仿古建筑包砌墻體的理論研究及應用

趙 斌 李皓晨 王國慶

1 包砌墻概述

包砌墻體工藝常出現于仿古建筑以及老城城市更新建筑中。該工藝在實際施工中被大量應用，且大量采用老青磚。本文將通過工程案例，對此砌法加以總結分析，并講述增加支座法在包砌墻體中的應用，剖析其組砌方式、拉結方式、砌塊間的粘結方式，在建筑方面對灰縫處理、施工工藝等內容加以分析。

2 包砌墻體工藝出現的主要原因

包砌墻體工藝出現的主要原因有兩點：第1，節能設計的規范強條，加上立面風格的追求，直接導致組合包砌做法的發生，例如在某項目中，產生了連鎖砌塊+亭泥磚組合砌法，而另一項目中的部分復建工程，采用了頁巖磚+亭泥磚組合砌法；第2，砌體材料物理性能的局限性也是其工藝出現的主要原因。應用于古建中的各類磚料，抗壓、抗剪、熱工性能均無法滿足現行規范要求，其灌注灰漿的抗壓、抗剪性能也無法滿足現行規范的要求，因此，直接導致組合砌體的產生。組砌的用材具有多樣性，可以簡單的歸納為符合設計條件的砌塊+符合立面要求的古建磚料；兩種砌塊同時砌筑，砌塊間通過設置拉結磚、構造筋（墻壓筋）、鋼板網等措施解決拉結問題。

3 包砌墻體的結構處理手段

包砌墻體的結構分析，包砌墻體本質是外側裝飾性墻體，其樣式遵循古建墻體樣式，附著于主要受力墻體，于結構方面，可看作非承重結構構件，包砌墻體的結構形式如圖1 所示。包砌墻體自身為自承重獨立墻體，高度受墻體高厚比及磚的抗壓強度制約，其安全性能受粘結層砂漿與基體的粘結強度制約，其抵抗變形能力（溫度應力、收縮應力）受粘結砂漿強度制約。結構需解決上述問題：第1，使墻體自身有足夠的承載力承受自身重力荷載，第2，有足夠的拉力解決其出平面的安全、穩定問題，第3，有足夠的抵抗變形能力，第4，具有同主體結構一樣的抗震能力[1]。

圖1 包砌墻體結構形式（來源：作者自繪）

4 包砌墻體需要建筑解決的問題

4.1 外觀樣式與傳統樣式相符

古建筑墻體的美觀，在于磚料的排列組合、縫隙的大小顏色、墻體高寬的尺度安排、磚料的規格、磚面的加工與否、各類線活花活石活的點綴。仿古施工應符合設計要求，符合傳統古建的規制樣式，本文不深入探討。

4.2 關于墻體的正升

古建筑墻體外皮的正升，不僅是增強墻體的穩定性，重要的是調整視覺誤差，因此，除檻墻和一些特殊部位外，建筑物的墻體外皮一般都要有正升，正升尺寸為≤7‰或隨柱子。

仿古建筑一般不做此要求，但施工前，應與設計及時溝通，特別是一些高大墻體，如果不做正升，視覺上有外傾的錯覺。當設計采納墻體正升的建議后，應考慮結構基礎的匹配問題及工程量的增加問題。

5 施工工藝

5.1 砌體的結構相關工藝概述

仿古建筑墻體，既要遵循古建傳統，又要兼顧結構安全穩定，符合相關規范要求。因此，在工藝上需要傳統工藝技法的基礎上加以改良。本小節主要分析與砌體結構相關的工藝做法，與建筑相關的做法依然遵循古建傳統技法，不再詳述。

5.2 基體處理

基體處理包括表面粗糙處理，基體防潮防水處理。基體隨包砌墻體同時砌筑，且表面較為粗糙，可不做特殊處理。但需要特別注意，基體磚料為混凝土制品的砌塊，其養護齡期是否達到28 d 以上，養護齡期達到標準方可上墻。其目的是防止基體砌塊早期收縮應力過大，引發了組合墻體的開裂。

