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尼泊尔加德满都杜巴广场九层神庙建筑特性及地震损伤机理初探

2020-10-19中国文化遗产研究院北京100029

中国文化遗产 2020年5期
关键词:加德满都神庙尼泊尔

中国文化遗产研究院 北京 100029)

贾 宁(中国文化遗产研究院 北京 100029)

郭倩如(中国文化遗产研究院 北京 100029)

一、研究背景

(一)遗产概况

2015年4月25日,尼泊尔郭尔喀发生8.1级强烈地震灾害,造成重大人员伤亡和财产损失,包括“加德满都谷地”世界文化遗产在内的众多文物古迹也遭受严重破坏。尼泊尔加德满都杜巴广场九层神庙及附属建筑(也称巴桑塔普尔宫院,Basantpur Tower)是世界文化遗产“加德满都谷地”的重要组成部分,也在地震中受到了严重的破坏,随后中国政府承担了援尼泊尔加德满都杜巴广场九层神庙修复项目①2015年11月,受国家文物局委托,中国文化遗产研究院编制了《尼泊尔加德满都杜巴广场九层神庙修复项目可行性研究报告》。2016年1月,中尼两国政府换文,中国政府同意承担援尼泊尔加德满都杜巴广场九层神庙修复项目。2017年5月,由中国文化遗产研究院承担援尼泊尔加德满都杜巴广场九层神庙修复项目工程总承包任务。项目修复工作目前仍在进行中。。

加德满都杜巴广场九层神庙包含四层方形罗汉庭院及其四角的塔楼寺庙,是寺庙佛塔建筑形式的居住宫殿。四角的塔楼分别是两层的勒利塔布尔塔(Vilas Mandir或Lalitpur Tower,东南角塔)、两层的巴克塔普尔塔(Lakshmivilas或Bhakrapur Tower,东北角塔)、一层的坎蒂布尔塔(Bangla Mandir或Kirtipur Tower,西北角塔)和九层的巴桑塔普尔塔(Nautale或Vasantapur Tower,西南角塔即九层塔)。这组建筑占地面积1300平方米,建筑面积约5600平方米,为典型的尼泊尔传统砖木结构建筑(图1)。

(二)价值研究

尼泊尔加德满都谷地是喜马拉雅山脚下的一个山谷,面积约为475平方千米。作为世界文化遗产,“尼泊尔加德满都谷地建筑群是该地区印度教和佛教共存融合的一类独特传统文明的杰出见证。城市建筑群和皇家宫殿所包含的宫殿、寺庙建筑和城市结构是尼泊尔皇家宫殿历史上发展变迁的杰出例子。同时建立在多个地区交界处的尼泊尔历史遗迹展示了尼泊尔文明在受到复杂的文明交流影响下所形成的独特宗教元素”②资料来源:ICOMOS-1448-en/Advisory Body Evaluation [EB/OL].http://whc.unesco.org/en/list/121/documents/。

世界遗产“加德满都谷地”包括分布在山谷中的七组遗产地,分别为哈努曼多卡宫(Hanuman Dhoka)、帕坦(Patan) 和巴德岗(Bhaktapur)三个杜巴广场建筑群,斯瓦扬布(Swayambhu)和博大哈(Bauddhanath)的佛塔以及帕舒帕蒂(Pashupati)和昌古·纳拉扬(Changu Narayan)的印度教寺庙建筑群。这七处遗产组成部分所构成的加德满都谷地建筑群在文化和宗教方面对当地以及整个区域都具有重大的意义。

图1 九层神庙及其周边一层平面图

三个杜巴广场及其宫殿、寺庙和公共空间构成了历史上加德满都谷地皇家城市的核心和宗教中心,到现在它们仍然是城市日常生活的中心和重要宗教场所。社区的日常仪式和重大宗教活动在这些地区具有独特的生命力,也体现了它们作为宗教中心的重要性。

