關于古建筑飛云樓近代主體變形研究的論文

　　摘要:萬榮古建筑飛云樓據史料記載已有五百多年的歷史，是中國古建筑木樓閣的典型代表，隨著歷史的變遷、自然環境與人為環境的影響，飛云樓出現了樓體構架的整體傾斜現象。為確定飛云樓的整體變形現狀，對飛云樓的柱礎沉降、樓層層間位移及樓面扭轉情況進行了測定。這些成果對今后飛云樓的維護和監測工作具有較大的參考價值。

　　關鍵詞:古建筑;木結構建筑;沉降觀測;變形測量

　　引言

　　萬榮飛云樓是古木樓閣中的杰出代表作，與山西知名古木結構建筑中的應縣木塔并稱為山西的“南樓北塔”。據史料記載，飛云樓始建于唐代貞觀年間，后損毀重建。現存飛云樓建于1506－1521年間，歷史上曾經歷過多次修繕，現存碑刻記錄中較近一次的歷史修繕實施于1858年，因長年未進行大的結構修復，現木樓閣已嚴重傾斜，瀕臨倒塌。鑒于飛云樓需進行緊急搶險維修，故開展了木樓閣主體結構的變形測量工作。

　　1飛云樓的結構沉降現狀

　　因地基沉降有可能導致柱礎石沉降不均，并引起主體結構的整體傾斜，故利用水準儀以飛云樓柱礎石頂標高為測試對象，對飛云樓的地基變形情況進行了觀測。礎石編號及位置見圖1，礎石沉降量觀測值見表1。從測量結果可以看出，柱腳的相對高差會受到地基沉降、基礎損蝕及建造安裝偏差等因素的影響。以框架形式為主的中國古木樓閣、木塔建筑，承重木柱由于位置不同受荷差異大，內金柱、外金柱柱負荷大于檐柱，“通天柱”大于一般內、外金柱。在重荷下，柱底沉降量隨時間的推移而逐漸穩定。當古建筑因構件殘損、變形或歷次修繕改變結構傳力途徑后，沉降會有小幅變化。對于古建筑木結構的沉降評定，在GB50165—92《古建筑木結構維護與加固技術規范》［1］中明確規定，應參照GB50007《建筑地基基礎設計規范》［2］的相關規定，即相鄰柱礎的高差應＜0．003L(L為相鄰框架柱的柱間距)。飛云樓的承重柱礎石柱間相對沉降差有40%不滿足規范限值要求。首層承重木柱金柱與檐柱在受力上差距較大，在分析構架平面沉降趨勢時應區別對待。對首層承重木柱柱網可分為六個平面構架，列出沉降趨勢線如圖2所示。兩條南北向柱架沉降曲線從東、西面金柱相對沉降來看，僅3～4區間柱體沉降趨勢相同，相同沉降趨勢區間中東南通天柱和西南通天柱較低，應為通天柱豎向荷載較大所致。其他四條東西向柱架沉降曲線中，北側檐柱由西向東有逐步增高的趨勢，檐柱C13、C14的礎石頂面明顯低于其他礎石頂面，首層西北角檐柱的地基可能壓縮模量偏小或由于滲水等原因對地基產生了不良影響。沉降趨勢線中并未出現沿某主軸方向逐漸減小(或增大)的趨勢線，因此可以推斷出柱礎石的沉降沒有使建筑物產生整體傾斜。由于古建筑歷史久遠，未能取得主體結構整體沉降量歷史檢測數據，故整體沉降量無法定量評價。

　　2飛云樓的主體傾斜現狀

　　飛云樓僅有四根通天柱貫穿于整個樓身高度，結構主體的整體傾斜狀況應主要通過通天柱在各分層柱頭傾斜的積累情況予以識別。由于通天柱通常是通過刻半墩接(陰陽巴掌榫或抄手榫)進行柱－柱連接的，加之古建筑木結構中柱體歷史構造做法、長期重荷下柱體的彎曲變形、柱身殘損、偶然荷載和水平震動等影響［3］，各分層通天柱柱頭的偏移情況會有所變化(見表2)。依據表2數據分析永定柱殘留變形現狀，可得出以下結論:所有通天柱均有向北偏移的趨勢。各通天柱每層偏移量與柱高的比值不同，主要是因為每根永定柱在各層均為半榫(巴掌榫)拼接而成，接縫處箍約束不緊密導致彎矩引起開裂所致。東南通天柱在一層的傾斜明顯小于二、三層的傾斜，考慮為此柱在二層的接頭明顯松動所致。通天柱的側移角為柱頭水平位移總量與層間柱高的比值，利用通天柱側移角反映樓體的最不利層間位移時，一至三層最不利層間位移角分別為3．47%、4．19%、4．62%，均為南側永定柱。

　　3飛云樓的主體扭轉現狀

　　飛云樓從外部看為三層四檐木結構，實為5層，包括3個明層和兩個暗層。利用全站儀對永定柱柱頂進行分層坐標量測，在底層地面選定原點，并定義正北方向為基準軸，建立整體坐標系。而單個測點的坐標會受構件尺寸差異、安裝誤差、變形誤差及測量誤差等多因素的影響。利用整體坐標可換算出通天柱對角線偏移角α、β角［4］。得出各通天柱頂對角線扭轉增量，用其平均值作為評定代表值來評價樓層平面扭轉角(見表3)。由表3可以看出，飛云樓樓層扭轉效應一、二層方向相同，一、二層樓層從俯視角度看均為逆時針方向扭轉，二層樓面平面扭轉角最大，為1．57°。

　　4結論

　　4．1對萬榮飛云樓的沉降觀測可知，飛云樓主體結構未發生整體傾斜現象，但局部沉降不均的現象較為嚴重，有40%的柱間沉降差不滿足規范對古建筑木結構的要求。在首層西北角檐柱的地基沉降差較大，在維護中應高度重視。4．2用通天柱側移角最大值作為古建筑木結構主體最不利層間位移的代表值時，一至三層結構主體最不利層間位移角分別為3．47%、4．19%、4．62%，均為南側通天柱。4．3利用全站儀對飛云樓各層通天柱的柱頭坐標進行測量后，利用整體平面坐標計算通天柱對角線偏移量，以此評價飛云樓各樓層平面扭轉的角度，得出二層樓面平面扭轉角最大，扭轉方向從俯視角度看為逆時針方向扭轉，最大值為1．57°。

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