我國(guó)古建筑木結(jié)構(gòu)的破壞類型及加固方法

中國(guó)古代建筑主要是木制建筑。由于其獨(dú)特的應(yīng)力性能，它們可以經(jīng)歷風(fēng)雨，保存至今，如唐代五臺(tái)山佛光寺和遼代山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦牟尼塔。

然而，由于自然環(huán)境的影響，木結(jié)構(gòu)本身材料的腐爛和老化，加上修復(fù)工作不及時(shí)，許多古建筑的承載力和穩(wěn)定性不斷下降，甚至處于系統(tǒng)破壞和結(jié)構(gòu)坍塌的危險(xiǎn)境地。

中國(guó)古建筑是人類物質(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)這些古建筑，長(zhǎng)期保存，是當(dāng)代建筑商不可推卸的重要責(zé)任，因此研究木結(jié)構(gòu)加固措施具有重要意義。

在木結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于荷載時(shí)間長(zhǎng)、木材老化等原因，木結(jié)構(gòu)的性能會(huì)不同程度地降低，最終損壞。木結(jié)構(gòu)的常見(jiàn)損傷類型如下：

(1)開(kāi)裂

木材在加工過(guò)程中水分沒(méi)有完全蒸發(fā)，木材表面和內(nèi)部干燥速率不同，導(dǎo)致木纖維內(nèi)外收縮不一致，導(dǎo)致裂縫；木結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，由于長(zhǎng)期荷載，加上木材老化，其拉伸、壓縮、彎曲、剪切性能下降，在外力下產(chǎn)生裂縫。

(2)腐朽

木材的主要成分是纖維素、半纖維素多糖和木質(zhì)素。當(dāng)木材長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中時(shí)，真菌會(huì)繁殖，導(dǎo)致木材腐爛并完全損壞。常見(jiàn)的腐爛部分包括柱腳、柱頭、梁頭和后屋檐檁條。腐爛可以減少構(gòu)件的力截面積和承載力，這對(duì)結(jié)構(gòu)非常不利。

(3)變形

木結(jié)構(gòu)在荷載作用下會(huì)變形，但由于木材老化，承載力下降或結(jié)構(gòu)荷載過(guò)大，變形可能超過(guò)規(guī)范允許值。構(gòu)件變形過(guò)大，不僅影響美觀，而且給結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)很大隱患。

(4)拔榫

榫榫連接是古建筑木結(jié)構(gòu)連接的主要形式，常用于柱、柱、梁、梁之間的連接。在長(zhǎng)期負(fù)荷下，加上木材本身的收縮等因素，榫榫節(jié)點(diǎn)容易松動(dòng)，出現(xiàn)榫榫現(xiàn)象。榫減少了梁柱的力截面積，降低了承載力，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了不利影響。

(5)蛀蟲(chóng)

白蟻是侵蝕木材的主要對(duì)象，白蟻喜陰，多分布在南方，所以南方的木結(jié)構(gòu)容易被蟲(chóng)蛀，北方相對(duì)較少。

加固方法

木結(jié)構(gòu)的加固措施有很多種。一般來(lái)說(shuō)，各種方案相互結(jié)合。以下主要從整體加固和構(gòu)件加固兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。

木結(jié)構(gòu)的整體加固方法

(1)落架大修

即全部或部分拆除木框架，逐一修復(fù)或更換損壞部件或損壞點(diǎn)，然后重新安裝，并在安裝過(guò)程中進(jìn)行整體加固。對(duì)于落架大修工程，應(yīng)先拆除瓦頂，上到下分層拆除望板、椽子、檁條和梁架。在拆卸過(guò)程中，應(yīng)防止榫頭斷裂或斷裂，并采取措施，避免木材構(gòu)件上的彩畫(huà)和墨水書(shū)記磨損。該方法適用于梁架構(gòu)件拔榫、彎曲、腐爛、劈裂嚴(yán)重的維修工程，必須更換構(gòu)件或?qū)㈤久畾w位。缺點(diǎn)是可能會(huì)損壞結(jié)構(gòu)的原貌。