5.3 磚料砍制

磚料的砍制在外觀方面需滿足建筑要求，內里包灰部分則按砌體結構灰漿握裹的需求砍制，并根據深化設計或專項方案增設凹槽。

5.4 排磚撂底

根據建筑形制，按傳統做法排磚撂底。延墻體縱向，按實際尺寸，根據傳統排列方式，磚縫大小，計算出磚的數量和磚料裁切尺寸，并現場樣活。延豎向，根據磚料尺寸、縫隙大小，計算內外皮磚的層數，確定皮數桿，并根據結構所需，標出挑梁支座的位置，在基體墻上彈出控制線，如果需要植筋，則可進行植筋。

5.5 灌漿砌筑

古建筑墻體砌筑不同于現代砌體砌筑工藝，因需要展現古建筑墻體磚縫的美感，故此，在仿古建筑中，依然采用灌漿的手法砌筑，只是灌漿的材料改用現代的砌筑砂漿。根據墻體樣式及灰縫大小，適用于灌漿砌筑的樣式有干擺墻、絲縫墻（細絲縫）、絲縫墻（粗絲縫）、細淌白墻、粗淌白墻、帶刀縫墻等等。細絲縫墻體，粗絲縫墻體磚縫的做法是灌入老漿灰。細淌白墻、粗淌白墻墻體磚縫的做法是灌入老漿灰或者深月白灰。帶刀縫墻墻體磚縫的做法是灌入勾抹的白灰膏或者月白灰劃出絲縫。

擺砌磚料時，在磚肋上打碰頭灰和鎖口灰，磚放穩后，上跟線，下跟楞，用瓦刀把擠出的余灰刮去。一層磚砌好后，用適當稠度的砂漿澆灌。澆灌砂漿可以一層一次灌注，也可一層分段灌注。目的是使砂漿充滿縫隙，達到砂漿飽滿。澆灌時應注意砂漿的測壓對磚位置的影響，并及時按線調整。整面墻體砌筑完畢，即按傳統工藝要求，打點墻面、磚縫。

5.6 坐灰砌筑

對于灰縫較大的墻體，如灰砌糙磚、城墻等，宜采用鋪灰砌法。鋪灰做法按三一砌法，鋪好底灰，填好碰頭灰。鋪灰時磚料的外側留20 ～30mm 不鋪灰，磚放穩后，找好規矩，用溜子刮去擠出的余灰，使灰縫凹進20 ～30mm。墻體砌好后，用相應的勾縫材料勾縫。仿古建筑墻體種類較多，各樣式墻體工藝動作分解如表1 所示。

表1 各樣式墻體工藝動作分解

6 包砌墻體的質量通病及其預防措施

6.1 墻身防潮

古建筑屋面形式決定了外圍墻體會受到雨水侵害，很明顯的是硬山建筑，山墻、檐墻裸露在外，再加之古建青磚孔隙率大，造成其吸水率高，使墻身處于潮濕環境，對墻體內側使用造成影響，因此墻身防潮應充分考慮。其防治手段有：結合層砂漿加入防潮粉，基體涂刷水泥基防水涂料，基體墻采用混凝土剛性防水。

采用了砌塊+古建青磚的組合形式，砌塊和青磚的吸水率均較大，在建筑構造處理上，采用了橫向和豎向的防潮措施。且豎向防潮層通高布置。如圖2 所示，該案例防潮層采用了剛性防水混凝土+水泥基防水涂料+C20混凝土粘結層的組合設置，防水防潮效果明顯。

圖2 包砌墻體墻身防潮（來源：作者自繪）

青磚的吸水率高不僅對建筑防潮不利，對自身承載力也帶來不利影響。過高的吸水率導致青磚處于長期高含水的狀態下，使其自身抗壓強度、抗剪強度降低，長此以往，將造成青磚酥堿開裂，不利于自身結構的安全穩定。包砌墻體防潮做法的另一種方式如圖3 所示。該情況在文物修繕中常出現。基于此種情況，在施工前應該與設計溝通預防措施，如采用在墻面打點、耕縫之后，滿刷透明憎水涂膜的措施，以降低風險，延長外墻使用壽命。

