古建筑木结构安全性检测内容及方法探讨_申克常.doc

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1、古建筑木结构安全性检测内容及方法探讨 申 克 常 ， 刘 佳 ， 李 辉 ， 于 磊 ， 蔡 志 ， 高 炜 ， 高 小 旺 (北京三茂建筑工程检测鉴定有限公司， 100088,北京） 摘要 ：影响古建筑木结构安全的主要因素是结构体系与结构布置的合理性、结构连接构造的整体性、 结构有无过大变形和严重内部腐朽等损伤等。针对古建筑建造年代久远特点和影响结构安全的主要因素，在 总结以往检测实例的基础上，分析古建筑木结构安全性检测的内容、抽样方案和检测方法，给出了相应检査 内容的抽样方案和检测方法。 关键词： 安全性检测；检测内容；抽样方案；检测方法 中图分类号： TU317 文献标志码 ： A 文章

2、编号： 1000-4726(2015)13-0027-05 古建筑木结构在结构形式、荷载水平及千百年来 饱经地震等自然灾害侵蚀和人为破坏，又屡次修缮维 修加固后的现存内容及其目前的工作状态等方面，与 近现代建筑又有很大区别。因此，古建筑木结构检测 的范围、内容、项目、方法及检测抽样方案与一般既 有建筑也有所不同。 本文在总结影响古建筑木结构安全性因素和检测 实例的基础上，探讨现场检测的内容和抽样方案及检 查方法。 1古建筑木结构安全性检测内容和方法 对古建筑木结构而言，影响结构安全的核心仍然 是结构体系与结构布置的合理性、结构连接构造的整 体性、结构的现状缺陷与损伤。但古建筑木结构有其 特点，

3、由于年代久远，经历灾害和多次修缮，缺乏符 合实际的建筑结构图、不掌握连接构造做法和存在不 同程度的变形与损伤等，需通过现场检查与检测，搞 清结构体系与结构布置及其结构计算参数和相应的变 形与损伤状况，为结构安全性与抗震鉴定雜可靠依 据。 1.1现状调查和资料收集 古建筑木结构现状调査包括资料收集、现状和环 境检查等工作。 (1 )资料收集主要包括建造年代、遭受灾害 、 历次维修情况、现有的图纸资料等。 (2) 现状检查应从地基基础、上部承重结构、 围护结构人手，检查包括结构体系、结构布置、基础 收稿日期： 2015-06-30 基金项目：国家科技支撑计划 “ 世界文化遗产地风险控制关键技 术研

4、究与示范项目 ” 古建筑结构安全性评价关键技术研究课题 (2013BAk01B03 ) 作者简介：申克常 （ 1983 )，男，河北固安人，二程师， e-mail: . 下沉、结构构件变形与损伤、围护结构类型与损伤等。 1) 结构布置、结构体系检査应包括结构竖向、 水平承麵牛布置，承重梁布置、竖向抗侧力构件的 连续性，结构构件平面布置的规则性，围护结构类型 与损伤等； 2) 结构构件与构件连接检查包括节点连接形式、 节点连接损伤等。 3) 对古建筑木结构的荷载水平 （ 重点是各层的 建筑功能及楼、屋面的做法和重量 ） 进行检查检测， 为安全性评价雛可靠的技术鐵。 (3 )周围环境调查应包括地质

5、环境、气候情况、 所在区域地震烈度、周围是否有振动源等。 古建筑木结构现状调查应为全数检查。 1.2地基基础检査与检测 古建筑木结构地基基础检查与检测包括资料查 阅、补充勘查和开挖检测等工作。 (1) 查阅岩土工程勘查报告以及有关图纸资料， 检査建筑现状、实际使用荷载、沉降量和沉降稳定情 况、沉降差、上部结构倾斜、裂缝情况。 当具有地基基础资料且不存在地基过大沉降和不 均匀性沉降情謝，可不进衍値基础的检测。 当地基资料不足时，可根据建筑物是否存在地基 不均匀下沉的影响和安全鉴定的要求等，对场地地基 进行补充勘查或沉降观测。 (2) 基础的种类和材料性能，可通过查阅图纸 资料确定；当资料不足且基

