景德镇市位于长江中下游的江西省东北部, 市区及郊县保存着大量近现代建造的传统木结构房屋, 市区现存木结构房屋主要分布在中华路和中山路两侧的里弄^[1], 保存较完好的有彭家下弄、毕家弄、方家下弄等, 属于省级历史文化街区。目前, 该地区木结构房屋仍在使用, 大多数用于民居, 少部分用于陶艺作坊或餐饮、文化、商业建筑。

　　 景德镇地区木结构房屋以木构架承重, 四周砌围护墙, 构造形式以穿斗式为主, 结合了穿斗式的结构形式和天井式的建筑风格, 结构形制及构造特点具有较强的地方特色。穿斗式木结构的梁柱截面较小, 局部具有抬梁式特点, 适应局部空间使用需求, 一定程度上兼具穿斗式构架整体性好与抬梁式构架空间大的优点。

　　 景德镇地区木结构房屋建造年代较久远, 已经有不同程度损坏, 存在木构件腐朽开裂、构架倾斜及节点松散等诸多问题, 严重影响到房屋的安全使用及抗震能力, 调查研究该地区木结构房屋现状并对其抗震能力进行评估, 对于保护当地传统木结构房屋、减轻房屋震害具有重要意义。本文通过对景德镇市珠山区北起斗富弄南至珠山中路、西起中山北路东至中华北路区域以及中华北路东侧的龙缸弄等共200多处木结构房屋进行实地调查, 总结了当地穿斗式木结构的构造特点、典型损坏现状, 在此基础上对该地区现状下木结构房屋的抗震能力进行分析。

　　 传统木结构房屋的木构架形式主要有抬梁式、穿斗式和木柱-三角形木屋架, 三种木构架形式既可以从构造上区分, 也可以从受力特点上区分。抬梁式木构架构造表现为将进深方向的大梁支承于前后檐柱上, 大梁两端上置屋檩, 收进一定距离置瓜柱, 瓜柱上置二梁, 梁端上置屋檩, 以此类推, 形成坡屋顶。从结构力学角度看, 抬梁式传力路径是屋面荷载由檩条传给木梁再传递至柱, 木梁具有转换梁性质, 主要承受弯剪作用。抬梁式木结构在北方地区宫殿、庙宇、寺院等大型建筑中普遍采用, 民居房屋进深相对较小, 坡屋面较少呈现弯曲造型, 单独采用抬梁式木结构并不多见。

　　 穿斗式木构架构造表现为每根屋檩由一根柱 (通柱) 支承, 柱间由穿枋连接形成横向排架, 纵向由斗枋将排架连接形成整体结构。从结构力学角度看, 穿斗式传力路径是屋面荷载由檩条传递给木柱并向下直接传递至基础, 穿枋只起连接作用而不承重^[2], 主要承受轴向拉压作用。

　　 现场调查表明, 景德镇地区木结构房屋多为抬梁与穿斗混合式构造, 可以更好地适应木材用料粗细和局部空间使用需求, 具体又可细分为两种不同构造形式———抬梁-穿斗式、穿斗-抬梁式。

　　 抬梁-穿斗式构造特点是进深方向仅前后檐柱为通柱, 中间各柱均为瓜柱, 每根屋檩下设柱, 不落地瓜柱支承在木梁上, 木梁两端插入瓜柱或通柱, 以此类推, 最下层木梁两端插入前后檐柱上, 文献[3]称之为“插梁式”, 典型构造如图1所示。抬梁-穿斗式传力路径是大部分屋面荷载由瓜柱直接传递或层层转换并传递给最下层木梁, 最终传递至前后檐柱, 木梁具有整体转换梁性质, 主要承受弯剪作用, 与抬梁式的核心特点相同, 故此命名为抬梁-穿斗式, 简称梁斗式。