山谷中的多民族居民被称为纽瓦丽(Newari)人,他们融合了周边地区的宗教和社会文化影响,特别是印度教和佛教在此地融合,创造了独特的城市社会结构与民族宗教信仰,并由此发展出具有代表性的纽瓦丽建筑风格和高度发达的建造技艺。这七组遗产地的建筑大多采用木结构建造,烧砖泥浆围合;屋顶上覆盖着重叠的陶瓦,通常用镀金的黄铜装饰;窗户、门道和屋顶支柱都有精美的装饰性雕刻(加德满都曾是世界上最先进的砖材、木材和青铜的应用地之一)。

(三)历史沿革

据建筑物墙上刻写的碑文记载,加德满都杜巴广场九层神庙最早是由沙阿王朝③尼泊尔是佛教的发源地。从公元前6世纪起,尼泊尔境内先后出现基拉特(公元前6世纪到公元4世纪)、李查维(4世纪到13世纪)、玛拉(13世纪到1768年)等王朝。1768年,郭尔喀王普里特维·纳拉扬·沙阿建立沙阿王朝。的普里特维·纳拉扬·沙阿(Prithvi Narayan Shah)在夺取马拉王朝政权后下令建造的,并将建造九层神庙这一事迹雕刻在石碑上,嵌入罗汉庭院南墙入口门西侧和九层神庙北入口门楣上方。1768年9月,郭尔喀人(Gurkhas)在沙阿的领导下,于因陀罗节进军加德满都。1768至1769年,加德满都河谷的主要城市勒利德布尔(Lalitpur)和巴克塔普尔(Bhaktapur)相继失守,沙阿王朝统一了河谷。

沙阿王朝统治期间,将加德满都杜巴广场哈努曼多卡宫作为王宫,并在原有基础上建立了九层神庙的西南角塔-九层的巴桑塔普尔塔。1768年至1896年,这里一直是沙阿国王的王座所在地④1774年,普里特维病重,次年逝于努瓦科特。,沙阿王朝的统治者们选择住在九层神庙。之后沙阿之子普拉塔普·辛格也对建筑进行了一些改建。

九层神庙的建筑历史非常复杂,建筑所经历的变化也非常多,建筑的很多组成部分分别是不同时期建造的。巴桑塔普尔塔至少最下面几层的建筑要早于整组建筑,因为在两处建筑相连的地方,巴桑塔普尔塔上有几处房梁和窗户被覆盖。而其他塔楼的一些高层部分推测是由普拉塔普·辛格后期下令补建的。

二、建筑特征

郭湖生先生指出,“建筑是文化的载体,自觉或不自觉地带上有各个不同时代、地域、民族、宗教、哲学和美学观念的烙印”⑤引自郭湖生先生为常青《西域文明与华夏建筑变迁》一书所作的序。参见:常青. 西域文明与华夏建筑变迁[M].长沙:湖南教育出版社,1992.。尼泊尔建筑、特别是王宫建筑可以说是尼泊尔历史、宗教、社会、科学和技艺的综合展示实物。尼泊尔所处的喜马拉雅地区处于东方两大文明-中国的华夏文明与印度河文明之间,是汉代以来中国与西方的地理空间中介。因此,尼泊尔王宫建筑的特征研究对于该区域中尼两国的文化交流具有一定启示。

(一)建筑形制

加德满都谷地的宫殿主要有马拉王朝时期的典型纽瓦丽建筑风格和19世纪晚期罗纳时期的仿欧式建筑风格⑥直到今天,马拉王朝的宫殿作为国家纪念馆保存完好,但罗纳宫殿部分荒废,部分改造成饭店、办公室或教育机构。,两种风格的宫殿完全不一样,但却在加德满都谷地和谐并置。其中纽瓦丽建筑风格的宫殿与纽瓦丽民居有很多相似之处。

