【学术分享】尼泊尔加德满都九层神庙建筑特性及地震损伤机理初探（下）

作者：中国文化遗产研究院，国际合作中心

原文刊在《中国文化遗产》，2020年第5期，总第99期。清源分上下两期分享。

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历史修缮状况及地震损伤机理

█ 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]。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。

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年4‧25廓尔噶地震后，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。

█ 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。

2015年廓尔噶地震后，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/九层神庙东南角塔震后整体倾斜模拟模型

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/木质构件塌落

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外闪变形，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外闪变形达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/建筑墙体裂缝

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/建筑墙体分层剥离

█ 损伤机理

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年的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）的主要环境诱因。

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年的地震发生时，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外闪、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/建筑老化变形

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/九层塔上部结构倒塌，与毗邻建筑交接处严重坍塌。

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/墙体上下层连接节点薄弱

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。如前文所讲，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。

注释：

[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。

（本文中未注明出处的图纸、图片均为中国文化遗产研究院项目成果，由作者自绘或拍摄。）

相关链接：

【本期主题】“亚洲文化背景下的真实性”论坛发言节选：尼泊尔地区活态寺院对于真实性概念的挑战

两次地震之间

【尼泊尔震灾跟进报道】文化遗产Crowdmap紧急行动的阶段报告（附报告下载链接）

中国援助尼泊尔加德满都震后修复项目九层神庙开工|清源观察

尼泊尔总理奥利视察援尼泊尔加德满都杜巴广场九层神庙修复项目现场：

http://www.cach.org.cn/tabid/76/InfoID/2269/frtid/78/Default.aspx

尼泊尔总统班达里视察援尼泊尔加德满都杜巴广场九层神庙修复项目现场：

http://www.cach.org.cn/tabid/76/InfoID/2448/frtid/41/Default.aspx

*本期编辑胡玥，排版廷廷。

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