　　 梁斗式的瓜柱布置比较灵活, 在需要设置檩条的位置即可设置瓜柱, 以适应不同屋面形状, 其应用不仅限于南方地区, 北方地方也很常见, 图2为景德镇地区某木结构房屋的屋架构造, 图3为北京地区某木结构房屋的屋架构造。北方地区冬季寒冷, 因保温需要, 屋面做法较厚重, 木梁、瓜柱截面尺寸相对较大, 同时房屋进深尺寸也相对较大。梁斗式木结构对最下层木梁的截面尺寸有较高要求, 在景德镇地区该类木构架主要用于进深较小的胚房、敖间、厢房等。

　　 穿斗-抬梁式构造特点是柱承屋檩, 进深方向除前后檐柱外, 中间还有一根或多根木柱落地, 通柱之间设置一根或多根瓜柱, 瓜柱支承于木梁上, 典型构造如图4所示。穿斗-抬梁式构造以穿斗式的特点为主, 木梁属于局部转换构件, 从木柱分布来说, 除了前后檐柱之外, 还有一根或多根落地中柱, 故此命名为穿斗-抬梁式, 简称穿梁式。图5为景德镇地区某木结构房屋的屋架构造示意。从现场调查结果来看, 穿梁式木结构是景德镇地区传统民居木结构的主要构造形式, 完全由落地柱支承木檩或相邻落地柱之间仅有一根上承瓜柱转换木梁的穿斗式房屋很少见。

　　 从景德镇地区木结构房屋的屋顶形状来看, 除了双坡屋顶之外, 内凹式四坡屋顶也是当地较常见的一种屋顶形状。早期建造的小型木结构房屋开间多为“一明两暗三开间”布局, 明间为厅, 暗间为厢房, 房屋平面尺寸较小, 屋顶形状多为双坡屋顶。

　　 较大型木结构房屋除了开间数量增多之外, 使用空间向进深方向发展, 形成多开间多进深的建筑格局^[1], 房屋进深长度及进数的增加, 对自然采光提出了更高的要求。另一方面, 早期民居建造时缺乏统一规划, 相邻房屋共用围护墙是一种普遍存在的现象, 共用围护墙无法设置窗户, 也影响了室内采光。内凹式四坡屋顶 (图6) 又可称为天井式坡屋面, 屋脊位于房屋周边, 略低于围护墙顶部, 以一定坡度向房屋平面中心下坡, 坡底通过玻璃天窗增加室内光线照明, 在适应房屋进深增加的同时, 很好地解决了室内自然采光问题, 形成三间一进一天井、三间一进半天井、三间两进三天井等不同形制。

　　 对于木结构房屋, 屋顶形状是影响顶层木结构构造的重要因素。内凹式四坡屋顶的构件类型、连接节点、构件局部转换等均较普通双坡屋面复杂得多, 尤其是相邻坡屋面相交位置的节点, 此节点一根柱往往需要承接多个方向搭接过来的梁和穿枋, 如图7所示, 是屋顶结构受力的薄弱环节。

　　 景德镇地区早期木结构房屋的屋面做法多采用冷摊瓦形式, 自下至上为檩条、木椽及小青瓦, 不设木望板和苫背, 小青瓦直接铺在木椽上, 透气性好, 缺点是屋面防水性较差, 且木构件容易受雨水侵蚀。近些年翻修的木结构房屋屋面, 在木椽和瓦层之间增加了木望板和苫背 (或砂浆粘结层) , 在解决防水问题的同时, 还可以增加屋盖结构的整体性。屋面的建筑做法决定了其自重很轻, 根据现场调查, 屋面自重约在0.5~1.0k N/m²之间, 轻质屋面有利于减轻木结构房屋的震害。

　　 围护墙贴砌在木柱的外侧, 与木构架在屋顶位置连接成整体, 相互约束, 相互支承, 保证了木构架水平方向的稳定性。围护墙多采用粘土砖 (窑砖) 及黄泥砂浆砌筑, 见图8, 砌筑砂浆俗称灰浆, 早期建造时砂浆中可掺少量石灰, 近期修缮时可掺少量水泥。现场抽样检测了18片围护墙体的砖和黄泥砂浆抗压强度, 检测结果表明, 砖抗压强度为4~10MPa, 平均值在6MPa左右;黄泥砂浆的抗压强度则均低于2MPa, 平均值在0.5MPa左右。

