大同古城墙修复结构设计探讨

文章编号：1009-6825 (2017) 32-0039-02

SHANXI ARCHITECTURE

山 西建筑

Vol.43No.32

Nov. 2017

• 39 •

大同古城墙修复结构设计探讨

(大同市二院建筑设计研究有限责任公司，山

马勇

西大同

037008)

摘要:介绍了大同古城墙的现状及破坏情况，探讨了具体的修复结构设计方案及补强措施，指出古城墙修复不同于其他建设工

程，修复措施是否合理，对古城墙的安全与价值至关重要。关键词:古城墙，修复，补强，裂缝

中图分类号:TU318

历史城市是人类社会物质文明和精神文明的结晶，是一种延 续不断的文化现象。城市既是历史文化的载体，又是社会经济的 文化景观。保持城市景观的延续性,不但是人类现代文明的发展 需要，也是可持续发展的具体行动。作为凝聚了数个朝代精华和 气韵的大同古城，处在城市产业转型的敏感期间,如何保护与合 理利用我市历史文化遗产，是我们目前需要思索的一个战略 课题。

大同市是国家首批公布的24座历史文化名城之一。2300年 前，这里便有了行政建制。汉代名郡、北魏京华、辽京陪都、明清 重镇，凝重的历史积淀，为这片土地留下了极为丰富的历史文化 遗产。现存大同古城墙是明代大将军徐达在汉、魏、唐、辽、金、元 旧土城基础上于明洪武五年（公元1372年）增筑起来的。古城位 于大同市中心区域，面积3. 27 km2,轮廓略呈正方形。城墙高

14 m,上宽12 m,下宽18 m,周长约7. 2 km。墙体以“三合土”夯

填，墙表包以城砖，它的外轮廓像齿轮一样,城墙外轮廓呈凸凹相

间。建有主城门四座，东曰和阳门，南曰永泰门，西曰清远门，北 曰武定门，城门各有登城马道(斜坡，可通马车），同时还建有城门 楼、瓮城、箭楼、望楼、角楼、控军台、护城河、吊桥等一系列军事设 施，明清大同城壮丽雄伟、固若金汤，各种防御设施自成体系，为 我国古代军事建筑中颇具特色的重镇名城。

对大同城墙的破坏，最早当为明末清初的战火，李自成攻大 同，这是一次破坏。还有一次较为严重的是大同总兵姜瓖反清被 平叛后，多尔衮对大同实施屠城。当时，大同府城被斩低五尺，府 衙被掘地三尺，大同废,不立官，曾威赫一时的九边重镇一片荒 芜。之后，对大同城墙进行大规模破坏是在20世纪50年代末，厚 重的城砖被扒去盖了房，裸露的墙体也成了建设取材的场地。从 此以后，大同的古城墙支离破碎。被扒走城砖的墙体禁不住风雨 的冲刷，不少地方陆续倒塌。可以说，大同城墙无论从高度、长度 和宽度都遭到了严重的破坏。穿行于市内,不时可以看到一段土 城墙。虽然城墙外边的砖都被剥掉，但也不难看出其犹存的 雄风。

进人21世纪，修复大同古城墙在全市上下已达成共识。 2008年，大同、市做出了修复古城墙的重大战略决策。

修复的宗旨主要把握两点，一是修旧如旧恢复原貌;二是修复时 注意挖掘其历史文化价值。受市文物局委托，我单位与山西达志 建筑保护有限公司共同承担了修复旧城墙的设计任务，我单位主 要负责旧城墙修复的结构设计工作。经我们前期认真调研，旧城 墙修复存在以下困难:1)旧城墙年久失修，加之50年代末破四旧 的人为破坏，城墙外饰面墙砖基本被拆除，城墙土体有近1/2已 不复存在。2)大部分现存土体均有宽窄不等的裂缝，有的甚至向

收稿日期:2017-09-03

作者简介：马勇（1973-),男，工程师

A

外倾斜，若遇暴雨很可能倒塌会殃及附近建筑和行人。3)城门 楼、箭楼、望楼、角楼也基本没有，需考虑重建。瓮城、月城等已无

踪迹可寻。修缮难度巨大。

针对城墙修缮面临的诸多困难，我单位成立了以总工办牵头 的设计小组，认真分析并实地勘察旧城墙的现状，提出了城墙修 复的结构方案总体思路:立足现状，在保证结构安全的前提下，尽 量采用简单、节约、施工方便的结构方案。下部地基由于常年雨 水渗人和人为扰动，土衬石以下1 m ~2 m范围内土层不能作为 城墙的天然地基，结合地质勘探报告，根据不同情况地基分别采 取3:7灰土换填和大直径人工挖孔桩加固地基,且土衬石以外

1.5 m宽散水部分从基底全部采用3: 7灰土夯填，以防止地表水

渗人地基。其次上部结构根据土体的缺失情况和保留价值分别 采取以下三种方案进行设计：

1)现存少量残损墙段或墙体全无处采用钢筋混凝土框架结 构。优点是可以裸露出古城墙的残垣断壁及历史痕迹，且合理利 用空间，供游客观赏(做法详见图1)。

图1框架城墙剖面图

2)现存部分残损墙段且不具备观赏价值的墙体采用砖混结

构。优点是经济、施工方便(做法详见图2)。

图2砖混城墙剖面图

3)现存大量土体和原有城砖存在的墙段，采用外包砖夯土补

强的方法进行修缮。优点是可以最大限度的保留古城墙历史信 息和原有风貌。

框架结构与砖混结构只要按照现行国家规范设计即可。外包

文献标识码:• 40 •

第43卷第32期

2 0 1 7 年 1 1 月

SHANXI ARCHITECTURE

山西建筑

Vol. 43 No. 32 Nov. 2017

文章编号：1009-6825 (2017) 32-0040-03

腹板开孔冷弯薄壁C型钢纯弯构件直接强度法研究

徐锋锋

(广东理工学院，广东肇庆526100)