6、础有损伤或虽然资料基本 齐全但有怀疑时，应开挖检测，进行基础类型、尺寸、 埋深幌测謝料强度检测，检查基础变位、开裂、 腐蚀和损伤情况。 古建筑木结构地基基础检査与检测应为全面检査 和抽样检测，单栋建筑物中每种类型的基础宜选择有 代表性的位置开挖 1个。 28 - 建 筑 技 术 第 46卷 1.3结构与构件几何尺寸检测 古建筑木结构结构与构件几何尺寸检测可按以下 方案进行抽样检测。 (1 )当图纸资料完整时，可进行现场抽样复核； 其抽样可按楼层的各类构件分别抽取 3个进行验证， 当某类构件出现偏差时可对该类构件进行加倍抽样以 确定其构件几何尺寸。 (2) 当缺少资料或存在问题有怀疑时，应进行

7、结构布置、层高和构件尺寸检测，结构构件尺寸检测 应按楼层构件的类型进行，每个检验批的抽样数量不 应少于 3个，并应满足绘制结构布置和构件截面尺寸 图的要求。 需注意的是采用原木作为木柱、檩条的结构，其 截面为变化，需注明测量截面尺寸的部位。 1.4外观缺陷损伤检查与检测 在调查现状的基础上，对古建筑木结构的外观缺 陷损伤进行进一步的检查与检测，夕卜观缺陷与损伤包 括对构件受力有影响的木节、斜纹、扭纹、干 缩裂缝 等木材缺陷和构件表面腐朽、虫炷、变质、渗漏、灾 害影响，金属龍蚀及构件折断，劈裂或沿截面髙度 出现的受力褶皱和裂纹、裂缝等木构件表面损伤。 古建筑木结构的外观缺陷损伤应为全面检查和全

8、職测。 1.4.1建筑木构件外观缺陷的检测 对古建筑木构件外观缺陷的检测，主要是测量对 构件受力有影响的木节、斜纹、扭纹和干缩裂缝的部 位和尺寸 。 (1 )木节尺寸检测，按垂直于构件长度方向量 测，直径小于 10mm的木节可不量测。 (2) 斜纹检测，在方木两端各取 lm材长量测 3 次，计算其平均倾斜高度，以最大倾斜高度作为斜纹 检测值。 (3 )扭纹检测，在原木小头取 lm材长量测 3 次，计算其平均倾斜高度作为扭纹检测值。 (4)干缩裂缝检测，可用探针检测裂缝的深度， 用裂缝塞尺和裂缝宽度仪检测裂缝的宽度，用钢尺量 测裂缝的长度。 1.4.2建筑木构件外观损伤的检测 对古建筑木构件外观

9、损伤的检测，主要是测量木 材表面腐朽、虫蛀、变质、渗漏、灾害影响以及构件 折断、劈裂、受力裂缝的部位、范围和程度。 (1)表面腐朽检测，可用尺量测腐朽的范围， 腐朽的深度可用除去腐朽层或钢针刺探的方法量测。 当发现木材有腐朽现象时，宜对木材的含水率、结构 的通风设施、排水构造和防腐措施进行核查或检测。 (2) 表面虫炷检测，可根据构件附近是否有木 屑等进行初步判定，可通过锤击的方法确定虫蛀的范 围，可用电钻打孔用内窥镜或探针测定虫柱的深度。 当发现木结构构件出现虫蛀现象时，宜对构件的防虫 措臟行检测。 (3) 渗漏、火灾或侵蚀性物质影响部位、范围 和深度的检测，可参照本条第 2款的方法进行，必

10、要 时宜对木构件的防火措施进行检测。 (4) 构件折断、劈裂或沿截面高度出现的受力 褶皱和裂纹、裂缝的检测，可参照 2.4.1条第 （ 4)款 的方法进 行。 1.5内部缺陷损伤的无损检测 在对木结构的外观缺陷损伤进行全面检查与检测 的基础上，采用应力波测定仪和微钻阻抗仪、含水率 测定仪等对其内部缺陷损伤进行深层检测，主要包括 木柱、梁（柁）、枋、檩等受力构件的内部腐朽、虫 I变质、空洞，裂缝等情况，应按以下原则进行 。 (1 )应根据各类缺陷损伤的特点采用普查与重 点检查相结合，先确定缺陷和损伤部位和范围以及确 定为何种损伤，再进行仔细检测和采用相适应的无损 检测方法的原则。 (2)木材的腐