　　 图7 坡屋面的瓜柱及梁柱节点构造

　　 围护墙厚度400~500mm, 多采用“外整里碎”的砌筑方式, 加之建成年代久远, 外观虽尚为完整, 但墙体的整体承载能力变差。图9为某损坏严重的木结构房屋围护墙内部构造。另一方面, 如本文第2.2节所述, 当地常见多间相邻房屋共用围护墙体的现象, 共用维护墙体但相邻房屋建造时间不同时, 容易出现围护墙体不咬槎的情况。大部分民居的木构架与围护墙在层间未设置可靠的连接措施, 不利于保证围护墙的稳定性。此外, 部分房屋建造年代较久, 围护墙开裂、倾斜、灰缝冲蚀粉化、砖块表面风化等是常见破损现象。

　　 本节按照木柱 (瓜柱) 、木梁 (穿枋) 、梁柱节点及屋面的分类分别探讨景德镇地区木结构各类构件的构造特点、典型缺陷或损坏现状。

　　 木柱是竖向承重构件, 包括落地通柱和支承在梁上的瓜柱, 木柱材料采用当地常用的树种杉木, 根据现场实测, 单层民居 (带阁楼) 木柱直径多为140~200mm, 两层民居木柱直径多为180~260mm。木柱典型缺陷或损坏现状如下:

　　 (1) 木柱柱脚位置有不同程度腐朽。现场调查发现, 当地房屋室内地面潮湿, 木柱长期处在潮湿环境中, 柱脚存在腐朽现象, 部分木柱柱脚严重腐朽, 腐朽面积甚至大于原截面面积的10%, 如图10所示。

　　 (2) 木柱及瓜柱柱身普遍存在竖向裂缝, 较宽裂缝的深度可达到柱截面中心附近。一般来说, 木柱出现干缩裂缝是正常现象, 但需要注意裂缝对木柱承载力可能造成的影响。调查中发现, 由于瓜柱长度较短, 干缩裂缝容易贯通柱长, 部分瓜柱的干缩裂缝几乎将瓜柱分裂为两半, 甚至四半, 严重影响瓜柱的承载力, 如图11所示。

　　 (3) 木柱普遍存在倾斜现象。部分木柱倾斜严重并伴有自身弯曲, 但倾斜方向没有明显规律性。对于倾斜的木柱尤其是中柱, 受木材自身变形影响, 纠偏复原操作很难进行, 其对木结构受力的影响表现在地震作用下将会加剧梁榫头的拔榫以及增加木柱从柱础上滑落的风险。

　　 (4) 木柱缺少连接措施。木柱柱脚设置柱础石, 木柱直接平底支承在柱础石上而不设柱脚榫或铁件连接措施, 存在柱脚与柱础石错位过大的现象。部分柱脚腐朽严重的木柱, 历史上维修时进行过拍巴掌榫式木料墩接处理或局部嵌补修复, 如图12所示, 墩接处一般采用铁钉钉住, 而不设置扁钢套箍等。当墩接位置在柱脚时, 对木柱的承载能力影响不大, 实地调查发现, 墩接位置较高且未设置扁钢套箍等可靠连接措施的木柱存在地震作用下失稳折断的风险^[4]。

　　 (5) 部分木柱截面非必要性损失过大。梁柱节点为榫卯连接, 由于当地构造做法, 部分木柱所承载的木梁、穿枋或木檩较多, 导致部分木柱同一截面开孔较大, 截面削弱较严重, 如图13所示。实际上通过规范构造做法、优化节点连接方式或及时维修处理等能够做到有效减小木柱非必要性截面损失。

　　 木结构中, 水平梁类构件主要包括承载楼屋面的木次梁、檩条、瓜柱以及连接木柱的穿枋、锁脚枋等。

　　 木梁按截面类型分主要有拼合梁和原木梁, 拼合梁一般由4~6根小木梁拼合而成, 主要用于2层 (阁楼) 楼面标高处及纵向穿枋, 如图14所示。拼合梁所用规格材截面宽度多为30~60mm, 截面高度多为50~100mm。单根原木梁主要用于屋面, 在小型民居住宅的2层楼面也较常见, 如图2、图7所示。