摘要:直接强度法（DSM)是冷弯薄壁型钢稳定设计的主要方法,这种方法对腹板未开孔构件设计可行性强，但是对于腹板开孔 构件的适用性还不得而知。选取一定参数的纯弯开孔构件进行了有限元分析，分析表明：纯弯构件发生畸变屈曲的DSM公式在 孔高比为〇. 2,0.4,0.6和0. 8下均需要进行修正,并给出了修正公式。关键词:直接强度法,有限元，冷弯薄壁C型钢，腹板开孔 中图分类号:TU311.4

文献标识码:A

GB 50018—2002冷弯薄壁型钢结构设计规范[3]也没有关于开孔 构件具体的设计方法。开孔冷弯薄壁型钢受弯构件承载力的计 算是否可以采用已有未开孔直接强度法公式计算值得进一步去 研究。

〇引言

目前，冷弯薄壁型钢构件设计方法主要有两种方法:有效截 面法和直接强度法[1]。有效截面法计算过程非常复杂，并且只是 针对构件发生局部屈曲的情况下才能应用。对于发生畸变屈曲

的构件，有效截面法日渐式微。直接强度法（Direct Strength Meth­od,简称 DSM) 是 Schafer 和 PekSz 于 1998 年在冷弯薄壁型钢受弯 构件试验数据基础上提出的一种新的冷弯薄壁型钢构件设计方 法。这是一种非常实用并且有着广阔发展前景的冷弯薄壁型钢 构件承载力设计方法。但是直接强度法的提出和适用是针对未 开孔构件的,对于开孔构件还没有具体的设计方法理论[2]。我国

SO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-S

1直接强度法简介

Schafer■通过对已有的试验数据进行回归整理，建立了冷

弯薄壁型钢受弯构件的直接强度法计算公式。DSM公式分为 两类：一类考虑了畸变屈曲，另一类考虑了局部和整体的相关 屈曲。

考虑畸变屈曲受弯构件抗弯承载力My计算公式为：

SO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-O-S 9-O-S SO-S 9-O-S 9-O-SSO-S 9-C

存在安全隐患的部分土体应及时 砖夯土补强法涉及问题诸多，比如城墙内部新旧夯土衔接问题， 6)原土体裂缝严重及有倾斜处，城墙夯土与外包砖收缩变形问题，现存土体裂缝问题。我们结合 实践采取了以下补强措施：

1)在夯土前应将原城墙表面土体进行清理，为保证原城墙土

体与新夯土层有效结合，随原城墙坡度每隔0.5 m高，垂直于城 墙作一切角，剔除一部分原城墙土体后，再补填新夯土层。新夯 土采用2: 8灰土，压实系数不小于0. 95。灰土应拌合均匀且过 筛，灰土配合比不宜过大，否则会发生膨胀变形。2)城墙顶部下

清理，以保证城墙的安全。

古城墙修复不同于其他建设工程，它是对古城墙实施保护的 实践活动，也是自然科学研究成果的体现。古城墙修复措施是否 合理，对古城墙的安全与价值至关重要。我们以安全为主的原则 和不破坏文物价值的原则，在各个环节上认真调查的基础上，力 求做到对古城墙的修复及保护措施更加合理。只有这样，才能最 大限度的保护好大同古城的历史文化遗产，恢复古城的历史风 貌，提高城市的文化品位,有利于旅游资源的开发利用、促进第三

产业和区域经济可持续发展，历史文化名城才能真正得到体现。

大同古城墙东、南城墙于2011年年前后完工并对游客开放， 西、北城墙于2016年年底全部完工。现在古城墙不仅是古代的

1 m部分采用3:7灰土夯填,既可起到隔水防渗作用也可作为角

楼和望楼的地基。3)城墙夯土与外包砖应同时进行，每隔2.5 m

(水平方向）采用编织条或钢筋网片与外包砖砖墙进行拉结，压进 砖墙内不小于370 mm,压人灰土内不小于1 m,编织条横向间距

为250 mm，竖向间距为500 mm。4)城墙每隔5 m应砲一道肋墙， 军事防御设施，也是大同市历史文化名城的重要组成部分，已成 肋墙伸人夯土层内不小于2 m与原城墙土体顶实，伸缩缝处肋墙 为大同这座千年古都一道亮丽的风景。为双墙，肋墙采用370厚砖砌体砌筑，且每隔0. 5 m砌体内压3根 6钢筋。墙体砌筑方法采用明清营造中的十字梅花丁砌法，每隔 35 m，砌体部分留一道伸缩缝。5)为保证城墙顶面垛墙与夯土部 分有效拉接，在城墙顶面铺砖层下设钢筋混凝土带，间距600 mm。

参考文献：

[1] GB 50011—2010,建筑抗震设计规范[S].[2] GB 50007 — 2011,建筑地基基础设计规范[S] •[3] GB 50003—2011,砌体结构设计规范[S].

Exploration on ancient Datong city wall restoration structure design

Ma Yong

{Datong 2nd Institute Building Design Academy Co. , Ltd, Datong 037008 , China)

Abstract： The thesis introduces the status and damage conditions of ancient Datong city wall, explores specific restoration structure design

scheme and compensation measures, and points out that ： ancient city wall restoration is different from other construction engineering, whether the restoration measure rational or not is ration important for the ancient city wall safety and value.

Key words： ancient city wall, restore, reinforce, cracks

收稿日期=2017-09-06

作者简介:徐锋锋（1990-),男，助教