(2)打正

也就是說(shuō)，在不拆除木結(jié)構(gòu)的情況下，將傾斜、扭轉(zhuǎn)、拔榫的結(jié)構(gòu)復(fù)位，然后進(jìn)行整體加固。同時(shí)更換或采取其他修補(bǔ)加固措施，對(duì)個(gè)別嚴(yán)重?fù)p壞的梁、斗、柱等。木構(gòu)件進(jìn)入時(shí)，應(yīng)先拆除瓦頂，拆下望板和部分椽子，清理擦端榫卯縫隙。如有加固鐵件，應(yīng)全部拆除，嚴(yán)重?fù)p壞的檁條、角梁、平板斗等構(gòu)件也應(yīng)先拆除。該方法適用于建筑物外閃嚴(yán)重但大木構(gòu)件完好、需更換或只需更換個(gè)別零件的維修工程。

(3)修整加固

也就是說(shuō)，在不拆除瓦頂和不拆卸框架的情況下，直接對(duì)木框架進(jìn)行整體加固。該方法適用于木框架變形小、構(gòu)件位移小、無(wú)需矯正的維護(hù)工程。

木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固方法

(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（或方向截面尺寸的1/3）時(shí)，可按嵌補(bǔ)方法修復(fù)。當(dāng)裂縫寬度不大于3時(shí)mm當(dāng)裂縫寬度為3~30時(shí)，可在柱的油飾或斷白過(guò)程中用膩?zhàn)庸蠢粘鰜?lái)；mm當(dāng)裂縫寬度大于30時(shí)，可用木條填充，并用耐水膠粘劑粘合；mm當(dāng)時(shí)，除了用木條用耐水膠粘劑填充和粘合外，還應(yīng)在柱的開(kāi)裂段加入2~3個(gè)鐵箍。如果柱的開(kāi)裂段較長(zhǎng)，箍距不應(yīng)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)于梁梁的干縮裂縫，當(dāng)水平裂縫深度小于梁寬或梁直徑的1/4時(shí)，可采用嵌補(bǔ)法進(jìn)行修整，即先用木條和耐水膠粘劑將縫隙嵌補(bǔ)粘結(jié)牢固，再用兩個(gè)以上鐵箍或玻璃鋼箍緊固。

(2)墩接加固法

柱腳腐爛嚴(yán)重，但自柱底面向上不超過(guò)柱高的1/4時(shí)，可采用墩接柱腳的方法。墩接時(shí)，可分為木墩接、鋼筋混凝土墩接、石墩接三種類型。木墩常用的榫榫風(fēng)格有手掌榫、復(fù)制榫等，施工時(shí)，除了注意使橋墩榫緊密接縫外，還應(yīng)增加鐵箍，鐵箍應(yīng)嵌入柱內(nèi)；鋼筋混凝土墩僅用于墻內(nèi)無(wú)露柱，高度不得超過(guò)1m,柱徑應(yīng)大于原柱徑0.2m,并留出0.4m~0.5m用螺栓夾住長(zhǎng)鋼板或角鋼，混凝土強(qiáng)度不得低于C25.柱腳腐爛部分的高度小于0.2m的柱子。

(3)化學(xué)加固法

當(dāng)木材內(nèi)部因蟲(chóng)蛀或腐爛而形成中空時(shí)，如果柱表面厚度不小于50mm,不飽和聚酯樹(shù)脂可用于灌注和加固。首先，在柱中應(yīng)力小的部位開(kāi)孔，然后去除腐爛的木塊和碎屑，最后將樹(shù)脂灌入飽滿，每次灌注量不得超過(guò)3kg,每次間隔不應(yīng)少于300個(gè)min.文獻(xiàn)指出，該法用于加固和維護(hù)徐州戲馬臺(tái)古建筑之一風(fēng)云閣的木柱，加固后無(wú)問(wèn)題，使用效果好。

(4)FRP加固法

FRP復(fù)合材料是由纖維材料和基體材料(樹(shù)脂)按一定比例混合而成的高性能材料。在加固工程中，通過(guò)粘合劑粘貼在加固構(gòu)件表面，以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力。FRP復(fù)合材料具有重量輕、應(yīng)力性能好、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，主要用于木梁、木柱、榫榫節(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)。

中國(guó)古代木建筑歷經(jīng)滄桑，保存至今，是祖先留給我們的寶貴財(cái)富。如何保存這一寶貴財(cái)富是我們不能辜負(fù)的使命。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和木結(jié)構(gòu)研究的深入，優(yōu)化改進(jìn)的木結(jié)構(gòu)加固技術(shù)將為其修復(fù)加固提供更好的依據(jù)和保障。