　　 穿枋多用原木梁, 沿房屋纵向的柱间使用拼合梁也较常见。楼面木次梁为原木梁, 木次梁间距500~600mm, 直径100~130mm, 木次梁直接支承在楼面主梁上, 采用搭接方式或附木支托连接。

　　 调查发现, 当地的一些大型木结构房屋柱纵横向设置了锁脚枋, 但此类做法在一般的民居中并不多见。锁脚枋上布置木板, 使居室与厅堂有一定的高差, 一方面避免了地面返潮, 另一方面锁脚枋增加了柱间的整体性。

　　 木梁 (穿枋) 与柱的连接方式主要为直榫卯方式, 大多数为透榫, 用木销锚固节点。木梁 (穿枋) 及梁柱节点的典型缺陷或损坏现状如下:

　　 (1) 木梁普遍存在纵向裂缝及腐朽现象。相对木柱而言, 木梁远离潮湿地面, 裂缝及腐朽现象总体较轻微, 但调查仍发现原木梁有不同程度干缩开裂、糟朽等损坏情况。

　　 (2) 部分木梁在木柱中的支承长度偏短, 节点整体性较差。由于木柱直径较小, 木梁 (穿枋) 伸入柱内的支承长度较短, 调查表明, 部分拼合梁最下层木梁的支承长度较长, 其他木梁甚至仅进入柱卯口10mm即截断, 木梁的整体有效支承长度过短。在未设置铁件连接的情况下, 节点抗拔能力、抗转动变形能力很差, 不能发挥榫卯构造的抗震优势, 且竖向荷载下存在安全隐患, 如图15, 16所示。

　　 (3) 部分木梁与木梁搭接节点缺乏可靠连接措施。屋面檩条在柱头对接或搭接时, 连接措施偏弱, 木柱柱顶所承载的木梁、穿枋或木檩较多时, 节点整体性较差, 如图17所示。屋面局部转换次数较多, 特别是内凹式四坡屋顶的转角位置, 主木梁上托瓜柱、瓜柱支承次木梁、次木梁上再次承托瓜柱等多次转换的情况很常见, 节点的牢固性尤为重要, 典型屋面梁柱托换构造如图5所示。

　　 屋面构件主要包括木檩条、木椽条、屋面瓦等。屋面做法自重较轻, 木檩条多采用直径较小的原木, 柱头采用榫卯方式连接或直接搭接。木椽为厚度较薄的规格板材, 用铁钉固定在木檩条上。

　　 现场调查表明, 当地木结构房屋屋面破坏主要表现为木檩条、木椽条受雨水侵蚀引起的腐朽甚至断裂、屋面瓦破损等, 使用中缺乏必要的维修或者维修方式过于简单随意, 典型损坏情况如图18, 19所示。

　　 一般来说, 穿斗式木结构的整体性能较好, 自振周期较长, 不容易发生共振, 具有较好的抗震性能^[4], 2014年云南普洱景谷地区发生6.6级地震, 震区穿斗式木结构房屋很少倒塌。穿梁木结构主要构造方式以穿斗式为主, 其受力特征与穿斗式木结构相近, 下面结合前文关于穿梁式木结构构造特点、损坏现状等, 从侧移刚度、整体稳定、变形能力等方面对景德镇地区木结构抗震能力进行分析。

　　 木结构房屋的侧移刚度来自木结构自身侧移刚度和围护墙侧移刚度两部分, 围护墙贴砌在木柱外侧, 承担一定的水平地震作用, 其侧移刚度是房屋整体刚度的重要组成部分。

　　 木结构梁柱在节点通过榫卯方式连接, 节点刚度是构成结构侧移刚度的主要组成部分之一。榫卯节点可以承受一定的弯矩, 具有弹性和抵抗水平力的作用, 表现出半刚性特性^[5]。在大型木结构房屋、古建筑木结构等制作规范精良且保存完好的木结构中, 可以考虑节点的半刚性性质, 但在大量中小型民居木结构中, 存在卯口尺寸大、榫头支撑长度短、卯口榫头损坏等各种问题, 导致梁柱可以在大范围内自由转动, 不宜过多考虑榫卯节点刚度。

