木结构古建筑的安全检测与鉴定_丁仕洪.doc

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1、- 22 - 木结构古建筑的安全检测与鉴定 丁仕洪 1， 2 （ 1.中铁四局集团钢结构有限公司，安徽 合肥 230031； 2.安徽省建筑工程质量监督检测站，安徽 合肥 230088） 【 摘 要 】 木结构古建筑是中国古老文明的载体，木结构古建筑的安全检测与鉴定，是进行修缮修复工作必不可少的重要环 节。通过了解建筑的历史沿革和现状，检测构件的完损情况、力学性能和变形情况，依据实测参数进行结构分析，评定建筑的 安全性能。所得结论可以为古建筑的 修缮加固提供依据，为建筑健康档案的建立提供基础数据。鉴定的方法和内容，可以为木 结构古建筑相似工程提供参考。 【 关 键 词 】 木结构；古建筑；安全

2、检测；鉴定 【 中 图 分 类 号 】 TU38 【 文 献 标 志 码 】 A 【 文 章 编 号 】 1671 3702（ 2014） 04 0022 04 Safety Detection and Appraisal of the Ancient Timber Building DING Shi-hong1,2 (1.Steel Structure Co., Ltd., China Railway Siju Civil Engineering Group, Hefei 230031, China; 2.Anhui Building Engineering Quality Supervis

3、ion and Inspection Station, Hefei, 230088, China) Abstract: Ancient timber building is the carrier of Chinese ancient civilization. Safety detection and appraisal of the ancient timber building is an important and necessary aspect of the repair work. Through the history and current situation of the

4、building understood, and present condition, mechanical property and deformation of members inspected, based on the measured parameters of the structure analysis, the safety performance had been assessed. The results can provide the basis for the repair of ancient building reinforcement and the basic

5、 data for the records of building health. The content and method of appraisal, which can be a reference for the similar project of ancient timber buildings. Keywords: Timber building; ancient building; safety detection; appraisale 0 引 言 中国是世 界 四大文 明 古国之 一 ， 历史悠 久 ， 文 化 源 远 流 长 ， 而作 为 这些古老 文 明的 载 体 古

6、 建 筑更 是 以 其 精巧 、 华 丽 、 自成体 系 而闻名于 世 。与西方 国 家 古 建 筑 多用石质 材 料不同 ， 我 国多为 木 结构 。 木结 构 古建 筑造型美 观 、 结构 合 理 、 抗震能 力 强 ， 且保存 久 远 ， 从 木 结 构古建 筑 的构架 特 征 看 ， 木构 架 是其结 构 骨架 ， 它 的 安全稳定 与 否直接 关 系到建筑 的 整体安 全 ， 而木材 作 为一 种生 物 材质 ， 本 身 易 腐 、 易 蛀 和易燃的 特 性 ， 又 使 其 难 以避 免 各种自然 和 人为因 素 的损 害 。 发 现 、 修 缮 、 修 复 损伤的 木 结构成 为

7、了古建筑 保 护的核 心 工作。 在古建筑修缮修复工作中，前期木构件材质状况 勘察以及木构件安全 性鉴定是必不可少的重要环节。主 作者简介 ： 丁仕洪 ， 男 ， 工程师 ， 研究方向为工程结构 检测与鉴定 、 结 构数值模 拟 。 体结构的检测和鉴定，可以为修缮设计提供依据 14，同 时也为古建筑健康档案的建立提供基础数据，是木结 构古建筑实现科学系统保护的基本前提。本文以李鸿 章当铺为例，阐述木结构古建筑安全检测与鉴定的方 法和内容，可以为相似工程的开展提供参考。 1 历史沿革及现状调查 李 鸿章当铺位于巢湖市柘皋镇北闸老街中部（见 图 1），坐东面西，为二层木结构，主体承重为穿斗与抬 梁

8、组合式木构架（见图 2）。北闸老街始建于明代，现残长 近 500 m，两侧多系古商铺、茶馆、酒肆、民居等传统建 筑，李鸿章当铺是其重要构成。 2007 年北闸老街被列 为巢湖市级重点文物保护单位。 当铺约建于 1870 年前后，即清同治、光绪年间，至 今已近 150 年，建成后少有大的修葺，历史上遭遇兵、 匪等人为损坏严重，目前已是平面构成残缺，前庭构架 Q 质量检测 uality Test 2014 年 第 32 卷 第 4 期 - 23 - 第 4 期 丁仕 洪 :木 结 构古建 筑 的安全 检 测与鉴 定 图 1 当铺西立面 图 2 木结构承重构架 歪闪，屋宇塌陷、地棚糟朽，后庭已是断壁