传统纽瓦丽民居建筑的基本形式是由各自独立的三层民居建筑⑦房子的第一层可用作谷仓、马厩或者贮藏室;中间一层一般都是主人卧室;最顶层既可以用作日常生活,也可以用作娱乐场所。围合组合的方形院落(chowk),组成院子四周的四栋建筑是各自分离、独立的单体。这种可追溯到马拉王朝时期的独立方形院落可能就是后来纽瓦丽宫殿院落的原型。此后,庙宇和宫殿院落聚集演变成为杜巴广场建筑群。九层神庙院落宫殿的建筑形式也遵循了这一纽瓦丽建筑基本平面布局方式。位于加德满都古城中心的哈奴曼多卡宫殿建筑群以各种合院形式进行组合,建筑立面则结合了尼泊尔多层屋顶的寺庙建筑形式。

九层神庙南部为广场与居民商业区,西侧毗邻纳萨庭院(Nasal Chowk,即老皇宫),北侧为穆尔庭院(Mool Chowk),东侧为罗恩(Lawn )广场。与传统欧洲宫殿独立且规模宏大的建筑形式不同,尼泊尔宫殿较少大尺度建筑,在城市中所占的位置也并无特别之处。哈奴曼多卡皇宫的入口位于建筑的一个角落,且宫殿前并没有完整开阔的殿前广场空间,宫殿的内院空间也并不完全是轴线对称的。

九层神庙的罗汉庭院接近正方形,南北向约35米,东西向约37米,平面呈“回”字形,四层平顶砖木结构,在一层南侧、东侧、西侧三面分别设入口,联通庭院内外。建筑一层南北方向有柱廊,二、三层为墙体(图2),西侧与北侧有典型纽瓦丽框架的出挑木质大窗,窗框上嵌满装饰性木雕。建筑层高较矮,柱顶高度只有约2.4米,空间狭小,建筑每层室内面积470~485平方米。王宫设计使用的计量单位应为古代印度传统的哈特(Hat)⑧所谓哈特即成人手臂肘部到中指指尖的长度,约40厘米。7.5hat约为3米。,并以7.5Hat(约3米)为模数进行建造。

在庭院建筑西南角和东北角设楼梯通往上层。罗汉庭院的四面屋顶由斜撑(Struts)支撑,斜撑上雕满了各种印度教或佛教神明的肖像。虽然九层神庙王宫建于马拉王朝与沙阿王朝更迭时期,但整体建筑依然延续了纽瓦丽的艺术工艺和建筑技艺(图3)。

罗汉庭院四层之上的四角分别为四座角塔,通过屋顶平台相连。除九层塔外,其他三座分别以加德满都河谷三个主要城镇、也是沙阿王朝征服的三座城市命名,以显示沙阿王朝的强大。

其中,巴德岗角塔位于罗汉庭院五层楼面东北角,双层,五层平面呈方形(图4),六层平面呈八角形,屋顶为八角攒尖瓦顶(图5);下部结构为砖墙木柱,上部全木构,外围柱间安装木窗(图6)。

图2 罗汉庭院南立面图

图3 罗汉庭院震后现状

西北角塔平面为方形,双层,弧形铜制屋顶,造型独特,类似于翻转的船体或乌龟的甲壳,具有“孟加拉”风格,所以也称孟加拉塔(图7),屋顶造型与印度的斋普尔及其周边地区的屋顶造型相似,推测整体设计风格也受到印度莫卧儿王朝风格的影响。

东南角塔位于庭院五层楼面,平面方形,双层,攒尖顶建筑(图8),下层砖墙木柱,上层为木构,外围柱间安装木窗。屋顶木构架为梁上置三圈立柱,在内圈立柱间置木枋,枋上置梁,梁上置中柱,形成攒尖结构(图9)。

九层塔位于院落的西南角,是一栋独立建筑,塔台基不高,塔身九层,这与尼泊尔大多数佛塔建在高台基上有所不同。塔体一部分伸入罗汉庭院西侧外墙内,是加德满都杜巴广场的标志性建筑。

九层塔平面呈长方形,砖木结构,墙体为木框架间砌筑砖墙。一层北侧辟门进入塔内,室内用墙体分成南北两部分,隔墙中部辟门连通,每层在北侧置木楼梯通往各层;二层东侧、西侧墙上设门,与罗汉庭院和老皇宫二层连通;四层、六层、九层墙外出挑木质回廊,七层四周设木构瓦顶披檐,披檐用斜撑支撑,斜撑雕饰精美。屋顶为四阿瓦顶。墙体外出挑的木质回廊及斜撑支撑的巨大屋檐是该建筑造型的一大特点(图10)。