　　 木柱由穿枋连接成横向排架, 而且一般为多穿, 排架柱、穿枋和屋面木椽形成了平面三角形, 因此穿斗式木结构房屋的横向稳定性较好。穿梁式木结构的落地木柱数量减少, 瓜柱与支撑木梁转换次数多, 整体性略差。

　　 横向排架由纵向斗枋连接形成空间整体结构, 由于斗枋垂直排架方向布置, 横向排架在水平地震作用下容易发生平面外失稳, 房屋纵向的稳定性相对较差。

　　 对于穿斗式或穿梁式木结构, 其整体稳定性相当一部分来自结构构造所形成的多次超静定体系。以景德镇地区木结构为例, 整体稳定性组成部分还表现在:1) 1层木板隔断分隔独立使用空间, 可视为轻质抗震横墙纵墙;2) 2层设置天井时, 在天井四周木柱之间设置木拦板, 可约束2层结构的层间变形;3) 支承瓜柱的部分木梁采用叠合式木梁, 穿过木柱连续设置;4) 沿房屋纵向的2层穿枋多采用拼合梁。由此可见, 穿梁式木结构中大量采用拼合梁构造, 这对于提高木结构自身的整体稳定性具有重要作用。

　　 木结构梁柱节点连接方式主要为榫卯方式, 地震作用下节点受力超过榫卯摩擦力及木销销栓作用时, 节点可以允许出现一定变形量而不至于严重损坏木梁木柱。但是, 如3.2节所述, 如果木梁在木柱中的支承长度偏短且没有铁件拉结, 大变形时存在木梁部分或全部从卯口中脱出的危险。根据现场调查, 这类损坏危险不是个别现象, 而是具有一定的普遍性。

　　 木柱柱脚与柱础采用直接抵承方式, 几乎未见采用铁件或其他构造方式与柱础连接, 木柱在水平力作用下可与柱础发生相对位移, 从抗震能力角度而言, 直接抵承的方式有利有弊。木柱与柱础的相对滑动具有隔振和耗能效果, 但另一方面, 在木结构或木柱本身已经存在不同程度倾斜、木柱与柱础错位等不利因素影响下, 增加了木柱从柱础上滑落进而造成木结构连续受损的可能性。

　　 从抗震鉴定角度来说, 当地大多数民居木结构抗震能力均不满足现行《建筑抗震鉴定标准》 (GB50023—2009) ^[6]关于后续使用三十年的要求。

　　 景德镇历史上未发生过地震灾害, 仅受过周围地区地震波及, 根据《中国地震动参数区划图》 (GB18306—2015) ^[7], 景德镇地区属于6度设防区。虽然穿斗式木结构有较好的抗震性能, 但当地木结构房屋的抗震构造存在诸多缺陷, 构件存在诸多破损, 这些都是穿斗式木结构房屋的抗震薄弱点。

　　 参考南方地区穿斗式木结构房屋的震损破坏现象, 针对前文所述景德镇地区木结构房屋特点及损坏现状, 对该地区木结构房屋在地震作用下最有可能出现的震害现象进行初步预测, 有针对性地提出一些加固处理方案, 可有效提高木结构房屋的抗震能力。

　　 木柱存在折断危险。部分木柱墩接而无可靠加固措施, 且墩接位置过高, 或木柱截面削弱过大而没有其他补救措施, 地震作用下容易发生沿墩接位置或削弱位置折断的危险^[4], 可能引起楼屋面的局部坍塌。除了更换、墩接或局部墩接腐朽、损坏严重的木柱之外, 木柱墩接区段应采用铁件箍紧, 降低木柱在墩接位置折断的危险。

