山西南部屋面瓦傳統建筑論文

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1屋面構造及其功能

大量的現場勘查和測繪等工作表明，影響山西南部早期建筑耐久性的關鍵因素之一是屋面，屋面不僅是最重要的文物建筑的一部分,它對保護其他附屬文物也起到至關重要的作用。因此，屋面翻修常常是最重要的修繕步驟之一。而影響屋面耐久性的除屋面整個結構、構造和材料工藝之外，屋面瓦的質量直接關系到屋面乃至整個建筑能否得到長久保存。因為古建筑屋面結構破壞和梁架糟朽的最主要原因之一是大氣降水對各種材料的直接或間接影響，而大氣降水能否進入古建筑屋面的第一道關口即是屋面的瓦。但是迄今為止，國內尚缺乏對文物建筑屋面瓦的系統研究>,特別是屋面瓦的透水性能及其影響因素。山西南部早期建筑得屋面構造一般具有以下特點（以霍州觀音廟元代戲臺屋面為例），屋面上部第一層為望板層，厚約2.5cm,且為整塊木板；第二層下層灰泥背（苫背），厚約2.5cm,材料為土加少量麥秸，可能含有少量石灰；第三層為上層灰泥背（苫背），厚約3cm,材料為土加石灰。筒瓦下為單獨的灰泥層，厚約5cm,材料為上加石灰。從功能上看，上述屋面在防水方面具有“堵”、“儲”、“疏”三個方面的功能，核心是保證水進入到望板、梁等木材中，而保古建筑長治久安。堵：指主要通過瓦及灰漿將雨水及時排泄掉，瓦及灰漿的質量，特別是屋面瓦的抗1滲性能決定了堵的效果。儲：指一旦瓦面發生滲漏后，滲水能夠儲存在灰背等內部，而不進入到望板等木材中。所以要求灰背具有高孔隙率、高吸水性和足夠的厚度。疏：指儲存在屋面的水汽在干燥的季節能夠快速擴散蒸發掉，由于水汽擴散的主要方向是從內向外，所以，沒有上釉的粘土瓦比琉璃瓦更有利濕氣的擴散。限于篇幅，本文主要討論起到“堵”的作用的屋面瓦的質量檢測方法、山西南部舊屋面瓦的性能及新瓦質量技術指標。3舊瓦的質量檢測方法目前我國在傳統磚瓦質量檢驗標準方面存在著標準缺失或不全等問題，現有的《建筑琉璃制品》(JC/T765-2006)標準、《燒結瓦》(GB/T21149-2007)標準主要針對新的屋面瓦，不僅檢測方法不適合歷史舊瓦，而且部分指標為定性的（表2)。劉大可于2006年對傳統磚瓦提出了技術指標，其中提出重量吸水率作為瓦的質量的評定指標。參照歐洲DINEN539對燒結屋面瓦的質量要求及相應檢測方法,可以看出，中歐在瓦質量的檢測方法及技術指標方面存在很大差異。如果從屋面構造的防水功能角度，屋面瓦的最重要的質量指標為透水率、吸水率、耐久性（以抗凍性為代表)。在透水率檢測方面,本次研宄將卡斯特瓶進行改進，并采用15分鐘吸水率換算成與歐洲標準DINEN539-1可對比的透水率。

2舊瓦的檢測結果

通過對山西南部不同時代瓦的厚度、密度、總孔隙率、透水率等比較測定可以看出，古代的瓦厚度比較大，而且隨著年代越近，厚度越薄。從霍州觀音廟的觀測發現，從金代到現代，筒瓦的厚度越來越薄,古代瓦的厚度普遍大于或等于15mm。在相同吸水性能的前提下，瓦的厚度越大，其阻水和儲水的能力越大。而從高平市定林寺不同類型、不同年代的瓦的厚度與透水率的關系來看，舊的板瓦和筒瓦的透水率均低于新瓦和不太舊的瓦。盡管大量的實驗研究仍在進行中，但從己有的研宄成果來看，不同時代的瓦具有不同的特點。古代的瓦特別是筒瓦厚度明顯大于新瓦，而孔隙率小于新瓦；古代板瓦和筒瓦的毛細吸水系數均遠小于新瓦,說明古代不同時期的瓦的透水性能均低于現代的瓦，對于古建筑的屋面具有更好的保護作用。

3屋面瓦的質量指標建議

山西南部保護維修早期建筑時所使用的新瓦的質量指標的參照物應該有2個，一個是歷史屋面瓦，特別是尺寸、表觀質量等，古代瓦的防水、機械物理性能（如抗折強度）、耐久性等方面的指標應該是新瓦達到的最低指標，因為這些屋面瓦已經經過了百年以上的老化。另一個參照物為新的工業標準制定的指標，畢竟今天使用的材料是21世紀生產出來的。所擬定的質量指標在測試方法方面需要量化，并能和國際接軌。同時，所有的測試方法必須具備可操作性，直觀明了，接地氣，能直接應用并指導實際工程。在質量等級劃分方面，建議將屋面瓦只分合格品與不合格品2類。當屋面瓦的所有技術指標達到要求時為合格品。當技術指標中的任何一項沒有達到要求時，被標定為不合格品。考慮到有效合理利用資源，不合格品經過本標準確定的處置方法或其他傳統方法處置到達到指標要求時，可以標識為后合格品。瓦的規格與結構尺寸宜以待修建筑勘察測繪的規格尺寸相同，曲度或弧度也基本相同。尺寸容許誤差為2%內。而厚度是最重要的參數，要求維修不同時代的古建筑時所使用的瓦首先必須滿足其厚度要求，高厚度也有利拒水和儲水。屋面瓦其他的外觀質量抗折性能測試及指標需要滿足GB/T21149-2007的要求。為達到防滲效果，一個很重要的指標就是其防滲性能要優于至少等于古代的瓦的防滲性能，透水率的檢測宜參照歐洲標準定量化，平均值妄0.5cmVcmVd,最大值含0.6(WVcmVd)。初步的建筑物理學模擬說明，在同樣的屋面構造體系下，不透水的屋面瓦可以保持屋架木材的含水率低于12%,以有效防止木材的腐爛(H.-P.Leimer,個人通訊)。

作者：戴仕炳 黃繼忠 沈子美 周月娥 居發玲 單位：同濟大學建筑與城市規劃學院歷史建筑保護實驗中心 山西省文物局 同濟大學建筑與城市規劃學院 上海保文建筑工程咨詢有限公司