图4 东北角塔五层平面图

图5 东北角塔北立面图

图6 东北角塔试拼装

(二)主体结构

九层神庙建筑总体上属砖木混合结构,砖墙承重、木质楼板,外加木构披檐,是尼泊尔马拉王朝时期典型建筑结构的延续。主体结构可分为两组独立的结构体系,分别为九层塔方形结构体和罗汉庭院及其上部三个角楼构成的回形结构。两部分结构相邻的墙体仅实现各自建筑上的承重、维护与遮蔽功能,无结构性连接。

图7 西北角塔震后现状和南立面图

图8 东南角塔五层平面和南立面图

图9 东南角塔拼装现场手绘及编号记录图

图10 九层塔一层平面和北立面图

罗汉庭院主体结构为墙体承重,楼板荷载通过楞木传到砖墙上。其中各层也有局部采用木框架承重,如北侧通廊四层南侧及其一层内侧、东侧通廊四层及其一层外侧、南侧通廊四层外侧及其一层内侧、西侧通廊四层内侧,但总体上仍属较为典型的多层砖木结构纵墙承重体系,罗汉庭院东北、东南、西北三个角楼首层为砖木混合结构,顶层皆为木结构。

从建筑竖向荷载传递路径来看,结构大部分荷载由底层木柱、砖墙承重,柱子与柱础由木梁或石基制成,并用木楔固定在上面。各层荷载通过木楼板与其下的木托梁(楞木)将楼面荷载传递到砖墙或局部木构架上。从水平荷载传递路径来看,楼层荷载除楼板自重及少量展览活荷载以外,地震或风产生的水平荷载最终均由砖墙承担。

1.承重体系

纽瓦丽建筑的主体结构主要是由柱子、带木框架的墙与上部雀替(托木)或双层雀替、梁、楞木进行连接,发展成为一个建筑结构框架系统(图11)。在大多数情况下,框架两端支撑与建筑厚砖墙中的木框架结构相连,形成一个整体。楼面在梁柱体系上并列满铺楞木,上置楼面板及饰面陶砖,形成“平顶密椽”楼屋面形式。

墙体是纽瓦丽建筑的主要承重元素,为了防止雨水的侵入与渗透,建筑墙体通常非常厚(50~100厘米),且分层设置,是典型的包砌做法。外层墙面的面砖为当地特有的红砖(Telia),但此类砖只用来饰面,起到墙体承重作用的是墙体内层粗糙的黏土砖或烧结砖以及内部填充的砂浆、碎石等。九层神庙外层用(120毫米厚)条砖灰浆(黄土或红土)十字缝顺砌,每隔3~5块砖设一丁砖拉结,内层墙芯为条砖灰浆(黄土)松散砌筑。由于分层墙体构造比较松散,容易导致内外墙体分离以及外层墙体鼓闪。同时普通黏土砖或烧结砖承载力并不理想,尤其在水的长期作用下,以黄土为主要材料的灰浆极易受潮失效,对墙体承重造成不利影响。

图11 九层神庙罗汉院南侧入口处梁、柱、楼板体系示意

图12 纽瓦丽建筑包砌夹心墙体构造示意图(资料来源:Caterina Bonapace and Valerio Sestini.Traditional Materials and Construction Technologies Used in the Kathmandu Valley[R].UNESCO,2003.)