9、残垣，亟待维 修抢救。当铺现存建筑平面四进（前两进保存基本完 好，三、四进已坍塌损毁），建筑面积近 1 300 m2。建筑 群体多系两层结构，各庭院自成体系，依中轴通道相串 联，形成庭院式组合建筑空间。当铺大门坚固结实，背面 防护牢固。大门门楼和内进庭院的墙壁上都有精 美的砖 雕装饰。屋面为小青瓦，楼面为木板（厚 30 mm），素土地 面，青砖外墙。通过现场实测，结构平面如图 3 所示。 2 结构检测 2.1 完损现状调查 2.1.1 墙 体 当铺外立面整体基本完好，北侧墙体开裂，局部凹 陷严重，需及时处理。南二进东侧外墙在建成后使用期 间进行了修葺，立面与北进不同。 图 3 当铺结构布置图（

10、单位： mm） 2.1.2 梁及屋架 三进坍塌，木构件散落一地，均出现不 同程度腐烂。北一进、北二进 保存状况较 好，未见明显变动，基本保留原状，梁身雕 刻保存完好，梁及屋架自身状况基本完好。 南一进、南二进 由于缺少维护 ，出现构件 腐烂、梁柱节点损坏。 2.1.3 柱 子 南二进 3 轴 5 轴柱身腐烂、柱脚虫蛀 较严重，南一进、二进其他部位柱子柱脚有不同程度 腐烂。北一进、二进柱身除部分出现干缩裂缝外，保存 基本完好。柱石鼓墩现状基本完好。 2.1.4 屋 面 南一进、二进中间天井屋面损坏严重，局部盖瓦缺 失，漏水波及下部单步梁，造成梁端腐烂；南一进、二进 其他房间也出现屋面漏水情况，局

11、部椽子腐烂严重，檩 条也有腐烂现象，亟待修缮。 2.2 材料力学性能检测 现场对三进坍塌构件取样，通过木材材质、外观、 使用部位、使用年限等情况进行综合 分析 5，判 别木 柱、圆梁的树种为铁杉，木材的强度等级按 TC15A 取 值；其余梁的树种为杉木，木材的强度等 级按 TC11A 取值。根据木结构设计规范（ GB50005 2003） 6及 古建筑木结构维护与加固技术规范 （ GB50165 92） 7的要求，木材设计 强度和弹性模量应乘以结构重要性系 数 0.9，同时，尚应考虑荷载长期作用 和木质老化影响的调整系数（顺纹抗 压 0.85，抗弯和顺纹抗剪 0.80，弹性 模量和横纹承压 0

12、.85）。 2.3 变形测量 现场对房屋的全高垂直度 、基 础顶面高差、柱子垂直度、楼面梁挠 度进行了测量，结果 分别见表 1 表 4 所示。房屋全高垂直度实测两处， 一处不满足木结构工程施工质量验 收规范（ GB50206 2012） 8的要求； 基础顶面最大相对高差 114.0 mm， 最大相邻高差 89.5 mm，测量 20 处， 15 处相对高差超过 10 mm；柱子垂 - 24 - 质量检测 uality Test 表 1 全高垂直度检测结果 工程质量 第 32 卷 级按 TC11A 取值。同时，计算中考虑结构重要性系数 及荷载长期作用和木质老化影响的调整系数。 3.1 荷载信息 屋

13、面 恒载 标 准 值 9： 0.50 kN/m（2 小青瓦屋面，做法 表 2 基础顶面相对标高检测结果 比较简单，椽子上直接干摆小青瓦 ，取值采用 GB50009 2012 中冷摊 瓦 屋 面 ） ； 屋 面 活载标 准 值 ： 0.50 kN/m2； 楼面恒 载 ： 0.25 kN/m（2 30mm 厚木板 ， 楼面隔 栅 ） ； 楼 面 活载 ： 2.0 kN/m2； 雪 载 标准 值 ： 0.50 kN/m（2 考虑）。 百年一遇 注 ： 5 轴二进 西 5， 指的 是 5 轴二进自西向东 第 5 根柱子 ， 余同 。 表 3 柱子垂直度检测结果 按照现场实测构件尺寸，考虑恒载、活载及雪

14、载作 用，对当铺主体承重构架进行复核验算。通过计算，柱 子的强度、稳定性满足规范要求； 3 轴、 4 轴、 7 轴及 8轴 的西 1 柱与西 2 柱之间大梁的平面内抗弯和挠度不能满 足规范要求（见表 5），其余梁的 弯矩作用平面内抗弯、平 面外侧向稳定、抗剪承载能力及挠度满足规范要求。 表 5 大梁验算结果 位置 平面内抗弯 /MPa 调整后抗弯 fm /MPa 挠度 /mm 允许挠度 /mm 一进 26.50 12.42 71.94 19.52 二进 23.54 12.42 42.27 19.44 表 4 梁挠度检测结果 注 ： 3 轴一进 西 1+3 指的 是 3 轴一进 西 1 柱自西往

