古建筑木結構的破壞類型及加固方法

一 、研究背景

　　中國古建筑以木建筑為主，它們因其獨特的受力性能，能夠歷經(jīng)風雨，保存至今，如建于唐代的五臺山佛光寺、建于遼代的山西應縣佛宮寺釋迦塔。然而，由于自然環(huán)境的影響，以及木結構本身材料的腐朽老化，再加上修繕工作不及時，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、結構坍塌的危險境地。中國古建筑是人類各時期物質文明和精神文明的體現(xiàn)，是連接歷史的橋梁，具有重要的歷史價值和科學價值，保護好這些古建筑，使其能夠長久保存下去，是我們當代建筑者不可推卸的重要責任，所以研究木結構的加固措施具有非常重要的意義。

二 、類型

　　木結構在長期使用過程中，由于受荷時間長久，加之木材老化等原因，會導致木結構性能不同程度的降低，最終發(fā)生破壞。木結構常見的破壞類型有以下幾種:

(1)開裂

　　木材在加工過程中水分沒有完全蒸發(fā)，木材表層和內(nèi)部干燥速率不同，導致木纖維內(nèi)外收縮不一致，從而產(chǎn)生裂縫;木結構在使用過程中，由于長時間受荷，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)腐朽

　　木材的主要成分為纖維素、半纖維素多糖和木質素等，當木材長期處于潮濕環(huán)境時，會滋生真菌的繁殖，從而導致木材產(chǎn)生腐朽，遭受徹底破壞。常見的腐朽部位有柱腳、柱頭、柁頭和后檐檁等。腐朽可使構件的受力截面積減小、承載力降低，對結構非常不利。

(3)變形

　　木結構在荷載作用下會產(chǎn)生變形，但由于木材老化，造成承載力下降，或者結構負荷過重，可能導致變形超過規(guī)范允許值。構件變形過大，不但影響美觀，也給結構安全帶來很大隱患。

(4)拔榫

　　卯榫連接是古建筑木結構連接的主要形式，常用于柱與柱、柱與梁、梁與梁之間的連接。在長期受荷情況下，加上木材自身的收縮等因素，卯榫節(jié)點容易松動，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，對結構整體產(chǎn)生不利影響。

(5)蛀蟲

　　侵蝕木材的主要對象是白蟻，白蟻喜陰，多數(shù)分布于南方，所以南方木結構易遭蟲蛀，北方相對較少。

三 、加固方法

　　木結構的加固措施有很多種，一般情況下都是多種方案相互結合使用，下面主要從整體加固和構件加固兩個方面對其進行闡述。

1、木結構的整體加固方法

(1)落架大修

　　即全部或局部拆落木構架，對殘損構件或殘損點逐個進行修整、更換殘損嚴重的構件，再重新安裝，并在安裝時進行整體加固。落架大修的工程，應先揭除瓦頂，再自上而下分層拆落望板、椽、檁及梁架。在拆落過程中，應防止榫頭折斷或劈裂，并采取措施，避免磨損木構件上的彩畫和墨書題記。這種方法適用于梁架構件拔榫、彎曲、腐朽、劈裂非常嚴重，必須更換構件或使榫卯歸位的維修工程，不足之處是可能對結構的原貌造成損傷。

(2)打牮撥正

 　　即在不拆落木構架的情況下，使傾斜、扭轉、拔榫的構建復位，再進行整體加固。對個別殘損嚴重的梁枋、斗栱、柱等應同時進行更換或者采取其他修補加固措施。對木構件進打牮撥正時，應先揭除瓦頂，拆下望板和部分椽，并將擦端的榫卯縫隙清理干凈，如有加固鐵件應全部取下，對已嚴重殘損的檁、角梁、平身科斗等構件，也應先行拆下。這種方法適用于建筑外閃嚴重但大木構件完好、不需要換件或僅需換個別件的維修工程。

(3)修整加固

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

2、木結構構件的加固方法

(1)嵌補加固法

　　對于木柱的干縮裂縫，當裂縫深度不超過柱徑(或該方向截面尺寸 1/3)時，可按嵌補方法進行修整。當裂縫寬度不大于3mm 時，可在柱的油飾或斷白過程中，用膩子勾抹嚴實;當裂縫寬度在 3~30mm 時，可用木條嵌補，并用耐水性膠粘劑粘牢;當裂縫寬度大于 30mm 時，除用木條以耐水性膠粘劑補嚴粘牢外，尚應在柱的開裂段內(nèi)加鐵箍 2~3道，若柱的開裂段較長，則箍距不宜大于 0.5m,鐵箍應嵌入柱內(nèi)，使其外皮與柱外皮齊平。

　　對于梁枋的干縮裂縫，當水平裂縫深度(當有對面裂縫時，用兩者之和)小于梁寬或梁直徑的 1/4 時，可采用嵌補的方法進行修整，即先用木條和耐水性膠粘劑，將縫隙嵌補粘結嚴實，再用 2 道以上鐵箍或玻璃鋼箍箍緊。

(2) 墩接加固法

　　當柱腳腐朽嚴重，但自柱底面向上未超過柱高的 1/4 時，可采用墩接柱腳的方法處理。墩接時，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，除應注意使墩接榫頭嚴密對縫外，還應加設鐵箍，鐵箍應嵌入柱內(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1m,柱徑應大于原柱徑的 0.2m,并留出 0.4m~0.5m 長的鋼板或角鋼，用螺栓將原構件夾牢，混凝土強度不應低于 C25;石料墩接可用于柱腳腐朽部分高度小于 0.2m 的柱子。

(3) 化學加固法

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

(4) FRP 加固法

　　FRP 復合材料是由纖維材料與基體材料(樹脂)按照一定比例混合后形成的高性能材料。在加固工程中，通過粘結劑將其粘貼在被加固構件表面，從而提高結構構件的承載力。FRP復合材料具有自重輕、受力性能好、便于施工等優(yōu)點，木結構加固中主要應用與木梁、木柱、榫卯節(jié)點的加固。文獻[5]和文獻[6]對碳纖維布加固木構架榫卯節(jié)點進行研究，結果表明，該加固方式對榫卯節(jié)點強度和剛度提高不是很大，但能恢復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。

4 總結

　　中國古代木建筑歷經(jīng)滄桑，保留至今，是祖先留給我們的寶貴財富，如何將這一寶貴財富繼續(xù)保存下去，是我們不可辜負的使命。本文就木結構的結構特點，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)展和對木結構研究的不斷深入，優(yōu)化改進的木結構加固技術將會對其修復加固工作提供更好的依據(jù)和保障。

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