11、朽、虫蛀、变质损伤的无损检测， 对于表面已经有明显损伤的构件应全数进行检测，对 于没有出现明显损伤的结构应对容易损伤的部位（比 如暴露在室外的檐柱、有渗漏情况的檩和梁等 ） 。 1.6木材的树种、强度或弹性樓置检测 采用应力波测定仪和微钻阻抗仪、含水率测定仪 等，利用课臟究成果对木构件的密度、强度 （ 抗弯、 抗压）、弹性模量等通过拟合函数公式进行推导得出。 分析应力波传播速度和阻抗值，并与已有数据库或其 他资料进行对比，综合推断木材的树种。 由于结构构件可能历经多次维修更换，通过调查 分析，应区分不同类型的构件确定现场抽样的数量。 在现场条件许 可的情况下，可进行取样，进行树 种测定及力学性

12、能搬。 1.7结构整体变位和支承情况检测 通过采用三维激光扫描技术或全站仪、吊锤法检 测典型部位的檐柱、角柱或围护墙墙角的倾斜来判断 结构騎发生整体倾斜、位移、扭转，对结构的整体 沉降或不均匀沉降进行检测，可采用水准仪检测柱础 平台上表面或其它形式基础面的相对高差的方法判断 结构縣发生不均匀沉降。 对木结构支承情况的检查检测，包括承酿与基 2015年增刊 申克常，等：古建筑木结构安全性检测内容及方法探讨 .29. 础的连接形式和工作状态 （ 柱根是否糟朽，与基础面 的抵承情况等）、该建筑是否与周围建筑相连或是否 有增层扩建等部分以及相互间的支承连接状态。 柱础相对高差、柱倾斜、支承情况的抽样数

13、量可 区分不同类型的離即雛、金醜行抽样检测。 1.8承重构件和构架的受力和变形状态检测 通过三维激光扫描技术或全站仪、水准仪、拉线 尺量，对木结构承重构件的受力和变形状态进行安全 检测，包括受压构件、受弯构件、受力和变形的 安全检测和木构架整体性检测 。 (1)受压构件 检测承重柱受压构件的两端固定情况、柱脚与柱 础的错位、柱头的位移、柱脚的下陷、柱身的侧向弯 曲变形和折断或劈裂，重点检测木柱的垂直度。 由于存在向内收敛、层层抱横的 “ 侧脚， 和脚大 头小的 “ 收分 ” 设计技术，对整体结构安全和稳定性 有利，检测中应注意柱头位移方向的判别以及木柱截 面的变化。 受弯构件 检测梁、枋、檩、

14、椽、櫊栅（楞木 ） 等受弯构件 的受力方式及支座情况、挠度和侧向扭闪变形，重点 检测檩条的滚动情况、构件折断、劈裂或沿截面高度 出现的受力褶皱和裂纹等变形损伤以及楼、屋盖局部 塌陷的范围和程度。 (3) -频 检测整横斗拱的变形和错位情况以及斗拱中各 构 件及其连接的残损情况。 (4) 木构架 检测木构架整体性，包括沿构架平面和垂直构架 平面的整体倾斜和变形等。 1.9主要节点和连接的工作状态检测 对木结构的主要节点和连接的工作状态的安全检 测，主要包括梁、枋拔榫，榫头折断或卯口劈裂，榫 头或卯口处的压缩变形，铁件锈蚀、变形或残缺等内 容。 1.10围护结构检查与检测 围护结构的检查与检测 包

15、括围护墙体和屋面瓦 及木望板等屋面围护结构）的检查与检测，应在全面 普查现状的基础上进行抽微测。 对于围护墙体的检查与检测，应包括墙体歪闪、 下沉 、倾斜、开裂以及墙体风化、酥碱、渗漏等的范 围和程度。 对于屋面瓦及木望板等屋面围护结构的检查与检 测，应主要包括屋面瓦的裂损、松动、脱落和木望板 的渗漏、腐朽、虫蛀、挠曲变形等的范围和程度；屋 面围护结构的变形检查与检测，应主要包括屋面或屋 脊的平整（直）度，即屋面凹凸不平或局部凹陷、檐 口凸出或凹陷等项目。 1.11古建筑木结构检测项目和检查方法汇总 综合上节古建筑木结构现场检测检查项目，相应 抽样方案和检测方法及设备列于表 1。 表 1面向安