15、东第三道 梁 ， 余同 。 直度实测两处，均不满足规范（ GB50206 2012）的要 求；楼面梁挠度实 测 8 处，均满 足木结构设 计规范 （ GB50005 2003）的要求。 3 结构分析 根 据 现 场 检 测 情 况 ，依 据木 结 构 设 计 规 范 （ GB50005 2003）以及古建筑木结构维护与加固技 术规范（ GB50165 92），对当铺的主体承重构架进行 计算分析。木柱、圆梁的树 种为铁杉，木材的强度等级 按 TC15A 取值；其余梁的树种为杉木，木材的强度等 4 检测鉴定结论 4.1 构件安全性鉴定评级 10 综合现状调查，按承载能力、构造、不适于继续承 载的位

16、移（或变形）和裂缝及危险性的腐朽和虫蛀等项 目，对木结构构件的安全性等级进行评定，评定结果如 表 6 所示。 4.2 子单元安全性鉴定评级 1）地基基础 通过现场观察，柱子与基础抵承状况良好，未发 现柱子与基础发生错位的情况。基础顶面最大相对高 差 114.0 mm，最大相邻高差 89.5 mm，测量 20 处， 15 处相对高差超过 10 mm（北二进 1 轴西 1 2 轴西 1）， 墙体出现竖向裂缝，初 步判断为基础不均匀沉降引 起，由于该位置周边建筑物阻挡，未能进行基础相对 高差检测。 综合评定地基基础（子单元）安全性等级评为 Cu 级。 2）上部承重结构 根据上部承重结构的各种构件安全

17、性和结构整体 性，对上部承重结构的安全性鉴定进行评级（见表 7）。 综合评定上部承重结构（子单元）安全性等级评为 Q 序 号 位 置 实测偏 差 /mm 允许偏 差 /mm 1 西 北 角 -13（ 西偏东 ） H/200 （ H=5500mm） 2 6 轴西南 角 +60（ 南偏北 ） 序 号 位 置 相对标 高 /mm 相对高 差 /mm 1 5 轴二进 西 5（ 基准点 ） 0.0 3.0 2 5 轴二进 西 4 8.0 3.0 3 5 轴二进 西 3 21.5 14.0 4 5 轴二进 西 2 29.0 7.0 5 5 轴二进 西 1 -3.0 17.8 6 5 轴一进 西 6 86.

18、5 72.0 7 5 轴一进 西 5 84.0 65.0 8 5 轴一进 西 4 71.0 85.0 9 5 轴一进 西 3 101.0 114.0 10 5 轴一进 西 2 95.0 99.0 序 号 位 置 实测偏 差 /mm 允许偏 差 /mm 1 8 轴一进 西 2 （ 一层 ） +64（ 南偏北 ） H/200 且不大 于 15 （ H=3450mm） +19（ 东偏西 ） 2 8 轴二进 西 2 （ 一层 ） +30（ 南偏北 ） -33（ 西偏东 ） 序 号 位 置 长 度 l /mm 实测偏 差 /mm 允许偏 差 /mm 1 8 轴一进 西 1 西 2 4880 5.8 l/

19、250 2 8 轴一进 西 2 9 轴一进 西 5 2800 0.7 3 7 轴一进 西 3 8 轴一进 西 3 3180 0.1 4 7 轴二进 西 1 8 轴二进 西 1 3180 0.3 5 3 轴一进 西 1 4 轴一进 西 1 3100 0.9 6 3 轴二进 西 1 4 轴二进 西 1 3100 0.5 7 3 轴一进 西 1+3 4 轴一进 西 1+3 3100 -0.1 8 3 轴二进 西 1+3 4 轴二进 西 1+3 3100 0.4 第 4 期 丁仕 洪 :木 结 构古建 筑 的安全 检 测与鉴 定 - 25 - 表 6 木构件安全性等级的评定 构件名称 检查项目 检查结

