摘要:万荣古建筑飞云楼据史料记载已有五百多年的历史，是中国古建筑木楼阁的典型代表，随着历史的变迁、自然环境与人为环境的影响，飞云楼出现了楼体构架的整体倾斜现象。为确定飞云楼的整体变形现状，对飞云楼的柱础沉降、楼层层间位移及楼面扭转情况进行了测定。这些成果对今后飞云楼的维护和监测工作具有较大的参考价值。
关键词:古建筑;木结构建筑;沉降观测;变形测量
引言
万荣飞云楼是古木楼阁中的杰出代表作，与山西知名古木结构建筑中的应县木塔并称为山西的“南楼北塔”。据史料记载，飞云楼始建于唐代贞观年间，后损毁重建。现存飞云楼建于1506－1521年间，历史上曾经历过多次修缮，现存碑刻记录中较近一次的历史修缮实施于1858年，因长年未进行大的结构修复，现木楼阁已严重倾斜，濒临倒塌。鉴于飞云楼需进行紧急抢险维修，故开展了木楼阁主体结构的变形测量工作。
1飞云楼的结构沉降现状
因地基沉降有可能导致柱础石沉降不均，并引起主体结构的整体倾斜，故利用水准仪以飞云楼柱础石顶标高为测试对象，对飞云楼的地基变形情况进行了观测。础石编号及位置见图1，础石沉降量观测值见表1。从测量结果可以看出，柱脚的相对高差会受到地基沉降、基础损蚀及建造安装偏差等因素的影响。以框架形式为主的中国古木楼阁、木塔建筑，承重木柱由于位置不同受荷差异大，内金柱、外金柱柱负荷大于檐柱，“通天柱”大于一般内、外金柱。在重荷下，柱底沉降量随时间的推移而逐渐稳定。当古建筑因构件残损、变形或历次修缮改变结构传力途径后，沉降会有小幅变化。对于古建筑木结构的沉降评定，在GB50165—92《古建筑木结构维护与加固技术规范》［1］中明确规定，应参照GB50007《建筑地基基础设计规范》［2］的相关规定，即相邻柱础的高差应＜0．003L(L为相邻框架柱的柱间距)。飞云楼的承重柱础石柱间相对沉降差有40%不满足规范限值要求。首层承重木柱金柱与檐柱在受力上差距较大，在分析构架平面沉降趋势时应区别对待。对首层承重木柱柱网可分为六个平面构架，列出沉降趋势线如图2所示。两条南北向柱架沉降曲线从东、西面金柱相对沉降来看，仅3～4区间柱体沉降趋势相同，相同沉降趋势区间中东南通天柱和西南通天柱较低，应为通天柱竖向荷载较大所致。其他四条东西向柱架沉降曲线中，北侧檐柱由西向东有逐步增高的趋势，檐柱C13、C14的础石顶面明显低于其他础石顶面，首层西北角檐柱的地基可能压缩模量偏小或由于渗水等原因对地基产生了不良影响。沉降趋势线中并未出现沿某主轴方向逐渐减小(或增大)的趋势线，因此可以推断出柱础石的沉降没有使建筑物产生整体倾斜。由于古建筑历史久远，未能取得主体结构整体沉降量历史检测数据，故整体沉降量无法定量评价。
2飞云楼的主体倾斜现状
飞云楼仅有四根通天柱贯穿于整个楼身高度，结构主体的整体倾斜状况应主要通过通天柱在各分层柱头倾斜的积累情况予以识别。由于通天柱通常是通过刻半墩接(阴阳巴掌榫或抄手榫)进行柱－柱连接的，加之古建筑木结构中柱体历史构造做法、长期重荷下柱体的弯曲变形、柱身残损、偶然荷载和水平震动等影响［3］，各分层通天柱柱头的偏移情况会有所变化(见表2)。依据表2数据分析永定柱残留变形现状，可得出以下结论:所有通天柱均有向北偏移的趋势。各通天柱每层偏移量与柱高的比值不同，主要是因为每根永定柱在各层均为半榫(巴掌榫)拼接而成，接缝处箍约束不紧密导致弯矩引起开裂所致。东南通天柱在一层的倾斜明显小于二、三层的倾斜，考虑为此柱在二层的接头明显松动所致。通天柱的侧移角为柱头水平位移总量与层间柱高的比值，利用通天柱侧移角反映楼体的最不利层间位移时，一至三层最不利层间位移角分别为3．47%、4．19%、4．62%，均为南侧永定柱。
3飞云楼的主体扭转现状
飞云楼从外部看为三层四檐木结构，实为5层，包括3个明层和两个暗层。利用全站仪对永定柱柱顶进行分层坐标量测，在底层地面选定原点，并定义正北方向为基准轴，建立整体坐标系。而单个测点的坐标会受构件尺寸差异、安装误差、变形误差及测量误差等多因素的影响。利用整体坐标可换算出通天柱对角线偏移角α、β角［4］。得出各通天柱顶对角线扭转增量，用其平均值作为评定代表值来评价楼层平面扭转角(见表3)。由表3可以看出，飞云楼楼层扭转效应一、二层方向相同，一、二层楼层从俯视角度看均为逆时针方向扭转，二层楼面平面扭转角最大，为1．57°。
4结论
4．1对万荣飞云楼的沉降观测可知，飞云楼主体结构未发生整体倾斜现象，但局部沉降不均的现象较为严重，有40%的柱间沉降差不满足规范对古建筑木结构的要求。在首层西北角檐柱的地基沉降差较大，在维护中应高度重视。4．2用通天柱侧移角最大值作为古建筑木结构主体最不利层间位移的代表值时，一至三层结构主体最不利层间位移角分别为3．47%、4．19%、4．62%，均为南侧通天柱。4．3利用全站仪对飞云楼各层通天柱的柱头坐标进行测量后，利用整体平面坐标计算通天柱对角线偏移量，以此评价飞云楼各楼层平面扭转的角度，得出二层楼面平面扭转角最大，扭转方向从俯视角度看为逆时针方向扭转，最大值为1．57°。
作者：孔德明 单位：山西建筑职业技术学院