图13 东北角塔中心木构屋架示意图及屋架试拼装现场

因此,出于结构抗震的考虑,纽瓦丽建筑墙体内部通常增加木框架结构来加强整体性。建筑地面通过沿着墙体的圈梁位置加置一层贯穿墙体的楔板,地板是用简单的板条建造的,也有一些板条会伸入墙体与水平框架连接,来增加建筑墙体和楼板的连接,增强建筑的整体性(图12)。

2.屋顶体系

屋顶体系是纽瓦丽建筑最为突出的建筑元素。尼泊尔宽大且出挑深远的坡屋顶与建筑立面上的多层披檐一起构成了独特的纽瓦丽塔庙建筑风格。在功能上,出挑的屋顶则是保护建筑墙体及其他砖、木构件免受季风带来的持续降雨和强烈阳光照射带来的侵害。大跨度的坡屋顶屋面下为檩条支撑结构,屋面外铺经过清理的泥背。尼泊尔的传统做法是“泥或者灰浆内不应有任何植物生长,并按照传统做法从表面土壤5英寸以下挖出。土壤应该在铺上屋面之前进行蒸煮消毒,并在泥土还湿润的时候将传统的小瓦做到灰浆泥背中。”传统的瓦面尺寸长度在20~25厘米不等,平均宽10厘米,屋檐和斜脊上堆叠特殊的瓦片,角部的瓦片通常带有装饰。瓦片通常直接松散地铺在屋面板上,角部瓦片钉入斜脊的椽子中,用来固定垂直堆叠瓦片的两端。

九层神庙四座塔庙建筑屋顶分别为四面攒尖顶、四阿顶和八角攒尖顶,内部的屋顶依靠中心攒尖立柱和屋架体系进行支撑(图13),屋架下部是结构墙体中的柱子。出挑深远的屋檐靠其下部外椽与支撑在下层墙体框架上的斜撑形成支撑体系。

由于纽瓦丽建筑独特的屋顶体系,因此“斜撑(Stuts)”这一用来将屋顶重量传导至墙体的建筑构件成为纽瓦丽建筑的最大特色之一。尼泊尔多数王宫建筑以及几乎所有宗教建筑中都有斜撑(图14)。斜撑均为木质构件,并雕刻有代表性的神像,这也与中国古建筑最早的屋顶支撑系统以及后来的斗栱作用相似。

3.门窗及连接节点

特征鲜明、装饰丰富的大窗和门赋予了纽瓦丽建筑令人惊叹的细节和变幻多样的光影效果。宫殿、房屋和庙宇的墙壁通过大量的雕花窗户、屏风壁龛和门道,变得充满变换富有视觉效果。九层神庙罗汉院的二层和三层内、外立面的各个朝向墙体均布设了较大面积的木雕门窗。且为满足墙体承重的需要,有意采取了自下往上开窗面积由小及大、逐步扩大的策略,譬如北立面墙体,底层未设窗洞、二层仅在东侧回廊北端外墙开设两个窗洞,三层墙体正常开窗、四层开窗面积进一步扩大,使承担竖向荷载最大的底层窗间墙墙体,得以采用较大截面,而上部楼层窗间墙宽度逐步减小甚至勉强承载,有的楼面荷载甚至直接通过较大开窗的竖框向下传递荷载。

图14 尼泊尔屋顶出檐与斜撑交接关系示意以及建筑斜撑实物

尼泊尔的砖木建筑中,框架结构的木构件连接主要通过斜嵌槽(刻榫)和木销钉交叉锁定完成。由于使用斜嵌槽,木构件通常需要较宽的交接面,且牺牲了交接部位木料的高度,削弱了连接部位的强度。木销钉主要约束节点处的水平位移,但对于垂直位移和水平扭转的约束相对较弱。

(三)主要建筑材料

尼泊尔因地制宜的传统建筑材料造就了纽瓦丽建筑独特的结构体系和建筑装饰特征。尼泊尔的木构建筑主要材料为当地的娑罗树。尼泊尔南部的德赖平原是一片肥沃的冲积平原地带,富含娑罗树森林。娑罗树是一种高质量的木材,树木很高,可以长到30米高,有很宽的横截面,适宜用于柱、支柱、横梁等结构构件的施工,也适宜制作门窗、格栅、模具等,且木料坚固耐用。树脂还可以用来保护暴露在露天环境中的木制结构和建筑构件。娑罗木由于强度高和较好的耐腐蚀性,常用于建造建筑外立面的部分且不需要任何特殊保护处理措施。其他类型的木材,较软和中等质量的,用于建筑内部构件以及家具的制作。

