蒙泰斯陵墓結構報告 By Kin Hui
執行摘要
本報告旨在根據2022 年1 月期間參觀格拉斯哥墓地蒙泰斯陵墓收集的調查結果制定結構修復和加固方案。它包括我對調查結果的解釋，這些調查結果揭示了在報告中解釋的情況下正在發生一定程度的建築移動。建築物所在的擋土牆倒塌說明了地面的不穩定。本報告也研究了建築物的結構幹預，以協調遺產保護的原則。
（一）背景
(1) 網站描述
大墓地是A 類列出的墓地，於1970 年12 月15 日被列入古蹟名錄。大教堂方向穿過橫跨威沙特街 (Wishart Street) 的歷史悠久的人行天橋。
如圖1所示，大墓地坐落在一座小山上，山頂可俯瞰格拉斯哥市。山頂海拔+146m。除了橫跨山上的各種建築古蹟外，大墓地也是一個風景優美的保護區，蜿蜒的小路在傾斜的地形上以之字形延伸。
圖 2 以紅點表示蒙泰斯陵墓 (Monteath Mausoleum)，該陵墓位於俯瞰城市南部的山脊上。陵墓位於陡坡邊緣附近。陵墓的精確座標是北緯55°51'41.7”，西經4°13'57.4”。它的正門面向東方。蒙泰斯陵墓 (Monteath Mausoleum) 是墓園中最大、裝飾最精美的紀念碑之一。
(2) 作為維多利亞公墓的大墓地
由於18世紀末的工業革命，維多利亞時代早期格拉斯哥市的人口出現了前所未有的增長。建造新墓地的想法源於該市現有墓地衛生條件差和不衛生的情況。它也可以被認為是資本主義的產物，因為當時擁有該遺址的商人之家認為，將這片丘陵露頭改造成維多利亞時代精英的時尚花園墓地是一項利潤豐厚的事業。
格拉斯哥大墓地以風景如畫的拉雪茲神父公墓為藍本，拉雪茲神父公墓建於1804 年，是巴黎第一座也是最大的市政公墓。主題，以宏偉的姿態給遊客留下深刻的印象。圖4是一張歷史照片，展示了維多利亞時代從墓地入口處看到的全景。紅色圓圈區域是蒙特斯陵墓，矗立在山頂上。
(3) 蒙蒂斯陵墓簡史
陵墓由蘇格蘭建築師 David Cousin of Messrs. Cousin and Gale 於 1842 年設計。他與他的兄弟詹姆斯·蒙特思·道格拉斯共用這座陵墓。儘管正面的石雕錯綜複雜，但無論是在紀念碑的內部還是外部，都找不到任何提及逝去者的名字。
(B) 結構調查
(4) 風的影響與地面條件
由於紀念碑位於山頂，可以看出建築物受到強風的影響。圖 6 中格拉斯哥的風玫瑰圖顯示盛行風主要來自西南方向。格拉斯哥一月最大風月的平均風速可達每小時23.6公里。風速會隨著高度的增加而增加。需要注意的是，當風流過圓形物體時，會發生渦旋脫落。如圖6所示，風尾在背風面會產生湍流和渦流。紀念碑入口門廊造型的嚴重侵蝕就是渦流效應的例證。
建築物也非常靠近擋土牆的邊緣。圖 7 的照片取自斯特拉斯克萊德大學先前學生的報告，顯示碎石牆已部分倒塌。倒塌的大致範圍已在平面圖 C 部分中標出。由於陵墓靠近碎石牆，部分倒塌可能是由於紀念碑基腳對擋土結構施加的側向壓力造成的。它表現出一定的地面條件不穩定性。
（五）建設條件
該紀念碑是一座整體磚石建築，由吉夫諾克砂岩建造。由於砂岩本質上是多孔的，因此建築物容易將水分吸收到其結構中。在內部和外部都觀察到黑色結皮的形成。大面積的裝飾線條正在失去表面，這表明建築物正在加速侵蝕。
圖 9 是在入口門廊附近的 SE2 立面拍攝的。圖中紅色箭頭表示紀念碑的底座沉入地下。這解釋了上述位置建築物的下沉。
圖10是在北立面NW4立面拍攝的。圖中的紅色箭頭表示北立面地面上積聚的水坑。毗鄰的步道從地勢較高的地方向陵墓的位置傾斜，導致基座附近地表徑流過多聚集。
