郑州文庙大成殿木结构整体顶升技术

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郑州文庙始建于东汉明帝永平年间，初建规模约5万m²，现存大殿为清朝晚期修缮建筑。近年来，多种原因造成地基软化、沉陷、文物本体酥碱，周围地势抬高，已经明显与四周不相协调。大成殿所处地势偏低，一旦下雨容易被淹。大成殿面积为320m²，重约4000kN，柱网布置如图1。

1.对大成殿的评价

有关方面对保护这一文物提出了原地保留、整体迁移、分割迁移、拆除重建等四种方案，专家们进行了论证。对大成殿主要承重结构如梁、柱木材的腐蚀程度，虫蛀现象是不是严重，卯的连接是否还能满足承重要求等进行了重点检测。结合考古专家意见，若重建大成殿，其文物价值只有原来的15%，而整体迁移后的大殿却可保留85%，且费用要便宜得多。最终一致同意整体顶升。

2.施工方案的选择

大成殿的结构是一个由木柱、木梁（或木屋架)组成的框架，梁与柱的节点实际上是一种半铰接节点（图2)。柱底直接搁置在基础上或直接嵌入基础的凹槽，或将木柱做成浅榫与基础连接。木框架起承担和传递屋顶全部荷载的作用，而墙体仅起围护作用。施工过程中，按施力位置的不同分为顶升方案和提升方案。

2.1顶升方案

整体顶升是在建筑物每根柱的下部安装顶升设备，具体的方法如下：计算古建筑物的重量，核算每根柱所承担的重量，选择合适型号的槽钢，先用棉布片将建筑物的柱包裹，再用钢丝拴在此位置，然后用挂三角架上的导链将柱吊起，再把柱下的基础石抽去，放置事先打好孔的槽钢，槽钢位置在柱的正下方，然后将柱放下，随后进行顶升设备的安装（柱下顶升位置见图3)，即放置于柱底部，槽钢的两端打孔，能够穿过丝杠，然后通过丝杠将结构顶升至指定的标高，加固基础。这种施工方法的优点是高程易于控制，缺点是槽钢的位置不易确定，顶升后需要重新加固，且不适用图2中的燕尾榫节点构造结构。

2.2 提升方案

整体提升是在每榀木屋架支座两侧面的瓦屋面开洞，在每根屋架两侧安装钢柱，为节约材料，钢柱采用了格构式，由角钢组焊接而成，钢柱底座用锚入混凝土梁内的 M16螺栓连接。其装置如图4所示。由于在提升过程中墙与柱之间的摩擦力很难估计，因此给整体提升带来了很大的难度，该方法只适用于直榫构造连接结构。

根据大成殿的现有状况，柱根部木材腐蚀的程度不严重，且四周的围墙需要拆除，采用整体顶升较合理。

3顶升加固

3.1 方案一

在顶升之前有必要先对其进行加固，增强其整体性。

通过大量的试验证明，采用将大殿的柱、梁用棉布片包裹，再将支撑拉杆放到该位置，然后用铁丝将其与柱子拧到一起的方法，既保证了连接强度，又不会损坏大成殿的柱、梁，为保证大成殿在整体顶升时能成为一个完整的整体，因此在加固设计时将相邻的每根柱和梁之间用斜撑进行连接，如图5所示。

2.方案二

对于年代比较悠久的古建筑物，其整体性更差，采用方案一的加固措施已经不能满足要求，除在建筑物的上部采用同样的加固措施，还要在柱下现浇钢筋混凝土纵、横梁，使之成为一个完整的整体，不至于在整体顶升过程中造成破坏，但造价高、工期长。

通过综合评定，整体顶升的加固选用方案一。

4.顶升过程监控

大成殿在整体顶升时，由于在每根柱子旁边的工作人员具有独立性，所用的丝杠精度也不一定完全相同，因此，在顶升过程中采用如下保障措施。

大成殿顶升前，在每根柱上安装垂直标尺，在大成殿的中央安放水准仪，每连续提高20mm时，要对每一根柱子顶升的高度进行检测，检查顶升高度是否一致，如不一致应及时进行调整，确保每根柱的某一标定断面始终保持在同一水平面上；同时在大成殿四角的柱安装标尺和经纬仪，检测大成殿在顶升过程中是否发生了水平方向的位移，确保建筑物在顶升过程中，不能因柱子的倾斜过大而发生倒塌。

顶升过程中，要求工作人员在统一指挥下转动丝杠，认真记录高程数据，及时分析，及时调整。

5.施工顺序

1)拆除大殿的外墙；2)按加固方案一对大成殿进行加固；3)在柱的两侧砌筑高近2.0m 的砖跺；4)将柱吊起，安装顶升设备；5)安装监测设备；6)进行整体顶升。

由于大殿整体刚度不大，顶升速度不宜过快，否则会导致建筑物的倒塌。顶升前一般要试顶升，如一切正常则以300～400mm/h速度顶升。经过近5h的顶升，成功地将大殿顶升了1.7m。

顶升后柱的基础采用条形基础，大殿内部柱采用砖砌大放脚的独立大放脚基础，同时对屋内地面进行回填、夯实。最后恢复围墙，顶升完成后的大成殿如图6所示。

6.结语

郑州文庙大成殿的整体抬升是国内首次对较大体量的古建筑单体不落瓦的整体抬升施工。整体顶升方法适用于梁柱榫卯结合、保存现状不是很好、外墙承载能力较小的古建筑物。这不仅大大降低了施工成本，也完好的保留了古建筑原有的基础；屋面由于不卸瓦顶，最大程度地保留了原有建筑的历史信息；使用丝杆式的整体抬升也避免了传统的逐缝抬升梁架的抬升工艺对木构件榫头造成的损坏。是我国古建筑整体抬升的一个成功案例。

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