古建筑木結(jié)構(gòu)的破壞類型及加固方法

古建筑木結(jié)構(gòu)的破壞類型及加固方法1研究背景

中國(guó)古建筑以木建筑為主，它們因其獨(dú)特的受力性能，能夠歷經(jīng)風(fēng)雨，保存至今，如建于唐代的五臺(tái)山佛光寺、建于遼代的山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔。然而，由于自然環(huán)境的影響，以及木結(jié)構(gòu)本身材料的腐朽老化，再加上修繕工作不及時(shí)，許多古建筑的承載力和穩(wěn)定性不斷下降，甚至處于體系破壞、結(jié)構(gòu)坍塌的危險(xiǎn)境地。中國(guó)古建筑是人類各時(shí)期物質(zhì)文明和精神文明的體現(xiàn)，是連接歷史的橋梁，具有重要的歷史價(jià)值和科學(xué)價(jià)值，保護(hù)好這些古建筑，使其能夠長(zhǎng)久保存下去，是我們當(dāng)代建筑者不可推卸的重要責(zé)任，所以研究木結(jié)構(gòu)的加固措施具有非常重要的意義。

2破壞類型

木結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于受荷時(shí)間長(zhǎng)久，加之木材老化等原因，會(huì)導(dǎo)致木結(jié)構(gòu)性能不同程度的降低，最終發(fā)生破壞。木結(jié)構(gòu)常見(jiàn)的破壞類型有以下幾種[1~2].

2.1開(kāi)裂

木材在加工過(guò)程中水分沒(méi)有完全蒸發(fā)，木材表層和內(nèi)部干燥速率不同，導(dǎo)致木纖維內(nèi)外收縮不一致，從而產(chǎn)生裂縫；木結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，由于長(zhǎng)時(shí)間受荷，加之木材老化，其抗拉、抗壓、抗彎、抗剪性能下降，從而在外力下產(chǎn)生裂縫。

2.2腐朽

木材的主要成分為纖維素、半纖維素多糖和木質(zhì)素等，當(dāng)木材長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境時(shí)，會(huì)滋生真菌的繁殖，從而導(dǎo)致木材產(chǎn)生腐朽，遭受徹底破壞。常見(jiàn)的腐朽部位有柱腳、柱頭、柁頭和后檐檁等。腐朽可使構(gòu)件的受力截面積減小、承載力降低，對(duì)結(jié)構(gòu)非常不利。

2.3變形

木結(jié)構(gòu)在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生變形，但由于木材老化，造成承載力下降，或者結(jié)構(gòu)負(fù)荷過(guò)重，可能導(dǎo)致變形超過(guò)規(guī)范允許值。構(gòu)件變形過(guò)大，不但影響美觀，也給結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)很大隱患。

2.4拔榫

卯榫連接是古建筑木結(jié)構(gòu)連接的主要形式，常用于柱與柱、柱與梁、梁與梁之間的連接。在長(zhǎng)期受荷情況下，加上木材自身的收縮等因素，卯榫節(jié)點(diǎn)容易松動(dòng)，發(fā)生拔榫現(xiàn)象。拔榫使梁柱的受力截面積變小、承載力降低，對(duì)結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生不利影響。

2.5蟲(chóng)蛀

侵蝕木材的主要對(duì)象是白蟻，白蟻喜陰，多數(shù)分布于南方，所以南方木結(jié)構(gòu)易遭蟲(chóng)蛀，北方相對(duì)較少。

3加固方法

木結(jié)構(gòu)的加固措施有很多種，一般情況下都是多種方案相互結(jié)合使用，下面主要從整體加固和構(gòu)件加固兩個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行闡述。

3.1木結(jié)構(gòu)的整體加固方法

3.1.1落架大修

即全部或局部拆落木構(gòu)架，對(duì)殘損構(gòu)件或殘損點(diǎn)逐個(gè)進(jìn)行修整、更換殘損嚴(yán)重的構(gòu)件，再重新安裝，并在安裝時(shí)進(jìn)行整體加固。落架大修的工程，應(yīng)先揭除瓦頂，再自上而下分層拆落望板、椽、檁及梁架。在拆落過(guò)程中，應(yīng)防止榫頭折斷或劈裂，并采取措施，避免磨損木構(gòu)件上的彩畫和墨書題記。這種方法適用于梁架構(gòu)件拔榫、彎曲、腐朽、劈裂非常嚴(yán)重，必須更換構(gòu)件或使榫卯歸位的維修工程，不足之處是可能對(duì)結(jié)構(gòu)的原貌造成損傷。

3.1.2打牮撥正

即在不拆落木構(gòu)架的情況下，使傾斜、扭轉(zhuǎn)、拔榫的構(gòu)建復(fù)位，再進(jìn)行整體加固。對(duì)個(gè)別殘損嚴(yán)重的梁枋、斗栱、柱等應(yīng)同時(shí)進(jìn)行更換或者采取其他修補(bǔ)加固措施。對(duì)木構(gòu)件進(jìn)打牮撥正時(shí)，應(yīng)先揭除瓦頂，拆下望板和部分椽，并將擦端的榫卯縫隙清理干凈，如有加固鐵件應(yīng)全部取下，對(duì)已嚴(yán)重殘損的檁、角梁、平身科斗等構(gòu)件，也應(yīng)先行拆下。這種方法適用于建筑外閃嚴(yán)重但大木構(gòu)件完好、不需要換件或僅需換個(gè)別件的維修工程。

