傳統石頭厝建筑安全隱患分析及加固改造建議

魏 宏

（平潭綜合實驗區城鄉建設與交通運輸服務中心，福建 福州 350400）

0 引言

福州市平潭地區的石頭厝建筑是我國海島文化的集大成者，擁有悠久的歷史、獨特的建筑風格及寶貴的研究價值，是珍貴的民族文化遺產。目前，平潭石頭厝房屋共有4萬多幢，其中建于1966年以前且保存較為完好的傳統石頭厝建筑有3000多棟。這些石頭厝建筑從表象到本體、內涵到外延都充分體現出居民的生活習性和價值取向，既是有形也是無形的文化，是珍貴的民族遺產[1]。但是由于年久失修及過去對其保護力度不足，存在不同程度的結構安全問題，亟需統籌管理與加固養護，是當前保護的重點。而準確掌握這些既有傳統平潭石頭厝建筑的建造特點和存在的安全性問題是相關部門制定行之有效的保護加固措施和設計人員進行合理加固設計的先決條件。

因此，本文基于文獻調研、實地觀察、訪談調查等手段，分析平潭石頭厝的建造技術及存在的主要質量病害和隱患，為進一步實施平潭石頭厝加固修繕及制定相應的保護措施提供參考依據。

1 平潭石頭厝建造特點分析

1.1 地基基礎

平潭石頭厝一般為1～2層，房屋高度在6m以下，采用淺基礎。基礎形式根據石材規格不同分為亂毛石基礎、整毛石基礎、方整石基礎和毛條石基礎等。傳統平潭石頭厝房址選在小丘、臺地，基礎多采用亂毛石干砌。20世紀50年代后，建筑物選址逐步轉向沙荒地、灘涂及丘陵地，石頭厝基礎改為整毛石、方整石和毛條石基礎[2]。

基礎埋深根據房屋高度和地質情況，一般在2m 以上。若挖到硬質巖層，便停止挖掘，以巖層為地基，松軟之處用1m左右的條石填充，用碎石填縫。在山地丘陵地區，基礎要結合地形形成建筑臺地，平衡坡地高差，增強穩定性。由于石頭厝的墻體較厚，在45cm左右，所以墻下基礎的寬度也較大，一般為1～1.2m，從下到上收分。基礎下鋪設砂墊層，砂層厚度一般在0.5m以上，如圖1所示。

圖1 階梯型毛石基礎示意圖

1.2 上部結構

平潭石頭厝按結構形式主要分為石結構、石磚結構、石混結構和石木結構[3]。其中的保護石頭厝建筑以石木結構為主，其主要特點是：采用單層或雙層石木混合結構；房屋四周外墻及內部墻體均采用石墻承重，墻厚約為450mm，采用雙軌鋪漿砌筑，如圖2（a）所示。外墻體一般采用整齊的花崗巖料石砌筑，形式有平砌、人字砌、勾丁砌、亂石砌等,如圖2（b）所示。內墻基本由礁石、毛石、花崗巖碎石組成。樓板主要采用木梁板承重，屋頂結構由梁檁、椽、瓦、壓石組成，內部交通采用木樓梯。

圖2 石頭厝外墻砌筑方式

2 結構安全隱患分析

2.1 石墻體質量通病

傳統平潭石頭厝采用石墻承重，目前石墻體存在的主要問題有墻體開裂、倒塌、梁下局壓裂縫、內部墻體粉刷脫落、墻內滲水霉變、墻體蟲蛀等。其中最明顯最普遍的質量問題是墻體開裂，按出現的位置分為縱橫墻交接處的裂縫、梁和檁條下局壓裂縫，門窗洞口處的裂縫等;按裂縫形狀分為斜裂縫、豎向裂縫、水平裂縫等。按裂縫成因可以分為受力裂縫和非受力裂縫。這些質量問題不僅破壞建筑整體美觀，而且降低墻體的承載能力，影響結構的安全，如果不加以控制，最終會導致墻體破壞，房屋坍塌。

造成傳統平潭石頭厝墻體安全隱患的主要原因在于設計施工不規范和材料老化兩方面。由于施工技術受年代所限，施工和用材不規范，不同材料缺乏合理拉結措施，導致墻體本身整體性差。經現場檢測，部分房屋測點最大側向位移超過《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-2015）規定的多層砌體結構側向位移的限值要求，影響正常使用。