圖3 包砌墻體防潮做法（來源：作者自繪）

6.2 裂縫控制的結構原理

6.2.1 豎向變形約束

單磚包砌的裝飾性墻體，在豎向通過增加支座的辦法，將高大墻體分割成若干單元，支座對每個單元的墻體在豎向的變形產生約束。由于支座的分割，使墻體剛度增大，提高了延豎向抵抗變形的能力。

6.2.2 橫向變形約束

橫向裂縫的控制通過橫墻（兩側山墻）或檐墻的自由端允許自由伸縮，理論上，裂縫可控。該方法多用于木結構仿古建筑，墻體作為外圍護填充墻，與木柱完全斷開，形成自由端，允許變形自由伸縮。新修訂的《砌體結構設計規范》（GB50003―2011）中，對填充墻做出新的規定，其中包括“有抗震設防要求時，填充墻與框架宜采用脫開的方法[2]”。

鋼混結構的仿古建筑外圍護墻體與框架柱采用剛性連接，由此提高了墻體剛度，附著裝飾性墻體的變形與基體同步，其變形受到框架柱的約束，因而降低了變形位移，提高了延縱向抵抗變形的能力[3]。

6.2.3 易發生裂縫的部位

易發生裂縫的部位―合縫山。合縫山出現裂縫有兩種情況，一種是兩道山墻基礎斷開，可能產生沉降不均，由此發生沉降裂縫，另一種是溫度裂縫，封堵縫隙的青磚兩側，延豎向開裂，具體為以下兩點。

1）對于沉降裂縫，最重要的是嚴格控制地基基礎施工質量，降低不均勻沉降風險。如果有條件，可以建議設計采用整體基礎，從基礎結構上杜絕沉降風險。

2）對于溫度裂縫，是結構和建筑上允許開裂的部位，其開裂縫隙較小，且開裂到一定程度后趨于穩定。根據以往工程的經驗，在建成一年后，重新勾抹青灰，封堵裂縫，至今尚未發生裂縫。但終究是允許裂縫發生的部位，完全不裂并不現實，所以，還要加強日后維護。

綜上，柱門處裂縫屬于不同材料相接、收縮率差異帶來的，裂縫縫隙普遍較小，是結構和建筑上允許開裂的部位，完全規避不太可能，通過規范的裁磚，使裂縫呈直線分布，是完全可以實現的。剛性連接處在混凝土框架結構的仿古建筑中，外圍護墻與框柱采用剛性連接，墻體的溫度應力及其它水平應力應傳遞到框柱，但在框柱周圍，墻體截面發生變化，使得應力在傳遞到框柱前，被變截面處墻體分解了一部分，由此會造成墻體延磚縫開裂，甚至拉斷青磚。在木結構仿古建筑中此部位同樣易發生裂縫，原理同上。

6.2.4 砌塊材料導致的裂縫

采用空腔砌塊+古建青磚的組合墻體，應著重注意裂縫控制。空腔砌體包括連鎖砌塊、水泥制品空心砌塊、加氣混凝土砌塊，其材料特點決定其早期應力變形較大，容易造成組合墻體內部應力變化，導致墻體表面形成不規則裂縫。因此，應嚴控空腔砌塊養護齡期，如果不足28 d，必須嚴禁上墻，條件允許，盡量延長養護齡期。

7 研究結論

7.1 現行的規范對包砌墻體的要求及支持

綜合前文所述，關于仿古建筑墻體包砌，本文提出應遵循《建筑抗震設計規范》（GB 500011―2016）中3.7.1條款[3]，針對非結構構件進行專項抗震設計，墻體所用磚料按《砌體結構設計規范》（GB 50003―2011）中1.0.2的規定，對特殊條件下或有特殊要求的應按專門規定進行設計。