圖11是在入口門廊的門檻處拍攝的。它說明內部地面低於外部地面。這將導致內部容易從外部進入水。
從圖9至圖11的圖片中我們可以看出，建築物下方的土壤很可能會被水浸透。飽和土在壓力下的壓縮導致土壤固結。它將導致土壤體積減少，從而導致建築物沉降。冬季土壤中的水結冰和融化進一步加劇了這種情況。
圖 12 顯示了東南立面附近的屋頂瓦片間隙。屋頂瓦片的位移可能反映了主建築正在發生的移動。這會造成物體從高處墜落的危險，因此今後對建築物內部進行現場檢查時應採取預防措施。
圖 13 牆剖面草圖顯示了位於支撐下坡屋頂的圈樑下方的外牆部分。它遵循格拉斯哥磚石建築的典型牆體結構，外部飾有方石，內部飾有粗糙的碎石牆。
(三) 結構分析
(6) 建築物傾斜
目視觀察，紀念碑似乎向東南方向傾斜。理論上，這可能是由於土壤固結問題以及風引起的側壓力造成的。風對紀念碑的影響應透過計算流體動力學（CFD）模擬進一步驗證。需要注意渦旋脫落的複雜性。圖 15 的橫斷面以圖形方式說明了關於傾覆和不均勻沉降的假設。外磚石牆提供了抵抗傾覆的槓桿。它將導致合力作用於基礎中心，進而導致基礎上的偏心載荷（如所圈）。根據進一步的地面調查和監測，可能需要對受影響的基礎進行某種加固，以防止情況進一步惡化。另一方面，結構的移動會導致另一側隆起。建築物所承受的內應力解釋了為什麼燈籠屋簷處的磚石會出現 縫隙。
(7) 裂紋測繪
在圖 16 中，可以注意到 NW1 和 SW1 立面之間的高層存在裂縫，顯示結構發生了某種移動。屋簷邊緣表面有明顯的錯位，這成為結構問題的區域。
(8) 結構行為
載入路徑如紅色箭頭所示。從頂部開始，內管燈籠的荷載向下傳遞到柱子的內環以及石檁條上。檁條上的力導致向外的推力，該推力受到環樑的限制。環梁應該將結構固定在一起。它由外磚石牆支撐，將荷載進一步傳遞到地基。
圖18顯示了立柱內環的兩種不同佈置。實際的列排列遵循左側的模式。需要注意的是，這種柱子的平行佈置，當上方拱的推力沒有落在柱子的質心上時，會增加偏心的風險。優選的配置是右側的徑向佈置，其中柱中心與徑向軸線對齊。因此，內環柱的佈置對紀念碑的結構行為造成了固有的弱點。
(D) 調查
(9) 地面勘察
潛在的結構問題從根本上來自於地下條件。它要求調查建築物下方的土壤類型。應就土力學相關問題尋求岩土工程師的專業知識。地面調查對於徹底了解土壤特性至關重要。地面勘察有兩種方法。首先，應在建築物週邊進行試坑，直到地基所在的水平。這將有助於檢查建築物的地基條件，如果在後期發現需要加固地基，這將非常有用。對蒙泰斯陵墓來說，問題在於基礎系統可能是散式基礎而不是筏式基礎。如果是前一種情況，在沒有地樑的軟弱土上展開的基礎很容易出現不均勻沉降。因此，應進行開挖範圍，以了解下部結構的情況。在坑或溝渠開挖過程中應格外小心並進行密切現場檢查，以確保開挖不會造成任何損壞或任何移動。挖掘必須正確支撐。第二種方法是鑽孔。必須記住，這將是一項昂貴的工程，在鑽孔工程之前必須尋求足夠的資金。記錄地面調查將有助於獲取土壤樣本進行實驗室測試。這也將有助於確定承載地層所在的水平面，並且對於未來結構加固工程的規劃也很有用。由於建築物位於斜坡邊緣附近，需要確定該斜坡是否為岩石斜坡。這對於確定建築物所在斜坡的穩定性至關重要。
(10) 計算流體力學 (CFD) 和遺產建築資訊模型 (HBIM)
