淺談木結(jié)構(gòu)古建筑加固方法

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摘要：中國古建筑是中國傳統(tǒng)文化的重要載體，古建筑材質(zhì)以木材為主，受自然以及人為因素的影響，加上建成時間較久和木材本身材性問題，出現(xiàn)各種形式的損壞癥狀，本文通過針對不同損壞狀態(tài)特征，討論多種木結(jié)構(gòu)古建筑加固方法并分析其優(yōu)缺點，為木結(jié)構(gòu)古建筑加固保護提供有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：木結(jié)構(gòu)；古建筑；加固方法

引言

我國現(xiàn)有2000多個歷史性城鎮(zhèn)，保存著大量古建筑。中國古建筑以木材、磚瓦為主要建筑材料，充分發(fā)揮材料性能和特點，創(chuàng)造出優(yōu)美的建筑構(gòu)型及相應的建筑風格，取得光輝的成績，是中國傳統(tǒng)文化的重要載體。然而大多數(shù)木結(jié)構(gòu)建筑由于建成時間較長，且在各種自然環(huán)境及人為因素作用下，易發(fā)生變形、裂縫、蟲蛀、糟朽等問題，構(gòu)件的強度也因此降低，在地震、強風、水患、雷電等自然災害的作用下，很有可能出現(xiàn)大面積的結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌，這將嚴重影響人民生命財產(chǎn)安全和古建筑文化的傳承。而且，許多實例表明，不少古建筑遭受的損害，不完全是未加保護所致，而是保護不當所造成的。因此，對古代中國木結(jié)構(gòu)建筑進行科學、正確、有效的修復加固，從安全性和文化傳承保護等方面考慮，具有重要的現(xiàn)實意義。

1損壞形式

現(xiàn)存的木結(jié)構(gòu)古建筑大都有著上百年以上的歷史，由于木材本身物理性能的退化、自然環(huán)境影響以及人為的破壞等因素，使得現(xiàn)存古建筑木結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不同的損壞形式，主要包括以下幾個方面：

1.1開裂

由于木材內(nèi)外層水分蒸發(fā)速度的不同且木材徑向、弦向收縮系數(shù)存在差異，在干燥過程中，容易出現(xiàn)由外向內(nèi)的開裂現(xiàn)象。同時，不同于鋼材、混凝土等材料，木材作為一種非均質(zhì)的、各向異性的天然高分子有機材料，在溫度和濕度變化的情況下，木構(gòu)件裂縫會持續(xù)拓展，使得有效截面減小，導致構(gòu)件的承載能力大大降低。

1.2槽朽、蟲蛀

木材的主要成分包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、鹽類、可溶性多糖、蛋白質(zhì)和其它化合物等，這些組份是一些細菌和昆蟲的營養(yǎng)物質(zhì)，在適宜的溫度、濕度條件下，細菌孢子會分泌酵素，分解、吸收木材中的纖維素和半纖維素及木質(zhì)素，從而使木材發(fā)生糟朽。[1]在我國南方多雨地區(qū)，木材糟朽尤為常見。而昆蟲包括白蟻、蛀木甲蟲、天牛、黃蜂等以木質(zhì)為食，穿孔食蛀木材，造成木材蟲蛀孔洞甚至木材內(nèi)部中空，使得木構(gòu)件有效截面面積減少，承載能力大幅下降，影響整個構(gòu)架安全。在各種木材中，除樟木、杉木、柚木等木材本身具有防蟲作用外，其余大部分常用建筑木料皆不具有防蟲功能。

1.3木節(jié)、斜紋等天然缺陷

木結(jié)構(gòu)古建筑中，有不少構(gòu)件的用料存在木節(jié)、斜紋等天然缺陷，一般情況，由于構(gòu)件的截面尺寸有較大冗余，在沒有受到其他因素的干擾下，可以正常工作；但一旦與領(lǐng)近的其他殘損點組合，就容易產(chǎn)生危及安全的問題。1.4彎曲變形木構(gòu)件在長期荷載作用下，由于材料性能老化、外力破壞或承載力設計冗余不足等原因造成構(gòu)件彎曲變形，不但影響建筑外觀，甚至導致倒塌破壞。

2加固方法

《古建筑木結(jié)構(gòu)維護與加固技術(shù)規(guī)范》明確提出古建筑木結(jié)構(gòu)的維修與加固必須遵守不改變文物原狀的原則。在修繕保護過程中應保存原來的建筑形制、建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料、工藝技術(shù)和傳力體系不變。針對木結(jié)構(gòu)古建筑的損壞程度，制定整體加固方案或?qū)?gòu)件進行局部加固。