3.1.3修整加固

即在不揭除瓦頂和不拆動(dòng)構(gòu)架的情況下，直接對(duì)木構(gòu)架進(jìn)行整體加固。這種方法適用于木構(gòu)架變形較小、構(gòu)件位移不大、不需要打牮撥正的維修工程。

3.2木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固方法

3.2.1嵌補(bǔ)加固法

對(duì)于木柱的干縮裂縫，當(dāng)裂縫深度不超過(guò)柱徑（或該方向截面尺寸1/3）時(shí)，可按嵌補(bǔ)方法進(jìn)行修整。當(dāng)裂縫寬度不大于3mm時(shí)，可在柱的油飾或斷白過(guò)程中，用膩?zhàn)庸茨▏?yán)實(shí)；當(dāng)裂縫寬度在3~30mm時(shí)，可用木條嵌補(bǔ)，并用耐水性膠粘劑粘牢；當(dāng)裂縫寬度大于30mm時(shí)，除用木條以耐水性膠粘劑補(bǔ)嚴(yán)粘牢外，尚應(yīng)在柱的開(kāi)裂段內(nèi)加鐵箍2~3道，若柱的開(kāi)裂段較長(zhǎng)，則箍距不宜大于0.5m,鐵箍應(yīng)嵌入柱內(nèi)，使其外皮與柱外皮齊平。

對(duì)于梁枋的干縮裂縫，當(dāng)水平裂縫深度（當(dāng)有對(duì)面裂縫時(shí)，用兩者之和）小于梁寬或梁直徑的1/4時(shí)，可采用嵌補(bǔ)的方法進(jìn)行修整，即先用木條和耐水性膠粘劑，將縫隙嵌補(bǔ)粘結(jié)嚴(yán)實(shí)，再用2道以上鐵箍或玻璃鋼箍箍緊。

3.2.2墩接加固法

當(dāng)柱腳腐朽嚴(yán)重，但自柱底面向上未超過(guò)柱高的1/4時(shí)，可采用墩接柱腳的方法處理。墩接時(shí)，根據(jù)腐朽程度、部位和墩接材料，可分為木料墩接、鋼筋混凝土墩接和石料墩接三種類型。木料墩接常用榫卯樣式有巴掌榫、抄手榫等，施工時(shí)，除應(yīng)注意使墩接榫頭嚴(yán)密對(duì)縫外，還應(yīng)加設(shè)鐵箍，鐵箍應(yīng)嵌入柱內(nèi)；鋼筋混凝土墩接僅用于墻內(nèi)的不露明的柱子，高度不得超過(guò)1m,柱徑應(yīng)大于原柱徑的0.2m,并留出0.4m~0.5m長(zhǎng)的鋼板或角鋼，用螺栓將原構(gòu)件夾牢，混凝土強(qiáng)度不應(yīng)低于C25;石料墩接可用于柱腳腐朽部分高度小于0.2m的柱子。

3.2.3化學(xué)加固法

木材內(nèi)部因蟲(chóng)蛀或腐朽形成中空時(shí)，若柱表層完好厚度不小于50mm,可采用不飽和聚酯樹(shù)脂進(jìn)行灌注加固。首先應(yīng)在柱中應(yīng)力小的部位開(kāi)孔，然后清除朽爛的木塊、碎屑，最后灌入樹(shù)脂至飽滿，且每次灌注量不宜超過(guò)3kg,每次間隔時(shí)間不宜少于30min.文獻(xiàn)[4]中指出，該法用于徐州戲馬臺(tái)古建筑群之一風(fēng)云閣的木柱加固維修，加固后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，使用效果良好。

3.2.4FRP加固法

FRP復(fù)合材料是由纖維材料與基體材料（樹(shù)脂）按照一定比例混合后形成的高性能材料。在加固工程中，通過(guò)粘結(jié)劑將其粘貼在被加固構(gòu)件表面，從而提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力。FRP復(fù)合材料具有自重輕、受力性能好、便于施工等優(yōu)點(diǎn)，木結(jié)構(gòu)加固中主要應(yīng)用與木梁、木柱、榫卯節(jié)點(diǎn)的加固。文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[6]對(duì)碳纖維布加固木構(gòu)架榫卯節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，該加固方式對(duì)榫卯節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和剛度提高不是很大，但能恢復(fù)到未破損之前的狀態(tài)，適合于破損程度較小的榫卯節(jié)點(diǎn)。

4總結(jié)

中國(guó)古代木建筑歷經(jīng)滄桑，保留至今，是祖先留給我們的寶貴財(cái)富，如何將這一寶貴財(cái)富繼續(xù)保存下去，是我們不可辜負(fù)的使命。本文就木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，論述了其破壞的幾種類型和常用的加固措施。隨著科技的發(fā)展和對(duì)木結(jié)構(gòu)研究的不斷深入，優(yōu)化改進(jìn)的木結(jié)構(gòu)加固技術(shù)將會(huì)對(duì)其修復(fù)加固工作提供更好的依據(jù)和保障。

[1]周乾，等。古建筑木結(jié)構(gòu)加固方法研究[J].工程抗震與加固改造，2009（1）。

[2]史喜寶，王建省。北京古建筑民居木結(jié)構(gòu)加固方法及應(yīng)用研究[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014（1）。

[3]GB50165-92,古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技