16、全性评价的古建筑木结构检测 抽样方案和检查方法 现场检测内容 抽样方案 检测方法及设备 现状调査 全数 资料收集、现状和环 境检查 结构布置检测 全数 三维激光扫描仪、激 光测距仪和钢尺测量 纖水平检测 抽样 钢尺测量 地基基础检查与检测 抽样 査阅资料；开挖；尺 量 馳与构件几何尺寸 检测 抽样 尺畺 外观缺陷损伤检査与 检测 全数 目测、敲击；塞尺、 mR 内部缺陷损伤的无损 检测 抽样 应力波、 p且抗仪、含 水率仪 木材的树种、醚或 弹性模量检测 抽样 应力波、 ?腦义 綱整体变位和支承 情况检测 抽样 三维激光扫描仪、全 站仪、水准仪、吊锤 法 承重构件和构架的受 力和变形状态检测

17、抽样 三维激光扫描仪或全 站仪、水准仪、拉线 尺量 主要节点和连接的工 作状态检测 抽样 目测、锤击、尺量 2民居古建筑木结构安全性检测实例 2.1建筑物概况 位于京西门头沟山区的某单层古建筑木结构民居 (图 1),建造于清朝末年，所用木材经树种鉴定为 硬木松，为单层木屋架坡屋顶结构房屋，无任何图纸 及相关资料。 图 1北房南立面 .30. 建 筑 技 术 第 46卷 2.2结构布置和构件尺寸检测 在现场允许条件下，对房屋结构实际布置情况 进行检测和量测，该建筑的结构平面见图 2,木构 架立面图见图 3。该建筑建造于清朝末年，为单层 旧式木骨架双面坡合瓦屋面房屋，基础采用柱础形 式，檐 高度（

18、至室内地面 ） 为 3.1m,室 内 外 高 差 0.75m,建筑高度（室外地坪至屋顶半坡高度 ） 为 4.6m。 檐柱截面尺寸为 D230mm,全柱截面尺寸 为 D230mm,三架梁截面尺寸为 270mm x 300mm, 穿插枋截面尺寸为 lOOmmx 190mm， 抱 头 梁 截 面 尺寸为 150mmxl80mm， 檐檩截面尺寸为 D150或 180mm。 2.3结构外观缺陷损伤检测 采用目测、键击、辨声等方法对房屋的外观缺陷 损伤进行普查，并对典型缺陷损伤进行尺量检测。 (1) 柱普遍存在虫蛀、柱根腐朽、顺纹开裂、 渗漏、霉变等现象，其中檐柱尤其是 轴线的后墙 包柱的渗漏和柱根腐朽最

19、为严重， -柱通长裂 缝 的 最 大 宽 度 达 60mm、深 度 达 70mm, -柱 通长裂缝的最大宽度达 20mm、深 度 达 90mm, -柱通长裂缝的最大宽度达 20mm、 深度达 65mm (图。 (2) 梁、枋外观状况相对较好，但普遍存在局 部顺纹开裂现象。 (3) 檩条普遍存在顺纹开裂现象，前檐和后墙 图 5 -檐柱严重渗漏 图 6 长裂缝 的檩条存在较严重的渗漏、霉变现象，部分渗漏檩条 如 - - 轴檩的腐朽、变形现象较严重， 轴前 檐檩条及枋普遍存在明显下垂变形。 (4) 椽条普遍存在顺纹开裂现象，前檐和后墙 的椽子存在较严重的渗漏、霉变现象，檩条变形严重、 折断、脱落等。

20、 (5 )屋面望板和屋面瓦受损严重，局部存在较 严重的渗漏、塌陷、脱落现象。 (6) 部分梁、枋与柱的连接节点存在拔榫现象。 (7) 围护墙自室内地面至 lm高度范围内采用 青砖和白灰砂浆砌筑， 1m高度以上为碎石和生土砌 筑，围护墙普遍存在较严重的渗漏、外闪、开裂等现象。 2.4木柱倾斜检测 现场采用吊线法对木柱的倾斜进行了抽样检测， 结果见表 2 从检测结果看，该建筑多数柱存在向结构平面的 外侧倾斜，其中 -和 -柱的最大倾斜位移角 表 2柱倾斜检测结果 检测位置 东西方向倾 斜量 /mm 南北方向倾 斜量 /mm 测量高度 An 倾斜位移角 - / 15 2.700 1/180 - /