2.2 樓屋面木構件質量通病

傳統平潭石頭厝房屋建筑的樓板和屋面一般采用木結構，木材輕便靈活但受環境溫濕度影響較大，且木構件普遍缺乏與整體連接措施，目前存在的主要問題有干縮開裂、撓度過大、蟲蛀腐朽以及局部坍塌等問題。這些問題若不及時采取措施處理，將使得構件的承載力降低，對結構非常不利。

2.3 石制構件脆性破壞隱患

傳統平潭石頭厝房屋部分采用石梁、石柱、石木柱等石制構件，其中不少懸挑石構件的懸挑跨度在1.2m以上，如圖3（a）～（f）所示。由于石材本身的脆性性質，采用石材抗彎抗拉存在較大安全隱患。調研中發現不少石梁已經出現斷裂，如圖3（g）～（h）所示。

圖3 石制構件安全隱患

2.4 石頭厝整體抗震隱患

因平潭石頭厝地處環太平洋地震帶和東南沿海地震帶交匯處，處于福建省最大的活動斷裂構造帶長樂-詔安帶的東北端，屬地震活動較多且強烈的地區，2021年被列為全國地震重點監視防御區，現行《建筑工程抗震設防分類標準》對平潭地區的建筑設防烈度為7度抗震。

砌體結構房屋的抗震性能主要取決于承重材料的性能、主體結構的整體性和施工質量，同時還與建筑所處場地、地基等條件有關系。通過低多層砌體結構房屋的主要震害特點及原因分析，發現傳統平潭石頭厝具有總高度小、層數少、墻體厚、高寬比小、橫墻間距小、剛度大、結構對稱均勻，且建筑地基大多為I、Ⅱ類土的有利條件，但由于既有石頭厝房屋建造年代久遠，絕大多數設計與施工憑當地匠人的經驗砌筑，其仍存在以下抗震隱患：墻體無圈梁構造柱、縱橫墻連接較為薄弱、木樓屋蓋與墻體缺乏可靠連接、房屋門窗洞口未設有鋼筋砼過梁等問題，其抗震性能顯然無法滿足現行抗震規范的要求。

2.4.1 砂漿強度低

既有砌體結構往往由當地工匠建造完成，存在許多建筑材料質量達不到現行規范的標準，再加上材料老化的原因導致砂漿強度不足。而砌體結構墻體抵抗地震作用主要依靠抗剪和抗彎能力，其主要取決于灰縫的切向力，即砂漿的抗壓強度。墻體主要采用黃泥沙砌筑，年久失修，砂漿老化嚴重。經現場取材，對巖石進行單軸抗壓強度試驗表明，即使是有過持續受壓史的老舊傳統石頭厝其墻體石材的抗壓強度推定値依然在MU100以上，但通過貫入法實測墻體內部砌筑砂漿強度發現，傳統石頭厝墻體砌筑砂漿的強度幾乎為零，嚴重不滿足《建筑抗震鑒定標準》(GB50023-2009)第5.3.4條規定的最低2.5MPa強度等級要求[4]。且根據現場觀察發現，部分墻體的砂漿已經嚴重粉化。

2.4.2 結構整體性不足

現行規范對砌體結構房屋的整體性有系統要求。但既有的石頭厝房屋由于建造年代久遠，絕大多數設計與施工憑當地匠人的經驗砌筑，沒有經過正規的抗震設計。存在木樓蓋與墻體連接較差、木屋蓋與墻體缺乏可靠連接、墻體未設置圈梁和構造柱等影響結構整體性的問題。

2.4.3 砌筑質量差

現行《砌體結構工程施工質量驗收規范》中規定，水平縫厚度和豎縫寬度一般為8～12mm，水平灰縫的飽滿度一般在80%以上。傳統平潭石頭厝墻體采用雙軌砌筑，外側墻體一般采用較為規整的毛石砌筑，而內側墻體部分一般采用亂毛石或碎石砌筑，呈現塊體尺寸不一、接槎不可靠、灰縫不均勻的現象，使得墻體受力不可靠。

2.4.4 私自改造

傳統平潭石頭厝在使用過程中還存在著私自改造的現象。在私自改造的過程中，由于缺乏抗震概念，往往不考慮受力計算，直接根據使用需要進行墻體拆除、木樓板拆除或者局部用鋼筋混凝土樓板替換木樓板等現象。私自改造后的建筑可能出現體系不規則布置、平面剛度不均勻等不利結構抗震的問題。