風速會隨著態度而增加。此外，如第4節所述，渦流脫落是圓形結構中很可能發生的現象。風對建築物影響的複雜性可以透過CFD進行模擬。這將提供有關風壓分佈和作用在建築物上的風型的清晰圖像。這將有助於確定未來透過植樹的緩解措施。使用軟體（例如 Revit.）在電腦中建立 3D 模型，並附上陵墓的物理模型，將在進行任何干預之前更好地理解結構行為，以便進行全局結構分析。我們注意到，第三方已經對陵墓進行了雷射掃描，本報告中的草圖基於附錄中提供的雷射掃描獲得的點雲數據。
(11)其他無損檢測
紅外線掃描是通常對建築遺產進行的無損檢測之一。它將有助於追蹤水滲透到建築結構的路線和程度。由於蒙泰斯陵墓的外牆普遍存在開縫，因此應進行紅外線照射，以確保一定的水遷移和建築結構內部的水分滯留程度。
儘管扁平千斤頂測試是一種輕微破壞性的技術，但仍應在合格結構工程師的監督下對磚石立面進行。它將產生有關彎曲應力或磚石結構中承受的任何偏心載荷的可靠數據。
(E) 幹預
保護哲學包含價值概念。奧地利藝術史學家阿洛伊斯·里格爾談到了古董價值、歷史價值和有意紀念價值的問題。換句話說，需要從真實性和完整性的角度來看。任何干預不得損害主題文物或建築遺產。修復工程需要保持在最低限度，以穩定紀念碑。工作性質應是可逆的。新添加的元素應可識別並與現有元素相容。
(12) 鞏固基礎
在採取基礎加固措施之前，首先要確定以下內容。我們需要查明裂縫和沈降是否是持續移動的跡象。有時，它們可能是很久以前的運動。如果是後者，則應在沒有任何干預的情況下進行移動。正如 SPAB 保護領域權威 AR Powdys 所評論的那樣，應盡可能對可疑的基礎障礙進行檢查，以證明不需要進行任何工作。對基礎的改造可能會導致與它們修復的舊缺陷一樣多的新缺陷[1]。因此，應在合理的時間內對裂縫和沈降進行監測。可以設置沉降樁來監測不均勻沉降的地面。接頭處的洩漏將檢測結構隨時間的移動程度。為避免損壞石材，不建議使用螺絲固定的表面安裝方式。相反，連接wifi的電子儀表將提供測量的便利，並達到避免因安裝設備而造成物理損壞的目的。鉛垂線和全站儀有助於檢查建築物的垂直度。由於紀念碑目前向一個方向傾斜，定期監測垂直度將傳達差異沉降的情況。對於地下，應使用壓力計監測土壤中的地下水位。
對於基礎加固，微型樁打是可選方法。這種方法的缺點是，將微型樁打入地下會引起振動，這對於陵墓脆弱的環境是不利的。因此，鎖挖樁打比動力樁打受歡迎。另一種方法是在牆基周圍澆築後張法鋼筋混凝土環。我們必須記住，全面支撐的成本總是很高，因此，在資金來源短缺的情況下，部分支撐會是有利的。土壤灌漿是鞏固地面以防止進一步沉澱的另一種方法。
(13) 鷹架
潮濕是造成紀念碑腐爛的主因。安裝棚架提供庇護將有利於建築物的乾燥過程。由於蒙泰斯陵墓位於大墓地的顯要位置，因此應特別注意鷹架的美觀。棚架的使用壽命相當長，值得良好的設計。
本報告中提到了京都銀閣的鷹架（圖19）。使用由管狀鋼製成的水平桁架系統將在紀念碑上提供大跨度，而不需要太多的垂直支撐，以免阻礙紀念碑的視野。此外，由於紀念碑位於斜坡邊緣，地面上可供鷹架支撐的空間非常有限。因此，對於蒙泰斯陵墓的情況（圖21），桁架結構將是一個很好的解決方案。需要明確承包商對鷹架設計提交的結構計算要求，並需經結構工程師批准。
(14) 排水
陵墓也受到基座附近收集的地表徑流的困擾，這是土壤固結的重要原因。因此，為地面徑流提供良好的排水系統非常重要。建議沿著建築物週邊地面設置渠道以收集雨水。通道蓋應由不銹鋼過濾器上的鵝卵石製成，以便在視覺上與紀念碑和周圍環境融為一體。
附錄 - 第三方點雲
