木結(jié)構(gòu)屋頂修繕保護(hù)研究

1?工程概況始建于1958年的江蘇師范大學(xué)云龍校區(qū)師源樓，為徐州市歷史建筑，總建筑面積6?015㎡，主體4層、裙房3層，主體結(jié)構(gòu)采用磚混結(jié)構(gòu)，頂層為磚木混合結(jié)構(gòu)，四坡屋頂。（1）大屋面施工作法。采用豪式木屋架，在木結(jié)構(gòu)檁條上釘40?mm×60?mm木椽條，椽條間距400?mm，木椽條上方鋪1層15?mm厚木望板，木望板上做1道油毛氈防水層，再做25?mm×25?mm掛瓦條，鋪平瓦屋面。（2）檐口作法。出檐懸挑用30?mm×40?mm平頂筋，中線間距400?mm，平頂筋下釘40?mm寬的木板條，木板條面層上再抹反手灰，緊貼平頂筋前端釘有30?mm×50?mm木條，木條外口再釘20?mm×250?mm的封檐板，屋面瓦由檐口鋪至屋脊，封檐板就成了瓦面檐口的落腳點(diǎn)，相當(dāng)于瓦口板的功用。（3）四坡屋面排水體系。通過坡屋面的瓦面層將雨水排至各向屋檐檐口，通過檐口處的集水槽收集雨水，集水槽內(nèi)做好返水坡度，雨水有組織的排向建筑邊角處的落水槽，從而使屋面水有秩序的排至地面，避免雨天出現(xiàn)較大的下水簾。2?使用情況及出現(xiàn)問題建成以來，該建筑一直作為教學(xué)樓使用至今，2019年9月使用單位反映屋面有多處漏雨。經(jīng)過實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)，屋面不平且整體有起伏，約20?%的屋面瓦出現(xiàn)缺損松動，瓦件間有較大縫隙；脊線不順直，脊瓦多處松動破損，坐瓦的水泥砂漿酥堿風(fēng)化失去對脊瓦的約束；檐口存在多處小面積脫落，封檐板表面油漆整體失光褪色，多處漆飾起皮脫落。從房屋內(nèi)部看，木望板受潮腐朽變形，表面有鹽堿漬、泛白痕跡等水痕污染，病害量約占總量的90?%，木椽條表面有水痕污染，病害量約占總量的60?%，由此可推斷，油毛氈防水層的可靠程度降低，已無法防住屋面滲漏下的雨水；部分弦桿、腹桿、木檁等木構(gòu)件存在干縮裂縫，弦桿與腹桿以及構(gòu)架體系相互搭接處鐵扒釘、鐵板對插螺栓等金屬構(gòu)件出現(xiàn)銹蝕（圖1）。(a)

(b)圖1?江蘇師范大學(xué)云龍校區(qū)師源樓出現(xiàn)的部分問題（a）屋面整體有起伏；（b）檐口存在多處小面積脫落為此，委托具有相應(yīng)資質(zhì)的鑒定單位對建筑進(jìn)行殘損等級評估，本建筑殘損等級定為c'級，有中度殘損點(diǎn)，已影響該建筑的安全；其中木椽望殘損等級為c'級，木望板、木椽條上部受潮腐朽較普遍，已影響屋面層的結(jié)構(gòu)安全；上木結(jié)構(gòu)體系定為b'級。3?原因分析該建筑作為教學(xué)樓使用已有62年，且始終沒有經(jīng)過大修，鑒于現(xiàn)場勘查情況進(jìn)行原因分析如下。從表面看，屋面瓦間有較大縫隙、油毛氈損壞導(dǎo)致屋面防水幾乎失效，雨水滲入屋面層內(nèi)部，進(jìn)而引起木望板、木椽條等木構(gòu)件出現(xiàn)嚴(yán)重水污染，室內(nèi)出現(xiàn)漏雨現(xiàn)象。從更深層次分析，屋面瓦間之所以會出現(xiàn)縫隙，很大一部分原因是屋頂結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形。弦桿、腹桿、木檁等木構(gòu)件出現(xiàn)干縮裂縫，節(jié)點(diǎn)金屬構(gòu)件出現(xiàn)松脫、銹蝕以及殘損等級評估也驗證了這一分析。