2.5 其他問題

2.5.1 金屬構件銹蝕

平潭石頭厝因地制宜主要采用石木結構，但對于一些附屬構件如門窗、排水管等以及近一兩年采取的臨時加固措施采用了金屬制品。現場調研中發現這些金屬材料大多銹蝕嚴重。不僅影響建筑外觀，也逐漸影響使用功能。這主要是由于平潭島處在南亞熱帶北界，全年平均風速為4.9m/s，年平均相對濕度高達84%。常年的強風作用和高濕度使得平潭石頭厝的金屬制品比其他地方更容易也更快發生腐蝕。

2.5.2 微生物破壞地面

傳統平潭石頭厝房屋的地面一般僅對面層土進行簡單的夯實，由于平潭地區氣候潮濕適合微生物滋長且不少石頭厝房屋常年空置缺乏管理，調研中發現部分石頭厝的地面遭到海蟑螂等微生物的破壞，造成地面層局部松散，長久下去可能影響地基承載力，造成房屋不均勻沉降甚至結構倒塌等嚴重后果。

3 加固改造建議

（1）對石頭厝的加固保護應基于結構本身存在的安全問題，結合保護要求和加固技術采取合適措施。2017年《平潭綜合實驗區石頭厝保護與開發管理暫行辦法》根據石頭厝歷史建筑保護對象的綜合價值不同提出了三級保護策略：對于一級保護建筑需要特殊保護，要求保持或恢復原狀；二級保護建筑應重點保護，要求保留建筑的外部造型、飾面材料和色彩，保留內部的重要結構和重要裝飾，可以采取拆除或增加部分結構構件的措施進行有限調整內部空間；三級保護建筑僅要求應保留建筑的整體外觀，其內部可以采用獨立的結構承重體系。

（2）目前，砌體結構墻下基礎的加固方法主要有基礎補強注漿法、砼地圈梁加固法、修補添配和重砌法、錨桿靜壓樁法和樹根樁法[5]。石墻體的加固方法分為注漿、滲漿、砂漿置換等墻體內部加固和水泥砂漿、鋼筋網水泥砂漿、鋼筋混凝土等墻體面層加固方法。木構件的加固方法主要有落架大修、支撐調直、修整加固的整體加固方法和預埋加固法、鐵件加固法、墩柱接頭加固法、化學強化法、FRP加固法等構件加固方法。砌體結構整體抗震的加固方法主要有加固墻體、設置鋼筋混凝土圈梁或配筋砂漿帶、采用增設支托和梁墊加強墻體連接、減輕屋蓋重力等措施。

（3）以上這些加固方法有的是規范里成熟的工藝，有的僅有一些工程案例，有的對原結構擾動很小，有的則影響很大。由于保護建筑具有的特殊文化價值蘊藏于建筑本身，對于既有保護建筑的加固既不能簡單地按照抗震加固規范，如對所有結構都增加圈梁構造柱，也不宜對所有結構只采用某一種方法加固，如對所有墻體均采用注漿加固或者均采用板墻加固。因此對既有保護石頭厝建筑進行加固保護時應結合結構本身存在的安全問題，結合保護要求和加固技術采取合適措施。如對于一級保護建筑要求修舊如舊，那么在墻體砌筑質量較好，石塊較規整的條件下，應盡可能采用注漿等對原結構擾動較小的方式。而對于二、三級保護建筑，尤其三級保護建筑，由于僅要求進行外觀保護，而且在使用功能上更多樣化，因此對于墻體內部或內墻的加固，應當采用亂毛石砌筑，且砌筑質量較差的情況下，應優先采用較為成熟的加固措施，如采取配筋混凝土加固。

4 結束語

對平潭石頭厝建筑的改造需要在保護建筑外貌的基礎上分層次采取措施對各類結構進行加固，而不是簡單地進行承載能力加固或抗震性能加固。采用何種加固方式，則須建立在原結構的建造特點和安全分析基礎之上。本文對平潭傳統石頭厝存在的結構安全問題進行構件和整體抗震性能兩個層次的分析，并提出加固改造建議，為有關部門制定石頭厝保護措施及設計單位進行石頭厝的加固設計提供參考。