我國古建筑木結構的破壞類型及加固方法

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

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

中國古建筑是人類物質(zhì)文明和精神文明的體現(xiàn)，是連接歷史的橋梁，具有重要的歷史價值和科學價值，保護這些古建筑，長期保存，是當代建筑商不可推卸的重要責任，因此研究木結構加固措施具有重要意義。

在木結構的長期使用過程中，由于荷載時間長、木材老化等原因，木結構的性能會不同程度地降低，最終損壞。木結構的常見損傷類型如下：

(1)開裂

木材在加工過程中水分沒有完全蒸發(fā)，木材表面和內(nèi)部干燥速率不同，導致木纖維內(nèi)外收縮不一致，導致裂縫；木結構在使用過程中，由于長期荷載，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。當木材長期處于潮濕的環(huán)境中時，真菌會繁殖，導致木材腐爛并完全損壞。常見的腐爛部分包括柱腳、柱頭、梁頭和后屋檐檁條。腐爛可以減少構件的力截面積和承載力，這對結構非常不利。

(3)變形

木結構在荷載作用下會變形，但由于木材老化，承載力下降或結構荷載過大，變形可能超過規(guī)范允許值。構件變形過大，不僅影響美觀，而且給結構安全帶來很大隱患。

(4)拔榫

榫榫連接是古建筑木結構連接的主要形式，常用于柱、柱、梁、梁之間的連接。在長期負荷下，加上木材本身的收縮等因素，榫榫節(jié)點容易松動，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，對整個結構產(chǎn)生了不利影響。

(5)蛀蟲

白蟻是侵蝕木材的主要對象，白蟻喜陰，多分布在南方，所以南方的木結構容易被蟲蛀，北方相對較少。

加固方法

木結構的加固措施有很多種。一般來說，各種方案相互結合。以下主要從整體加固和構件加固兩個方面進行闡述。

木結構的整體加固方法

(1)落架大修

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

(2)打正

也就是說，在不拆除木結構的情況下，將傾斜、扭轉(zhuǎn)、拔榫的結構復位，然后進行整體加固。同時更換或采取其他修補加固措施，對個別嚴重損壞的梁、斗、柱等。木構件進入時，應先拆除瓦頂，拆下望板和部分椽子，清理擦端榫卯縫隙。如有加固鐵件，應全部拆除，嚴重損壞的檁條、角梁、平板斗等構件也應先拆除。該方法適用于建筑物外閃嚴重但大木構件完好、需更換或只需更換個別零件的維修工程。

(3)修整加固

也就是說，在不拆除瓦頂和不拆卸框架的情況下，直接對木框架進行整體加固。該方法適用于木框架變形小、構件位移小、無需矯正的維護工程。

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（或方向截面尺寸的1/3）時，可按嵌補方法修復。當裂縫寬度不大于3時mm當裂縫寬度為3~30時，可在柱的油飾或斷白過程中用膩子勾勒出來；mm當裂縫寬度大于30時，可用木條填充，并用耐水膠粘劑粘合；mm當時，除了用木條用耐水膠粘劑填充和粘合外，還應在柱的開裂段加入2~3個鐵箍。如果柱的開裂段較長，箍距不應大于0.5m,鐵箍應嵌入柱內(nèi)，使其外皮與柱外皮齊平。

對于梁梁的干縮裂縫，當水平裂縫深度小于梁寬或梁直徑的1/4時，可采用嵌補法進行修整，即先用木條和耐水膠粘劑將縫隙嵌補粘結牢固，再用兩個以上鐵箍或玻璃鋼箍緊固。

(2)墩接加固法

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

(3)化學加固法

當木材內(nèi)部因蟲蛀或腐爛而形成中空時，如果柱表面厚度不小于50mm,不飽和聚酯樹脂可用于灌注和加固。首先，在柱中應力小的部位開孔，然后去除腐爛的木塊和碎屑，最后將樹脂灌入飽滿，每次灌注量不得超過3kg,每次間隔不應少于300個min.文獻指出，該法用于加固和維護徐州戲馬臺古建筑之一風云閣的木柱，加固后無問題，使用效果好。

(4)FRP加固法

FRP復合材料是由纖維材料和基體材料(樹脂)按一定比例混合而成的高性能材料。在加固工程中，通過粘合劑粘貼在加固構件表面，以提高結構構件的承載力。FRP復合材料具有重量輕、應力性能好、施工方便等優(yōu)點，主要用于木梁、木柱、榫榫節(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。

中國古代木建筑歷經(jīng)滄桑，保存至今，是祖先留給我們的寶貴財富。如何保存這一寶貴財富是我們不能辜負的使命。隨著科學技術的發(fā)展和木結構研究的深入，優(yōu)化改進的木結構加固技術將為其修復加固提供更好的依據(jù)和保障。