傳統民居節能與安全改造綜合適宜技術研究

段緒勝,段一曉,陳志強,李愛衛

1.山東農業大學水利土木工程學院,山東泰安 271018

2.山東合信項目管理有限公司,山東泰安 271000

有五千年文化的中國，在歷史發展的長河中，保留了數不清的傳統民居建筑與村落文化，我國既有傳統民居建筑建造年代久遠，承重結構的安全性能、圍護結構的保溫性能差，冬季室溫普遍偏低[1]，結構的安全性和室內環境的舒適性不能滿足人們的要求，導致大量傳統民居建筑閑置，這不僅浪費大量的住房資源，同時，由于缺少維護，加速了傳統民居的損壞。通過對傳統民居的改造，提高房屋的居住舒適度，將傳統民居的使用與保護結合起來，留住傳統文化。

1 傳統民居節能改造策略

多數傳統民居距城鄉消防站較遠，且用于保溫隔熱的可燃材料，燃燒速度快,燃燒過程中產生大量有毒、有害氣體。傳統民居節能改造中使用的保溫隔熱材料應選用不然或難燃材料，來降低火災發生的概率和火災危險程度。

1.1 墻體節能改造策略

傳統民居中包含著各個時代人們對于建筑形態的文化認知，建筑的構造元素都與人們的生活生產息息相關，并且帶有一定的時代、地域特色[2]，具有很高的文化價值、歷史價值、社會價值[3]，傳統民居節能改造應采用外墻內保溫的方法，避免改造對其文化特征的損害。保溫材料宜采用有較好強度的保溫材料，在一定外力作用下，能保持墻面的完整性。對混凝土或磚石結構的外墻，要注意安裝外裝修材料的五金配件等會產生熱橋現象。

1.2 外門窗節能改造策略

相對于建筑其他部位，門窗的氣密性和隔熱保溫性能最差[4]。外門窗縫隙多，所用材料熱阻小，使其成為外圍護結構隔熱保溫的薄弱環節，有關研究表明，三面圍墻南面框架的華北農村住宅，門窗空氣滲透引起的熱損失占建筑,熱負荷的25%～50%[5]。門窗的能耗約為地面的20 多倍、屋面的5 倍、墻體的4 倍，約占建筑圍護結構部件總能耗的40%～50%，普通單層玻璃門窗的能量損失約占建筑冬季保溫或夏季降溫能耗的一半以上[6]，在保持原外門窗風格的基礎上，通過對外門窗合理的節能改造設計，利用空氣隔層提高窗玻璃熱阻，或提高門窗邊框材料的熱阻，合理選擇窗戶的通風方式[7]，增加外門窗的熱阻和氣密性。

1.3 屋頂節能改造策略

屋頂是建筑中直接受到太陽直射的部位，其建筑能耗在維護結構總能耗中也占有較大部分，提高屋面的熱工性能也是十分必要的。屋頂的形式、材料和顏色對頂層室內熱舒適影響較大，如利用掛瓦板坡屋頂或設置閣樓、采用遮陽屋頂和雙層屋頂都能夠在一定程度上改善室內熱舒適狀況。

減少熱量傳遞，平屋頂和坡屋頂內設置保溫層，避免建筑形成熱橋；加速夏季屋頂散熱，可以采用通風屋頂和加強屋頂夜間長波輻射散熱。通過對屋頂細部合理改造設計能夠加大屋頂熱阻和通風降溫，滿足人們對于室內居住舒適度的要求。

2 建筑安全改造策略

傳統民居展示著地域歷史文化特征，其安全改造應在“修舊如故”原則的指導下，制定具有針對性和適宜性的加固改造方案[8]，并在改造中將其落實實施。

2.1 承重結構安全改造策略

我國是個多發地震國家，據統計我國的地震災害及造成的人員傷亡均居世界之首[9]。地震造成人員傷亡的主要原因是建筑物的整體倒塌或局部垮塌。針對傳統民居結構形式，找出其抗震性能薄弱部位，制定適宜的加固措施，從根本上提高房屋建筑的防震水平，最大限度地減少因地震導致房屋建筑損傷或倒塌而帶來的財物損傷與人員傷亡[9]。

