加入現代防震措施，建立防災機制。

3.3 施工控制

結構的強度受多種因素的影響。它不僅與材料強度有關，還受粘結材料粘結力的影響。除此之外，工人的砌筑方法是否正確、砌筑操作是否熟練同樣影響著結構強度。建筑物的安全性和功能性都與磚砌體的質量有關。磚砌體質量的影響因素有很多，除設計因素和材料因素外還有施工因素，其中影響最大的就是施工因素。截至目前，我國已存在一套雖不完備但有一定指導意義的古建資質制度[3]。但事實表明，即使是有古建資質的施工隊伍也不能完全保證修繕工作的順利進行。部分有資質的施工單位甚至將修繕工作交給其他無資質的單位，最終導致文物被破壞，修繕質量不盡如人意。

現階段的建筑行業存在一套涵蓋了從計量單位到質量驗收全過程的明確指標，為結構質量的檢驗提供了標準。修復古建筑從本質上來說是對文化的傳承和保護，因此，既需要經驗豐富的老匠人，又需要具備專業知識的修復工程技術人員。兩者之間既相互配合又相互制約，最終取得良好的修復效果。

4 結束語

磚石結構古建筑是國家不可或缺的珍貴文物。保護和修繕磚石結構古建筑意義重大。磚石結構古建筑自重較大，材料易被破壞，容易受地震等自然災害的侵蝕和自身結構的破壞。如何保護和修繕磚石結構古建筑是相關人員亟待解決的問題之一。

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