2.1整體加固

針對木結(jié)構(gòu)古建筑整體的不同損壞程度，采取以下整體加固方法[2]：（1）修整加固當建筑構(gòu)架整體變形較小，各個構(gòu)件位移、錯位不大，總體損壞程度較輕時，可不拆換各個受力構(gòu)件，直接對木構(gòu)架進行整體修整加固。這種加固方法成本低且施工簡便，較好地保持古建原貌。（2）打牮撥正局部構(gòu)件、古建外觀損壞較為嚴重，但主要承重構(gòu)件完好時，可不拆落木構(gòu)架，先使發(fā)生傾斜、扭轉(zhuǎn)、拔榫的構(gòu)件復位，再進行整體加固，同時更換或加固受損嚴重的構(gòu)件。（3）落架大修當建筑構(gòu)架整體包括主要主要傳、承力構(gòu)件受損嚴重時，應全部或局部拆落木構(gòu)架，同時更換或加固受損嚴重的構(gòu)件。這種加固方法相當于對古建筑進行“解剖手術(shù)”，在一定程度上改變了古建筑的歷史原貌。

2.2局部構(gòu)件加固

（1）墩接加固柱腳或梁枋部分發(fā)生糟朽時，可采用木料或鋼筋混凝土、石料等進行墩接加固；這種加固方法不需要整體拆除替換，最大限度利用原構(gòu)件；但墩接構(gòu)件與原構(gòu)件存在裂縫界面，不能保證構(gòu)件的整體性，且對構(gòu)件原貌改變較大。[3]（2）嵌補加固當構(gòu)件出現(xiàn)表層干縮裂縫，可采用膩子、桐油灰、環(huán)氧樹脂或其他膠粘劑灌膠嵌補裂縫孔、洞，當裂縫寬度較大時，可先用木條嵌補，再用膠粘劑粘牢，并在裂縫區(qū)域內(nèi)用鐵箍或FRP箍箍緊。嵌補加固僅適用于裂縫發(fā)展深度不超過截面尺寸1/3的損壞構(gòu)件，且承載能力不如原構(gòu)件。（3）鐵箍加固當構(gòu)件表層裂縫發(fā)展深度超過截面尺寸1/3或出現(xiàn)貫穿縱向裂縫時，采用鐵件將構(gòu)件箍緊，通過鐵件的約束作用可顯著提高構(gòu)件的承載能力。采用鐵箍加固需要做好防銹措施，一旦鐵件發(fā)生嚴重銹蝕，會顯著降低約束效果，且影響古建筑外觀。（4）化學加固梁枋、柱因發(fā)生蟲蛀或腐朽而形成內(nèi)部中空時，但構(gòu)件表層結(jié)構(gòu)完整，且完好厚度不小于50mm時，可先將內(nèi)部朽爛部分清理干凈后，灌注改性環(huán)氧樹脂灌漿料加固，當中空部分較大時，宜先用原構(gòu)件相同材質(zhì)木料填充后灌注改性環(huán)氧樹脂灌漿料加固。（5）FRP加固FRP材料具有輕質(zhì)高強、高彈性模量、耐蟲蛀、易施工等特點，是近年來國內(nèi)外應用較多的一種新型加固材料?，F(xiàn)有研究表明FRP加固木構(gòu)件能夠顯著提高構(gòu)件的承載能力和剛度，同時對構(gòu)件的延性也有一定程度的改善；但對于長期性能、耐疲勞性能的研究較為缺乏，同時，F(xiàn)RP加固木構(gòu)件會明顯改變古建筑的原貌。[4]（6）支頂加固通過在木梁下設置附加支座進行支頂加固，可有效降低跨中彎矩和跨中撓度，減少構(gòu)件的彎曲變形。支頂加固施工便捷，不改變構(gòu)件原貌，但會改變原構(gòu)件的傳力體系。[5]（7）更換新構(gòu)件當木構(gòu)件受損嚴重時，利用上述種種加固方法進行加固并不現(xiàn)實，只能采用更換新構(gòu)件進行加固修復。新構(gòu)件應優(yōu)先采用與原構(gòu)件相同的樹種木材，當確有困難時，應選取強度等級不低于原構(gòu)件的木材代替。

3結(jié)語

我國擁有大量的木結(jié)構(gòu)古建筑，普遍存在各種不同程度不同狀態(tài)的損壞，必須加以修繕和加固。要根據(jù)實際情況選擇適當?shù)募庸谭椒ê秃线m的施工材料，防止因修繕加固而造成對古建筑歷史文化風貌的破壞，真正做到“修舊如舊”。

參考文獻

[1]梁歌,方文斌.化學防腐技術(shù)與古建筑保護[D].[J].建筑與文化,2017,0(2):130-131

[2]古建筑木結(jié)構(gòu)維護與加固技術(shù)規(guī)范(GB50165-92)[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1992.

[3]羅才松,黃奕輝.古建筑木結(jié)構(gòu)的加固維修方法述評[J].福建建筑，2005(5):196-201.

[4]邵勁松，薛偉辰，劉偉慶，王樂.FRP加固木結(jié)構(gòu)研究和應用綜述[J].玻璃鋼/復合材料，2015（4）：91-95.

[5]劉成偉.村鎮(zhèn)木結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固技術(shù)研究[D],華中科技大學碩士學位論文，2010.01

作者：李云雷 陳良金 單位：湄洲灣職業(yè)技術(shù)學院建筑工程系