2.2 消防安全改造策略

傳統民居防火安全改造策略主要是提高構件的耐火極限，阻斷火勢漫延的途徑。對建筑中隱蔽的木構件涂刷普通防火涂料，增強構件的耐火能力；對建筑中外露且需表現木材特征的構件，涂刷不影響木結構構件本身外表特征的綠色防火涂料[10]。屋頂與墻體結合處設防火隔離帶，墻面保溫材料外側設置防護層，電氣改造應通過接地系統改造、配電線路敷設、保護裝置的設置、終端電氣附件的選用等要素，為建筑物內配電系統建立基本電氣安全防護，減少電氣火災的發生[11]。

3 傳統民居節能與安全改造技術

3.1 墻體節能與安全改造技術

3.1.1 石砌墻體節能與安全改造技術傳統石木建筑的墻體，根據施工工藝不同，有干砌毛石墻體和泥漿砌筑毛石墻體。墻體厚度一般在400 mm～1000 mm，400 mm～600 mm厚的墻體由內外兩片組成，外側由相對較大的石塊砌筑，內側為較小的毛石砌筑圖。600 mm～1000 mm厚的石墻體一般由內外中三層構成，外側由相對較大的石塊砌筑，內側為較小的毛石砌筑，中間則由更小的石塊填充。石墻內外層之間雖有長石拉結，但其拉結程度及間距要求均不滿足現行規范的要求。這種有一定松散度的墻體，在地震力作用下宜發生兩側外閃，甚至石墻內外局部塌落（圖1、圖2）。外墻外側砌體可采用注漿法或局部注膠法，加強外側砌體的整體性，其加固方法見表1。

圖1 石墻外側局部塌落Fig.1 Local collapse outside the stone wall

圖2 石墻內側局部塌落Fig.2 Local collapse inside the stone wall

表1 石墻外側砌體加固方法Table 1 Strengthening method of masonry outside stone wall

外墻內側砌體的加固措施應與外墻內保溫節能改造統籌考慮，將內保溫的豎向龍骨與砌體的扶墻柱一起設計，龍骨（扶墻柱）宜為50×50×3 方管，山墻龍骨間距為1～2 個檁距，前后墻龍骨間距不大于2 m，龍骨下端嵌入地面以下150 mm，上端與檁條連牢，沿龍骨高度方向每隔500 mm 左右設一拉結筋與墻體連接，龍骨與墻體之間鋪一層細鋼絲網（16 號鋼絲），見圖3。龍骨間塞填50 mm 厚B2 級以上保溫材料，外貼水泥纖維板。

圖3 外墻內側砌體的加固措施Fig.3 Reinforcement measures of inner masonry of external wall

3.1.2 里生外熟墻體的節能與安全改造技術這種墻體由內外砌體組成，外層為120 mm厚青磚，內層為300 mm厚土坯墻，外側磚砌體起到美觀和保護土坯墻防止雨水沖刷的作用，內側土坯墻為承重墻，承擔屋面結構傳來的荷載。有些傳統房屋由于年代久遠，梁（或屋架）下的土坯墻已經出現垂直向的破壞裂縫。這類墻體的安全改造重點是減少土坯墻的荷載及加強內外兩層砌體的整體性。在梁（或屋架）下加一扶墻柱（龍骨50×50×3方管），山墻處每根檁條下加一扶墻柱，通過這種措施分擔屋面結構的部分荷載，從而減少土坯墻承擔的荷載。在外砌體上沿墻體豎向每隔500 mm設一個T形扒件，扒件與墻體內側扶墻柱連接，從而加強磚與土坯砌體的整體性，見圖4。前后扶墻柱的加設及外墻的節能改造同石墻體。磚墻、夯土墻、土坯墻的節能與安全改造技術，可參考該做法。