21、. +2 2.700 1/1350 - / -35 2.700 1/77 - / +30 2.700 1/90 -/ +12 / 2.700 1/225 注： “ + ” 表示上部向东或者北倾斜；表示上部向西或者南倾斜。 2015年增刊 申克常，等：古建筑木结构安全性检测内容及方法探讨 31 - 均达到 GB 50165 92古建筑木结构维护与加固技 术规范关于抬梁式木构件整体性的检查及评定中柱 头与柱角的相对位移为 1/90的残损点评定界限值， 这两根柱的倾斜为残损点。 2,5梁挠度检测 现场采用拉线法对三架梁的跨中挠度变形进行抽 表 3梁挠度检测结果 检测位置 跨中搬值 /mm 测量跨度

22、/m 麟比 项 - 3 4.000 1/1333 - 4 4.000 1/1000 微测，结果见表 3。 从检测结果看，该建筑三架梁的挠度较小，既满 足限值为 1/150的可靠性鉴定标准要求，也满足限值 为 1/180的抗震鉴定标准要求，主要承重三架梁、枋 没有明显的向下晓曲和侧向弯曲。 2.6应力波法检测木材内部缺陷 在现场允许条件下，采用应力波法分别对北房 -、 -木柱及 -三架梁的内部缺陷 情况进行检测。现场采用 6个传感器，以距柱础 0.2 m为一个平面检测木材内部缺陷，若检测结果显 示无缺陷，则不再继续检测；若出现缺陷，则向上 0.4m再确定一个平面，以确定缺陷的大小。木柱现 场检测

23、情况如图 7,木材内部不密实区及空洞逐渐 扩大，木材健康状况逐渐恶化。 检测结果表明： (1 ) -柱距柱础 .2m及 0.6m的应力波检 图 7柱础 0.2 m处截面应力波检测 测图像显示 点间有较大的破损，与现场检测到 的表面裂缝一致，而内部情况密实，呈现健康状态。 (2) -赃距柱础 0.2m、 0_6m、 l.Om的应力 波检测图像显示最南侧 - 点间状态较差，与现场 检测到的表面裂缝一致 而内部情况较密实，呈现健 康状态。 (3 ) - - 三架梁跨中截面的应力波检测图 像显示内部呈密实健康状态。 2.7阻抗仪检测木材内部缺陷 在现场允许条件下，采用阻抗仪对采用应力波法 检测的部分构

24、件进行验证，并对无法进行应力波检测 的构件进行检测，以确定是否存在内部缺陷。检测结 果如下。 (1 ) -柱在距柱础 _2m截面的阻抗仪进针 阻力较平均，有明显的早晚材分布变化，呈健康状态； -柱在距柱础 0.6m截面的阻抗仪在进针 15cm 处阻力有近一半衰减，接近门框处有一定程度 的腐朽，但未完全腐朽。 (2 ) -柱在距柱础 0.2m, 0.6m截面的阻抗 仪不同方向进针的检测结果显示 2-3点间靠近表面有 裂缝，与应力波的检测结果一致。 (3) -柱在距柱础 0.231m， 0.6m, l_Om截 面的阻抗仪同一方向进针的检测结果显示从外侧进针 近80 mm处受损严重，与应力波检测结果

25、一致。 (4) -柱硬度较大，因此采用慢速进针， 结果显示内部较密实，基本属于健康状态。 (5 ) -柱在距柱础 0.2 m截面的阻抗仪进针 的检测结果显示内部从东进针 140mm处有 10mm左 右的空洞，距柱础 0.6m截面内部也呈现健康状态。 (6) -柱在距柱础 .2m截面的阻抗仪阻力 值分布均匀，内部呈健康状态。 3结论 通过对京西某民居古建筑木结构进行的全面结构 检测，较准确地把握住了该古建筑木结构的缺陷、损 伤、变形现状及结构现有的工作状态，可为后续的安 全鉴定和 _鉴定提供可靠的技术鐵和依据。 参考文献 1 GByT50344_2004,建筑结构检测技术标准 【 S. 2 GB 50165 92,古建筑木结构维护与加固技术规范 S. 3 GB 50005 2003,木结构设计规范 S. 4 JGJ 8 2007,建筑变形测量规范 S. 5 (宋）李诫 .营造法式 M.北京：中国建筑工业出版社， 2006. 6 梁思成 .营造算例 M.北京：中国营造学社， 193Z 7 梁思成 .清式营造则例 M.北京：中国营造学社， 1934.