木结构古建筑加固与保护论文.pdf

木结构古建筑的加固与保护木结构古建筑的加固与保护摘 要：中国古建筑一般以砖、木或夯土为主要的建筑材料，以木结构为主，具有重要的历史和文化价值。建筑一旦遭到破坏，不可再生，造成历史文化遗产不可弥补的损失。根据木结构的建筑结构特点和不同的破坏类型，讨论不同的破坏症状，例如开裂、腐朽、拔榫等，并以此为基础，介绍相应的加固和保护的方法。为木结构古建筑的加固和保护提供参考依据。1 引言中国古建筑是我们祖先留下的文化遗产的一部分，是重要的地面文物，它既是名胜古迹的重要组成部分，又是学习和继承遗产的主要对象，是城市历史文明的见证，是人类物质文明和精神文明的结晶，具有重要的历史价值和科学价值。中国古建筑最具有代表性的是大木作结构，这种结构在世界建筑史上独树一帜，其影响远及东亚各国，成为东方建筑的代表。但是古建筑修建年代长久，加上风雨侵蚀、微生物破坏、温湿度的交替变化及维修不善，结构的本身已有不同程度的损伤，如梁柱变形、节点拔榫等。因此有必要对古建筑木结构进行加固和保护。2.破坏类型古建筑木结构长期受到外力（风和地震）和自然作用（雨雪侵蚀或微生物破坏），导致其结构材料性能下降，由此产生不同类型的破坏，主要有以下几个方面1：2.1 开裂一些木材由于在制作当时没有干，其表面部分比内部容易干燥，而木纤维的内外收缩不一致，年久后由于木料本身的收缩而产生裂缝；或由于梁、柱受荷时间过长，木材本身材质下降导致抗拉、压、弯、剪性能降低，使得在外力作用下木材产生开裂现象。2.2 腐朽木结构长期处于潮湿环境中，很容易发生腐朽，腐朽使得梁、柱构件抗拉、压、弯、剪截面面积减小，承载力降低，对整个木结构非常不利。2.3 挠度木梁在在长期荷载作用下，由于材料性能老化造成木材弹性模量降低以及抗弯能力下降，导致跨中挠度大大超过规范允许值。挠度不仅仅影响古建筑的外观，而且长期发展下去容易使木梁产生受弯破坏。2.4 拔榫在长时间外力作用或木材本身收缩等因素影响下，梁、柱节点位置很容易发生拔榫现象。拔榫使得梁、柱构件有效受力截面减小，容易产生拉、压、弯、剪破坏，对木结构整体性造成一定影响。3 加固方法古建筑木结构构件加固的方法有多种，而且常常几种方法结合使用。常用的加固方法1-3有：（1）墩接加固法：即将柱子糟朽部分截掉，换上新料，通常用于柱根的加固。常见的作法是做刻半榫墩接，方法是：将接在一起的柱料各刻去直径的 1/2 作为搭接部分，搭接长度一般为柱径的11.5倍，端头做半榫，以防搭接部分移位。（2）嵌补加固法：当梁、柱裂缝不大或梁、柱轻微糟朽时可采用嵌补加固法。对于梁的干缩裂缝，当构件的水平裂缝深度小于梁宽或梁直径的 1/4 时，可先用木条和耐水性胶粘剂，将缝隙嵌补粘接严实，再用两道以上的铁箍或玻璃钢箍箍紧。对于木柱的干缩裂缝，当其深度不超过柱径（或该方向截面尺寸）1/3，且裂缝宽度小于 30mm时，可用木条嵌补，并用耐水性胶粘剂粘牢4。（3）铁件加固法：当梁、柱裂缝较大时，对其进行嵌补的同时还需要进行铁件加固；当柱根糟朽范围较大时，在对其进行墩接的同时，还需对墩接部位进行铁件加固；梁、柱节点拔榫时也可采用铁件加固法。铁件加固法通常是用扁铁将梁、柱构件箍牢或者用扁铁将梁、柱节点进行连接。铁件加固法通过采用扁铁承担构件的部分拉、压、弯、剪、力，有效地提高了梁、柱构件的力学性能。（4）化学加固法：木材内部因虫蛀或腐朽形成中空时，若柱表层完好厚度不小于 50mm，可采用不饱和聚树脂进行灌注加固。在灌注前需将朽烂木块、碎屑清除干净，且应在柱中应力小的部位开孔。化学加固法除了能增加木材的强度外，还能增加木材的尺寸稳定性和防腐、抗虫能力。（5）FRP 加固法：即采用 FRP 材料对木结构构架进行加固的方法。FRP 具有高强度、低密度、耐腐蚀、耐久性好、可设计性以及自重轻等优点，FRP 在木结构中的加固思路主要有：抗弯加固，利用 FRP抗拉强度高的特性，将其粘贴在木梁受拉区，使之与木梁共同承受荷载，以提高木梁的受弯承载力，从而达到加固补强的作用；抗剪加固，把 FRP 粘贴于构件的剪跨区，起到与箍筋类似的作用，从而提高构件的抗剪承载力；抗压加固，对木柱用 FRP 包裹适当区域，约束木柱变径向形，从而提高木柱的受压承载力。FRP 主要用于木构件和节点的加固，从而提高既有木结构的承载力、刚度、延性及抗震性能。木结构古建筑还有其他的加固方法，如增加约束法，增大截面法，增设拉杆法，增设销钉法和混合的方法等，这里不再一一赘述。4 木结构防腐古建筑修缮中所用原木加工的木构件，含水率普遍偏高，甚至包括一些椽子、望板的含水率远达不到国标所要求的20%以下的水平。所以古建筑木构件的防腐就变得尤为重要。目前，古建筑修缮工地常用的防腐剂主要是 CCA 和 BBP。CCA 是一种固定型防腐剂，处理木材呈蓝绿色。CCA 在木材的微酸性环境中生成不溶于水的沉淀，一般都用于机械化作业处理。现场手工处理影响透入度，很难达到要求的吸药量。BBP 处理可保持木材本色，而且可以反复处理至达到所需吸药量。ACQ 是当前正在积极推广使用的防腐剂，其特点是处理后木材呈蓝色，用于非暴露的木构件是可行的。实践证明，三种防腐剂均不影响地仗和油饰。防腐处理方法分为常压法（或无压力法）和压力法两类。防腐处理效果的标志就是木材内药剂的吸收量及透入深度。不同药剂，不同的使用环境，根据试验和实践，国家规定了严格的吸药量要求。只有在达到规定的吸药量要求下，才能保证预期的防腐效果5。5 木结构古建筑维修保护原则6