图15 尼泊尔建筑红陶砖饰面及建筑腰线装饰

图16 传统建筑地面铺装方式

尼泊尔建筑墙面通常使用红陶砖饰面(图15),除了镶嵌在清水砖墙内的装饰砖外,还有一些用于铺设人行道的普通砖。这些通常是正方形,三角形或长方形,并以不同的模式铺设(图16)。它们大多出现在古道的人行道上或修道院、宫殿或普通的住宅庭院里。路边的雨水排水沟也是用这些较普通的砖制成。

三、历史修缮状况及地震损伤机理

(一)修缮历史

1974年在联合国教科文组织专家的监管下,九层神庙及附属建筑进行了建筑修复工程⑨工程主要受到了日本资助,也包括英国、法国、意大利、尼泊尔社会援助以及皇宫经费补贴。。修复工程分为三个阶段,第一阶段维修工程于1974年12月底完成,包括组成罗汉庭院建筑群的维修与修复,西北角塔屋顶拆卸安装。第二阶段维修工程开工于1975年9月,包括东南角塔的纠偏工程、东北角塔以及位于两塔之间的罗汉庭院东侧部分的维修工程。第三阶段是对罗汉庭院相关建筑的全面维修、修缮与复建。维修后的罗汉庭院改作博物馆使用,并向公众开放。

图17 九层神庙东南角塔震后整体倾斜模拟模型

图18 木质构件塌落

1978年John Sanday编写的《尼泊尔建筑修复》中提到一些九层神庙维修使用的方法和材料。由于九层塔倾斜较大,当时对屋顶进行了结构性维修;东南角塔倾斜15度,对其进行了纠偏,拆卸重新安装,在砌墙时使用了水泥梁和粘合剂代替木质结构;木构架的连接部分采用了角钢和螺栓进行结构补强。

2010年,尼泊尔文化旅游与民航部考古局对九层神庙西南角塔现存状况进行了较为详细的勘察,针对勘察结果提出了近期维修建议及远期维修计划,包括:治理屋顶漏雨、更换糟朽木构架和补配缺失的木构件、裂缝处墙体局部拆砌、八层中间墙体更换为木梁柱形式,七层、八层和九层墙体建议安装木筋。远期维修建议包括对九层神庙进行详细与深入的研究,重点在于其结构形式与构造做法;另外建议详细地测量、绘制图纸,为进一步维修做准备。在2015年地震之前进行了四层和五层的地面铺墁维修工作。可以说,这些前期的结构加固补强及修缮工作一定程度上提高了九层神庙建筑本身的抗震性能。

2015郭尔喀地震后,尼泊尔考古局对杜巴广场九层神庙采取了抢救性措施,对地震后坍塌、损坏的构件进行了清理和收集工作,并对文物建筑损毁部位进行了临时支顶和遮盖。2015年10月尼泊尔考古局编写了《关于世界遗产地历史遗存建筑物的受损评估报告》,报告描述了加德满都谷地世界遗产地的历史遗迹区地震损坏情况,并就历史遗存的修复和改造提出了一些原则性的建议。

(二)震后残损

加德满都杜巴广场在地震中遭受破坏的文化遗产建筑大多数分布在广场东侧的皇宫庭院周围,经过现场详细勘察,建筑破坏类型包括建筑整体倾斜、砖墙变形裂缝、破木柱滑移和斜木撑掉落等木结构破坏失效,建筑承重砌体墙局部砌体层状剥落等几类主要残损。

1.整体倾斜

2015郭尔喀地震后,杜巴广场部分砖木遗产建筑发生比较明显的整体倾斜。由于加德满都谷地的地质由松软的沉积物构成,部分建筑的地基没有经过处理与加固,砖木结构易受基础不均匀沉降的影响,导致在强烈地震作用下结构发生倾斜(图17)。