20、果 项目等级 构件安全 性等级 柱子 承载能力 柱子压弯承载能 力 R/0S1.0， 基本满足结构承载力要 求 。 bu cu 构 造 连接方式正 确 ， 构造符合国家现行设计规范要 求 ， 无缺陷 。 au 不适于继续承载 的 位 移或裂缝 个别柱子垂直度超过规范允许范 围 ， 个别柱身有裂 缝 。 cu 危险的腐烂和虫蛀 南进个别柱子出现腐烂现 象 ， 部分柱脚出现虫蛀现 象 。 cu 梁 承载能力 3 轴 、 4 轴 、 7 轴 及 8 轴的 西 1 柱与 西 2 柱之间大梁的平面内抗弯和挠 度不 能 满足规范要 求 ， 其余梁基本满足结构承载力要 求 。 cu cu 构 造 连接方式正

21、确 ， 构造符合国家现行设计规范要求 。 南进个别节点出现脱节 现 象 ， 影响安 全 。 cu 不适于继续承载 的 位 移或裂缝 抽检梁的挠度均满足规范要 求 。 bu 危险的腐烂 和虫蛀 南进二层屋面梁由于漏水局部腐 烂 。 cu 表 7 上部承重结构（子单元）安全性等级的评定 构件名称 检查项目 检查结果 分项安全性等级 子单元安全性等级 构件安全性 各楼层均含有 Cu 级构件 Cu Cu 整体性 结构布 置 、 支承系统布 置 布置基本合 理 ， 形成完整系 统 ， 结构选型及传力 路线设计正 确 ， 符合 设 计规范 要 求 Bu 支承系统构造 构件长细比及连接构造基本符合现行设计规

22、范 要 求 ， 无明显残损或 施 工缺 陷 ， 能传递各种侧向作用 Bu 结构间联系 锚 固 、 连接方式正 确 ， 基本可 靠 ， 个别梁柱节点出现脱节现 象 。 Cu Cu 级。 4.3 鉴定单元安全性鉴定结论 根据民用建筑可靠性鉴定标准 GB50292 1999 第 8.1.2 条规定，鉴定单元的安全性等级，应根据地基基 础和上部承重结构的评定结果按其中较低等级确定。因 此，鉴定单元的安全性等级应评为 Csu 级，南进局部危 险点应立即采取措施，防止出现坍塌，损毁文物，造成安 全事故。对于整体结构，尽快制定修缮方案并处理。 5 结 语 徽州古建筑是中国古 代建筑中的一颗璀璨明珠， 是徽州

23、文化研究的重要对象之一。在现存的大量徽州 古建筑中，其中不乏有着悠久历史和重要文化价值的 文物建筑，但许多遗存的文物古建筑年代久远，结构毁 损非常严重。 如何保护 古 建筑 ？ 成 龙 捐赠徽 州 古建筑事 件 也 给 古建筑的 保 护敲响 警 钟 。 建筑 物 安全检测 作 为一 项“ 健 康 诊 断 ” 工 作 ， 给古建 筑 的保护 和 修缮提供 依 据 ， 具 有 重 要的现 实 意义 。 古建 筑 安全检 测 工作的 开 展 ， 通过对 历史资料 的 收集 、 建 筑 参数现 场 的采集 ， 形 成 结构体 系 安全性 能 的详细 结 论 ， 建立古 建筑健康 档 案 ， 将对古 建

24、 筑的保 护 和修缮 起 到积极的 推动作 用。 Q 参考文献 1黎清毅，羿奇，鲍涛 .某木结构古建筑的鉴定与加固方案 J.江苏建 筑， 2009（ 1）： 17 19. 2蔡乐刚 .上海木结构优秀历史建筑检测与鉴定 J.住宅科技， 2011 （ 10）： 29 33. 3张宏，陈志勇 .哈尔滨市某校木屋盖结构的可靠性鉴定及加固改 造J.结构工程师， 2010（ 4）： 107 113. 4郑建军，李科，朱彦鹏 .砖木结构的检测实例以及有限元分析 J.建 筑技术开发， 2010， 37（ 1）： 13 15. 5刘盛全，卫广扬，陶仁中，等 .合肥市基督教 堂木结构鉴定和材料 研究 J.林业科技

25、通讯， 1999（ 10）： 37 38. 6中国建筑西南建筑设计研究院 .GB50005 2003 木结构设计规 范 S.北京 :中国建筑工业出版社， 2004. 7四川省建筑科学研究院 .GB50165 92 古建筑木结构维护与加固 技术规范 S.北京：中国建筑工业出版社， 1992. 8哈尔滨工业大学 .GB50206 2012 木结构工程施工质量验收规 范 S.北京：机械工业出版社， 2012. 9中国建筑科学研究院 .GB50009 2012 建筑结构荷载规 范 S.北 京：中国建筑工业出版社， 2012. 10四川省建筑委员会 .GB50292 1999 民用建筑可靠性鉴定标 准 S.北京：中国建筑工业出版社， 1999.