　　 木柱存在从柱础上滑落的危险。当地柱础与地面的高度约20cm, 对于已经存在柱脚与柱础错位或未完全抵承的节点, 木柱滑落危险性很大, 可能引起梁柱节点的严重破坏。建议木柱与柱础之间对侧设置连接铁件, 连接铁件下端锚入柱础, 木柱在对拉螺栓位置开设长圆孔, 既保证木柱与柱础之间的相对滑动范围, 发挥隔振和耗能机理, 又可避免木柱滑落柱础的危险。截面削弱过大的木柱要及时进行嵌补加固, 并在嵌补区域增设铁箍。

　　 节点未见有效的铁件连接措施, 榫头在卯口内支承长度过短, 尤其是当地常见的拼合梁, 普遍存在拼合梁的底梁支承长度而其他梁支承长度过短的现象, 大变形时存在木梁部分或全部从卯口中脱出的危险, 可能引起楼面、屋面的局部坍塌。对此, 木构件节点对侧应增设连接铁件, 铁件由对穿螺栓固定, 防止梁柱节点拔榫, 增加节点整体性。

　　 对于内凹式四坡屋顶, 为适应建筑造型需要, 屋顶木檩、木梁、瓜柱数量众多, 构件之间的搭接及支撑关系复杂, 个别节点连接或杆件的损坏容易引起屋顶构件的连锁损坏反应。

　　 在木柱、瓜柱柱头对接时, 木檩与木檩之间可对称布置木夹板或铁件连接, 而木檩在柱头搭接时, 则可采用铁件如扒钉连接。

　　 围护墙体自重大, 砂浆多为黄泥砂浆, 强度很低, 围护墙在1层及2层层间与木构架之间缺乏可靠的连接措施, 仅在屋顶位置有连接, 加之各种损坏现状, 容易出现墙体外闪、倒塌现象。对此, 可沿围护墙一定间距采用墙揽或铁丝将墙体与木构架绑扎牢固。

　　 部分围护墙体没有咬槎砌筑, 砖围护墙存在竖向通缝, 可在通缝外侧浇筑配筋的砂浆带, 并沿砂浆带一定间距布置铁丝将砂浆带中的钢筋与木构架绑扎牢固。对于向外倾斜程度过大的围护墙, 应拆除重砌。

　　 此外, 应进一步加强木结构的整体稳定性, 将原有简易隔墙替换为木剪力墙或增强隔墙与木结构之间的连接, 充分利用房屋隔墙的抗震作用, 提高结构整体稳定性。由于南方木结构房屋的屋面普遍较轻, 地震作用本身相对较小, 穿斗式木结构在地震作用下的表现要注意区分木结构自身的抗震性能优劣和地震作用大小。

　　 需要说明的是, 本文仅是从构件层面对木结构房屋的破坏模式进行预测, 实际上构件的破坏均会导致结构局部或整体出现严重破坏甚至倒塌的危险。同时, 本文仅是针对当地木结构构造特点以及损坏现状做出的可能性预测, 地震作用下并非必然出现, 也不表明仅出现上述破坏现象。

　　 (1) 穿梁式木结构是景德镇地区传统民居木结构的主要构造形式, 受力以穿斗式为主, 局部具有抬梁式特点, 适应局部空间使用需求, 一定程度上兼具穿斗式构架整体性好与抬梁式构架空间大的优点。梁柱截面尺寸较小, 2层部分梁柱转换次数较多, 屋面做法简单, 荷载很小。

　　 (2) 木结构抗震构造措施不足, 主要受力构件的木柱、木梁及节点既存在构造缺陷, 也存在各种不同程度损坏问题, 但木结构中大量采用的拼合梁构造, 对于提高木结构自身的整体稳定性及抗震能力具有重要作用。

　　 (3) 针对当区木结构房屋特点及损坏现状, 对该地区木结构房屋在地震作用下可能出现的震害现象进行初步预测, 包括木柱折断及从柱础上滑落、榫卯节点破坏、屋顶构件连接失效等, 在此基础上提出了相应的加固处理建议, 以期对保护当地传统木结构房屋、减轻房屋震害发挥有益作用。