2.木构架塌落

如前文介绍,尼泊尔塔庙的一个显著特点就是宽大的屋檐,屋檐的重量主要由斜撑承担。斜撑下端支撑在突出于墙面的木枋上,上端卡到挑檐枋下皮,斜撑上下端与相邻构件的连接不固结。平时斜撑受静力作用,一旦遭遇强震,各构件在强烈地震下的位移幅值较大,导致斜撑坠落或橡木滑脱,斜撑发生位移、脱榫,披檐随之塌落(图18)。

3.变形裂缝

建筑砖墙最常见的地震破坏现象为墙体受到剪切破坏而出现斜裂缝。由于九层神庙结构窗开洞面积较大,在地震作用下,产生窗间墙斜裂缝和窗间梁斜裂缝。同时,由于九层神庙与相邻建筑之间的抗震缝间距过小,相邻两侧墙体在地震时发生相互碰撞,导致墙体破坏。

九层塔北侧底层墙体外表层大面积歪闪变形,向下坐塌达10厘米以上,同时导致西侧与其相接的建筑东端墙体及屋面均严重破坏;东南角塔东侧底层墙体、西北角塔西北角西侧底层墙体外表层大面积歪闪变形达10厘米以上,上部楼层反应加大,致使第四层挑檐局部塌落并砸坏下部与其相连的古印度神庙屋顶,同时由于结构上下刚度突变、顶层鞭梢效应等不利影响,西北角塔第五层东侧与北侧墙体破坏较为严重(图19)。

3.墙体剥离

砖墙的层状剥离是尼泊尔砖木建筑比较独有的一类病害。九层神庙的墙体为砖木结构,由砖墙和木构架组成,分层砌筑,各层之间的连接较弱,整体性较差。墙体砌筑传统灰浆为黄泥,现场取样检测发现其强度很低,靠近墙体外表的灰缝砂浆由于长期受潮、碱蚀、风化等自然老化作用,用手指即可轻易捏碎,致使墙体整体强度及抗剪强度低。由于砖墙是建筑主要的抗侧力和承重构件,因此即使在自身重力荷载的长期作用下,多数墙体已发生普遍的自然老化裂缝破坏。在强烈的地震破坏中,墙体的分层剥离破坏更为严重,对建筑结构产生极大的影响(图20)。

(三)损伤机理

1.工程场地条件不利

九层神庙所处的加德满都市中心属加德满都河谷冲积平原,其工程场地条件与墨西哥城类似,软土沉积层深厚,相当于中国建筑抗震设计规范里面规定的III类场地土,场地特征周期约0.5秒(1.9Hz)。2015郭尔喀8.1级大地震震中距离市中心约80千米,强地震动短周期成分较快,衰减后长周期成分占主导地位。场地对于长周期地震动的放大效应,引起市中心体型较高的建筑结构产生类共振效应。这成为九层神庙建筑群中三座上部楼层以木结构为主的塔楼完全垮塌(西南九层塔、东北角塔)或严重倾斜变形(东南角塔)的主要环境诱因。

2.建筑老化维护欠佳

虽然1970年代九层神庙曾经进行大修,但其建筑墙体砌筑红砖、砂浆以及木质构件材料多已老化,墙体填充物的粘结强度较低,多处墙体、木结构构件出现受潮碱酥、蠕变变形、松动等破坏现象。2015年地震发生时,在重力荷载、竖向位移、水平位移、扭转位移及地震动荷载相互耦合、共同作用下,这些老旧破坏变形进一步扩展加剧,导致局部墙体本已发生砌筑材料老化失效处空鼓歪闪、塌落,或多处木构件变形、装饰构件松动掉落。另外,由于多次维修,造成新老砖墙交错混杂,材料强度不均,墙体的强度分布不均,削弱了墙体的整体性(图21)。

3.结构体系整体性较弱

九层神庙建筑由带有角塔的四层罗汉院与九层塔两个不同时期建造的独立结构体系组成,自身结构整体性较弱。两部分结构体靠南侧和西侧四层连廊的木楼板互相搭接,实现建筑功能上的连通,结构上的连接仅限于两侧连廊与九层塔在四个楼层标高上的木质楼板之柔性连接。两部分建筑的墙体无结构性连接,且回廊外墙体与九层塔外墙交界处无墙体收边构造及明显约束构造。两部分结构体因高度、平面布置不同而导致二者振动特性存在较大差异,尤其是与九层塔相连的南侧和西侧走廊,因其结构特性差异,两部分的地震反应变形存在明显差异,致使二者连接区域破坏严重(图22)。