3.2 門窗的節能與安全改造技術

傳統民居的門窗形式體現著我國傳統民族文化及地域特色，節能與安全改造應在原門窗的內側進行，最大限度其原貌。

3.2.1 門窗的節能改造傳統民居窗戶的節能改造宜采用雙層窗，在原窗內側，將窗框與墻體之間的縫隙用彈性密封膠灌縫密封。內層窗窗框宜為斷橋鋁合金，窗扇宜采用雙層玻璃。傳統民居入戶門的節能改造應對原門的密封性進行處理，將門框與墻體之間的縫隙用彈性密封膠灌縫密封，有條件的傳統民居，可在房屋內側增設門斗或可升降的保溫門簾。

3.2.2 門窗的安全改造大部分傳統民居的門窗洞口寬度不大于1500 mm，洞口對墻體的抗側剛度影響較小，但是，有些傳統民居的門窗過梁為磚拱過梁，若遇地震可能發生局部坍塌。北方三面圍墻一面木框架的傳統民居，承重墻為“U”形，見圖5，其質心與剛心偏離較大，縱向地震力作用下，前后墻水平位移量不同，房屋可能發生扭轉破壞，甚至倒塌。磚拱過梁的門窗應根據上部墻體的支撐情況，在其內側增設木過梁或金屬過梁。前墻為木框架結構的傳統民居，門窗的安全改造應與門窗的節能改造一起設計，山墻、木柱、處各加一個豎向不銹鋼方管，檐口、窗臺處各加一個橫向不銹鋼方管，不銹鋼管的邊長不宜小于100 mm，厚度不宜小于3 mm，方管與山墻、木柱、檐檁用厚度為4 mm的鐵件連牢。窗臺以下的鋼柱間加柱間支撐，柱間支撐為直徑不小于16 mm的鋼筋。

圖4 “T”形拉結件Fig.4 T-shaped drawing joint

圖5 “U”形承重墻Fig.5 U-shaped load-bearing wall

3.3 屋頂的節能與安全改造技術

3.3.1 屋頂的節能改造傳統民居的檐口高度(自室內地面算)一般不超過3000 mm，檐口高度不大于2700 mm時，屋頂保溫層鋪設在屋面基層下面（檁條之間）。檐口高度大于2700 mm時，屋頂保溫層鋪設在屋面基層下面和吊頂上面。保溫材料的燃燒性能不應低于B1級，厚度不應小于100 mm。

3.3.2 屋頂的結構安全改造傳統民居屋頂構件之間的連接較弱，加強屋頂結構的整體性是提高房屋抗震性能的有效措施。將檁條與屋架（或梁）用扒釘連牢，在屋面結構與墻體交接處設一50 mm方鋼管與屋面檁條、墻體加固件連為一體，屋架與山墻、屋架與屋架之間設垂直支撐。

4 消防安全改造

墻面保溫層與頂棚保溫層（或屋面保溫層）相交處，在墻面上應做高度不小于500 mm 的不燃燒保溫材料進行分隔，穿線管（或接線盒）兩側各用寬度不小于150 mm 的不燃燒保溫材料與其他保溫材料分隔，見圖6。

圖6 不燃燒保溫材料的設置方法Fig.6 Setting method of insulation material without combustion

5 結語

傳統民居是我國勞動人民智慧的結晶，它是民族文化和地域特征的載體，但是，由于建筑材料和建造技術的限制，傳統民居在結構抗力、外墻保溫、消防安全等方面存在著諸多缺陷，導致有些傳統民居閑置。本文提出了傳統民居結構安全、消防安全、圍護結構保溫綜合改造技術，在保留傳統文化特征的基礎上，對傳統民居進行有限度的適宜改造，使其獲得新的生命力，“活化”其功能，讓傳統民居得到妥善保護。