《外墻飾面磚工程施工及驗收規程》（JGJ 126―2015）[4]中的相關條款主要規定了外墻飾面磚的出平面穩定數據，滿足粘結強度≥0.4 MPa，雖不適用包砌墻體，但可借鑒其數據[5]。此外，在現行規范基礎上，需要對包砌墻體按上述條款進行深化設計和制定詳細的施工方案，特別是抗震驗算及抗震構造措施，以明確其檢驗驗收標準。

7.2 增加支座的必要性

在以往工程案例中，增加支座的方法多被采用，且將其作為包砌青磚與基體的拉結措施。經過理論研究發現，解決包砌墻體與基體的拉結問題的關鍵因素首先是依靠支座端砂漿抗剪強度，當抗剪強度即將屈服時，結合層砂漿與基體的粘結強度才參與受力。因此，解決包砌墻體出平面穩定問題及地震橫波破壞的重要依據是砂漿抗剪強度?V，粘結層砂漿與基體的粘結強度應作為應力儲備，在特殊條件下參與受力。

支座的存在有效實現了幾點：第1，解決了包砌青磚的抗壓強度低且不穩定；第2，使高大薄墻的截面穩定問題；第3，降低水平地震力作用下的變形與失穩；第4，解決包砌墻體延豎向的應力變化及豎向裂縫；第5，在與基體拉結方面起到一定作用。

對于附著于基體的高大薄墻，是相對于其自身的高厚比所言。結構措施中采用增設支座，將高大薄墻延豎向分割成若干墻肢，使單跨變為多跨，是解決高大薄墻截面穩定，抵抗變形能力顯著提高，附著能力增強，剛度增大的直接有效措施。

7.3 建筑防潮的重要性

如前述，砌塊+青磚的組合墻體，在以往案例中，設計方面只按常規構造要求，提出水平防潮層與豎向防潮層，但豎向防潮層僅到達室內地坪之上約500 mm 的范圍，防潮措施也僅限于砌筑砂漿使用防水砂漿。考慮到古建筑屋面形式、排水方式、內外皮磚料的吸水率、風向風力的影響等因素，砌塊＋青磚的墻體組合形式，確有必要做通高的防潮措施。

7.4 磚料增設凹槽提高出平面穩定

青磚的出平面穩定，與砂漿延Z軸的粘結強度有關，從計算結果可見，理論上當砂漿等級達到M7.5 時，其剪切力可與外力平衡。但考慮到青磚的砌筑采用灌漿法，其砂漿飽滿度、密實度將使粘結強度大打折扣，又因為灰縫為瞎縫，減小了有效抗剪面的寬度，從而使粘結強度進一步降低。為此，增加磚縫厚度，增設機械連接確有必要。本例增設凹槽的方法僅是在剪切力驗算時發現其存在的必要，未經實踐，但增設后其結構安全度必然提高。

8 結語

仿古建筑墻體施工，無論是設計還是施工，還處于模糊地帶的問題雖有據可依但又略顯不足。本文通過以往工程案例，對仿古建筑包砌墻體的力學性能、材料性能進行解析，總結現有規范的適用性，分析其質量通病及預防措施以及一些以往未曾重視的問題，并提出針對性的應對方法，旨在使仿古建筑施工更加標準化、規范化。以往的古建施工，在磚料的裁切方面不被重視，俗語講“齊不齊一把泥”，就是說只注重外表邊界整齊規矩，不注重內在。

從理論分析可以看出，在柱子周圍，不規則的裁磚，使截面不規則，整體剛度低，造成內部應力分布不規則，則必將在截面的薄弱環節出現不規則裂縫。

本文提出了規范裁磚，在柱子周圍采用細石混凝土灌注的方法，增加變截面處的剛度，理論上可以降低裂縫發生的風險。再者，規范的裁磚及細部處理，必將引領仿古建筑施工的標準化和規范化，使我們的施工技術水平處于行業領先地位。