图19 建筑墙体裂缝

图20 建筑墙体分层剥离

图21 建筑老化变形

另外,九层神庙西北角塔北侧与始建于15—16世纪的印度神庙墙体相接,西南角塔西侧与始建于1903年的总理府建筑墙体相接,东南角塔底部与东侧一层建筑局部相接。由于与相邻建筑高度、体型差别很大,导致地震时结构震动变形反应差异,相互挤压、拉扯,致使西南九层塔南侧底层墙体局部垮塌,垮塌面积涉及角部底层整个开间。

除此以外,尼泊尔建筑的逐层收分的套筒式砖木结构也在一定程度上削弱了建筑的整体抗震性能。尼泊尔王宫建筑层间束腰收分,墙体截面由下向上逐渐递减,且顶层墙体一般直接落于下层木楼板上,与下层墙体断开,导致竖向荷载传递路径不连续,下层墙体偏心受压,削弱了建筑墙体的整体性和承载力。如九层塔六层及以下全部为砖墙承重,结构上第七层与第六层的竖向承载构件之间缺少必要的连续性,与其下部各层相比,第七层墙体截面减少近50%,结构荷载由以砖墙承重为主转换为砖墙与木构架混合承重,存在明显的抗侧刚度突变(图23)。

图22 九层塔上部结构倒塌,与毗邻建筑交接处严重坍塌。

图23 墙体上下层连接节点薄弱

4.建筑构造缺陷

九层神庙建筑分层设置的墙体、大窗开洞以及节点连接等特殊建筑构造在抗震方面具有一定缺陷。砖墙外层较少与墙芯拉结丁砖,墙体分层设置在地震时,表面极易发生空臌、外闪,当结构薄弱截面的抗倾覆力矩小于地震作用产生的倾覆力矩时,结构易发生整体或局部倒塌。九层神庙建筑一层墙体外层砖墙臌闪严重,部分失稳坍塌与此有直接关系。

此外,砖木结构屋檐面积宽大,屋檐上的厚重泥背、瓦片等增加了砖木结构的自重,地震作用也随之增大,进一步加大了建筑倒塌的概率。建筑立面为了追求艺术感而在墙面上开大窗也是地震中建筑墙体、门窗开裂变形的一个主要原因。因为罗汉院外立面墙体开窗面积过大,导致墙体竖向荷载传递路径遭到明显削弱,同时由于窗间墙两侧窗体在窗上方墙体重力荷载作用下严重变形,导致几乎所有窗间墙都有不同程度的破坏,此次地震进一步加剧了破坏程度。

如九层神庙墙体窗洞设置严重削弱墙体竖向承载截面,上部楼层荷载包括三、四层外挑檐斜撑荷载以及墙体自身荷载竖向传递路径混乱,致使长期重力荷载作用下窗框蠕变下垂变形,窗洞角部形成应力集中区域,几乎所有窗洞角部墙体普遍出现裂缝。同时,墙体受自重和水平地震作用力,加上砖墙的抗拉强度较低,墙体易沿洞口角部形成阶梯型斜裂缝。

尼泊尔建筑结构框架中节点连接的薄弱也是导致建筑木构架塌落的一个重要原因。如前文所述,尼泊尔建筑节点的连接通常使用木榫与木销钉结合的方式,在强烈地震中可能发生剪切破坏。此外,木楼板中的内外梁板通过销钉固定,木梁直接插入砖墙中,搁置长度不足,且与楼板周边错固不够,强烈地震作用下,木梁出现拔榫。木柱的破坏原因是木柱上下端的细木销钉横截面积小且应力集中,不能抵抗过大水平剪力,柱础间的过量滑移和梁柱节点处的相对错动使得木柱歪斜,丧失承担上部荷载的能力。

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