長期負(fù)荷并受自然因素影響下，木材的強(qiáng)度會大幅減弱，金屬構(gòu)件也會出現(xiàn)松脫、銹蝕等現(xiàn)象，影響屋架穩(wěn)定性，引起屋面變形，進(jìn)而引發(fā)屋面瓦出現(xiàn)起伏、瓦件間出現(xiàn)較大縫隙、脊瓦不順直等。同時，屋面出現(xiàn)滲漏后加大了對木構(gòu)件的損傷，降低材料強(qiáng)度、破壞屋面結(jié)構(gòu)，如此周而復(fù)始，形成惡性循環(huán)，如圖2所示。圖2?屋頂結(jié)構(gòu)變形原因分析綜上分析，此次滲漏問題的根本原因在于木屋架的結(jié)構(gòu)變形，屋面滲漏只是表面問題。4?修繕過程4.1?主要修繕內(nèi)容及秉承原則經(jīng)過上述分析，修繕工作小組決定對建筑屋面進(jìn)行揭頂修繕，本次修繕主要包括以下兩方面內(nèi)容。（1）更換防水層及屋面瓦，解決屋面滲漏問題。（2）結(jié)構(gòu)加固，對屋頂木結(jié)構(gòu)進(jìn)行修整加固，解決結(jié)構(gòu)變形問題。由于本建筑為徐州市歷史建筑，承載了獨(dú)特性的歷史信息，具有獨(dú)特的文化內(nèi)涵和價值，因此此次修繕秉承“修舊如舊”的理念，盡可能地做到“原材料、原形制、原工藝、原作法”，堅持不改變歷史建筑原狀、適度保護(hù)、最低限度干預(yù)的原則，排除局部險情、修整損傷部位、加固屋頂結(jié)構(gòu)，保護(hù)好歷史建筑，使其處于健康的狀態(tài)，從根本上解決由于屋頂?shù)陌踩[患所帶來所有問題。4.2?施工過程4.2.1?拆除依次拆除屋面瓦、掛瓦條、油毛氈、木望板等屋面覆蓋層，露出木屋架，拆除過程中對屋面瓦按規(guī)格、損壞程度分別碼放，進(jìn)行分類整理。4.2.2?木構(gòu)件保護(hù)層修復(fù)對裸露的木屋架進(jìn)行除灰除塵、涂抹2遍桐油、噴涂白蟻防治劑，新置換的木椽條、木望板、掛瓦條等木構(gòu)件涂刷兩遍桐油、噴涂白蟻防治劑后才能安裝。4.2.3?結(jié)構(gòu)修整加固屋面揭頂后首先檢查木構(gòu)件情況，設(shè)計人員對木梁、弦桿、腹桿、木檁、木椽條、木望板等木構(gòu)件進(jìn)行一一甄別，對不同情況提出針對性的修整加固方案。（1）木構(gòu)件加固。木構(gòu)件裂縫超過GB/T?50165—2020《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固技術(shù)規(guī)程》要求的進(jìn)行環(huán)氧樹脂木條嵌補(bǔ)，并用碳纖維布進(jìn)行粘貼箍牢加固等，確保滿足受力要求下舊料的最大利用。屋面揭頂后，發(fā)現(xiàn)木屋架與墻體連接良好、木梁基本完好，木檁、弦桿主要出現(xiàn)裂縫問題，僅少量部位被雨水侵蝕，經(jīng)加固后可以滿足受力要求。經(jīng)統(tǒng)計，共139處裂縫，裂縫寬度為0.4~2.0?mm，主要集中在0.5~1.0?mm，此區(qū)間的裂縫占所有裂縫的71.02?%。經(jīng)設(shè)計人員現(xiàn)場甄別，主要采用綁扎法和加緊法進(jìn)行加固，用環(huán)氧樹脂嵌縫后再采用碳纖維布箍牢、增加抱箍、兩梁交接松動處用木楔塞緊等加固保護(hù)措施。（2）更換木構(gòu)件。糟朽、劈裂、撓度下彎超過修繕加固標(biāo)準(zhǔn)的木構(gòu)件按原木材品種原形制進(jìn)行添配。經(jīng)甄別，木椽條、木望板、掛瓦條受潮腐朽嚴(yán)重，決定更換有水痕、糟朽的木椽條，并在原木椽條空檔處新加1道尺寸相同的木椽條；木望板和掛瓦條全部更換，尺寸與原尺寸相同。（3）節(jié)點(diǎn)處理。重新緊固鐵扒釘、對穿螺栓等金屬構(gòu)件，表面涂抹除銹防銹漆；對于銹蝕嚴(yán)重處，重新增加金屬構(gòu)件，表面涂抹防銹劑；對于節(jié)點(diǎn)松脫較為嚴(yán)重處，用木楔塞緊或增加鐵扒釘?shù)冉饘贅?gòu)件，對節(jié)點(diǎn)松動處進(jìn)行有效的扒結(jié)或錨固。4.2.4?防水層修繕拆除已失效的防水材料，用SBS防水卷材代替油毛氈作為防水材料敷設(shè)在木望板表面。4.2.5?屋面瓦施工更換全新的木質(zhì)掛瓦條，固定在SBS防水卷材表面，將屋面瓦固定在掛瓦條上。為保持原有立面效果，盡量使用原有屋面瓦。最終更換的屋面瓦面積約300?㎡，占屋面總面積17?%，新置換的屋面瓦從附近農(nóng)村購買，外表面盡可能保持一致，并穿插使用，盡量保證視覺上的一致性。4.2.6?檐口修復(fù)檢修封檐板、檐口方木、木板條等檐部木構(gòu)件，修補(bǔ)殘損木料、更換糟朽變形的木料，重做木料表面油漆；原狀保留反手灰，局部病害處針對性修補(bǔ)。反手灰表面油漆選用灰白色，與周邊檐口近似，保證整體環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。5?修繕要點(diǎn)5.1?保持原有結(jié)構(gòu)體系不變木梁、木檁、木椽條、木望板、屋面瓦的結(jié)構(gòu)體系得以完全保留。修復(fù)時對結(jié)構(gòu)的所有木構(gòu)件進(jìn)行一一甄別，盡量保留原有材料，對于損害嚴(yán)重的木構(gòu)件進(jìn)行加固或更換。5.2?盡量保留原有施工工藝屋面瓦修復(fù)時，仍采用木質(zhì)掛瓦條掛瓦施工的工藝，檐口部分仍采用木板條表面抹反手灰的做法。5.3?用現(xiàn)代化材料對結(jié)構(gòu)進(jìn)一步加固屋面揭頂后，根據(jù)甄別情況，將開裂的木檁、弦桿、腹桿用環(huán)氧樹脂嵌縫、碳纖維布粘貼箍牢等，增強(qiáng)可靠性，使結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，保證使用安全；所有木構(gòu)件噴涂白蟻防治劑，增強(qiáng)耐久性。5.4?用現(xiàn)有較好材料代替原有較落后材料在修繕過程中,大部分材料仍沿用原有材料品種，僅防水材料發(fā)生了變化。原有防水材料油毛氈在市場上已不多見，且經(jīng)長期實(shí)踐，防水性一般，經(jīng)修繕工作小組研究決定，用SBS防水卷材代替油毛氈作為防水材料。6?修繕保護(hù)成果工程完工至今已歷經(jīng)兩個雨季，每次大雨天氣學(xué)?；ú块T都會對頂層每個房間進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)一處漏雨現(xiàn)象。防雷、排水等設(shè)施恢復(fù)原狀，均正常運(yùn)行。此次修繕不僅解決了漏雨問題，更對建筑物結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新加固，使歷史建筑重新煥發(fā)生機(jī)，保證了歷史建筑保護(hù)與再利用的可持續(xù)性。7?結(jié)論對于木結(jié)構(gòu)建筑的修繕要重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)問題，木材在長期負(fù)荷和自然因素影響下強(qiáng)度會大幅減弱，引發(fā)結(jié)構(gòu)問題。因此要加強(qiáng)對木結(jié)構(gòu)房屋的維護(hù)，定期涂抹防護(hù)劑、金屬除銹防銹漆，進(jìn)行白蟻防治等，如發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)處金屬構(gòu)件出現(xiàn)松脫，及時緊固。屋面滲