您现在的位置: 公务员期刊网 >> 论文范文 >> 建筑论文 >> 中国古建筑论文 >> 正文

浅谈木结构古建筑加固方法

摘要:中国古建筑是中国传统文化的重要载体,古建筑材质以木材为主,受自然以及人为因素的影响,加上建成时间较久和木材本身材性问题,出现各种形式的损坏症状,本文通过针对不同损坏状态特征,讨论多种木结构古建筑加固方法并分析其优缺点,为木结构古建筑加固保护提供有益的借鉴。

关键词:木结构;古建筑;加固方法

引言

我国现有2000多个历史性城镇,保存着大量古建筑。中国古建筑以木材、砖瓦为主要建筑材料,充分发挥材料性能和特点,创造出优美的建筑构型及相应的建筑风格,取得光辉的成绩,是中国传统文化的重要载体。然而大多数木结构建筑由于建成时间较长,且在各种自然环境及人为因素作用下,易发生变形、裂缝、虫蛀、糟朽等问题,构件的强度也因此降低,在地震、强风、水患、雷电等自然灾害的作用下,很有可能出现大面积的结构破坏甚至倒塌,这将严重影响人民生命财产安全和古建筑文化的传承。而且,许多实例表明,不少古建筑遭受的损害,不完全是未加保护所致,而是保护不当所造成的。因此,对古代中国木结构建筑进行科学、正确、有效的修复加固,从安全性和文化传承保护等方面考虑,具有重要的现实意义。

1损坏形式

现存的木结构古建筑大都有着上百年以上的历史,由于木材本身物理性能的退化、自然环境影响以及人为的破坏等因素,使得现存古建筑木结构产生了不同的损坏形式,主要包括以下几个方面:

1.1开裂

由于木材内外层水分蒸发速度的不同且木材径向、弦向收缩系数存在差异,在干燥过程中,容易出现由外向内的开裂现象。同时,不同于钢材、混凝土等材料,木材作为一种非均质的、各向异性的天然高分子有机材料,在温度和湿度变化的情况下,木构件裂缝会持续拓展,使得有效截面减小,导致构件的承载能力大大降低。

1.2槽朽、虫蛀

木材的主要成分包括纤维素、半纤维素、木质素、盐类、可溶性多糖、蛋白质和其它化合物等,这些组份是一些细菌和昆虫的营养物质,在适宜的温度、湿度条件下,细菌孢子会分泌酵素,分解、吸收木材中的纤维素和半纤维素及木质素,从而使木材发生糟朽。[1]在我国南方多雨地区,木材糟朽尤为常见。而昆虫包括白蚁、蛀木甲虫、天牛、黄蜂等以木质为食,穿孔食蛀木材,造成木材虫蛀孔洞甚至木材内部中空,使得木构件有效截面面积减少,承载能力大幅下降,影响整个构架安全。在各种木材中,除樟木、杉木、柚木等木材本身具有防虫作用外,其余大部分常用建筑木料皆不具有防虫功能。

1.3木节、斜纹等天然缺陷

木结构古建筑中,有不少构件的用料存在木节、斜纹等天然缺陷,一般情况,由于构件的截面尺寸有较大冗余,在没有受到其他因素的干扰下,可以正常工作;但一旦与领近的其他残损点组合,就容易产生危及安全的问题。1.4弯曲变形木构件在长期荷载作用下,由于材料性能老化、外力破坏或承载力设计冗余不足等原因造成构件弯曲变形,不但影响建筑外观,甚至导致倒塌破坏。

2加固方法

《古建筑木结构维护与加固技术规范》明确提出古建筑木结构的维修与加固必须遵守不改变文物原状的原则。在修缮保护过程中应保存原来的建筑形制、建筑结构、建筑材料、工艺技术和传力体系不变。针对木结构古建筑的损坏程度,制定整体加固方案或对构件进行局部加固。

2.1整体加固

针对木结构古建筑整体的不同损坏程度,采取以下整体加固方法[2]:(1)修整加固当建筑构架整体变形较小,各个构件位移、错位不大,总体损坏程度较轻时,可不拆换各个受力构件,直接对木构架进行整体修整加固。这种加固方法成本低且施工简便,较好地保持古建原貌。(2)打牮拨正局部构件、古建外观损坏较为严重,但主要承重构件完好时,可不拆落木构架,先使发生倾斜、扭转、拔榫的构件复位,再进行整体加固,同时更换或加固受损严重的构件。(3)落架大修当建筑构架整体包括主要主要传、承力构件受损严重时,应全部或局部拆落木构架,同时更换或加固受损严重的构件。这种加固方法相当于对古建筑进行“解剖手术”,在一定程度上改变了古建筑的历史原貌。

2.2局部构件加固

(1)墩接加固柱脚或梁枋部分发生糟朽时,可采用木料或钢筋混凝土、石料等进行墩接加固;这种加固方法不需要整体拆除替换,最大限度利用原构件;但墩接构件与原构件存在裂缝界面,不能保证构件的整体性,且对构件原貌改变较大。[3](2)嵌补加固当构件出现表层干缩裂缝,可采用腻子、桐油灰、环氧树脂或其他胶粘剂灌胶嵌补裂缝孔、洞,当裂缝宽度较大时,可先用木条嵌补,再用胶粘剂粘牢,并在裂缝区域内用铁箍或FRP箍箍紧。嵌补加固仅适用于裂缝发展深度不超过截面尺寸1/3的损坏构件,且承载能力不如原构件。(3)铁箍加固当构件表层裂缝发展深度超过截面尺寸1/3或出现贯穿纵向裂缝时,采用铁件将构件箍紧,通过铁件的约束作用可显著提高构件的承载能力。采用铁箍加固需要做好防锈措施,一旦铁件发生严重锈蚀,会显著降低约束效果,且影响古建筑外观。(4)化学加固梁枋、柱因发生虫蛀或腐朽而形成内部中空时,但构件表层结构完整,且完好厚度不小于50mm时,可先将内部朽烂部分清理干净后,灌注改性环氧树脂灌浆料加固,当中空部分较大时,宜先用原构件相同材质木料填充后灌注改性环氧树脂灌浆料加固。(5)FRP加固FRP材料具有轻质高强、高弹性模量、耐虫蛀、易施工等特点,是近年来国内外应用较多的一种新型加固材料。现有研究表明FRP加固木构件能够显著提高构件的承载能力和刚度,同时对构件的延性也有一定程度的改善;但对于长期性能、耐疲劳性能的研究较为缺乏,同时,FRP加固木构件会明显改变古建筑的原貌。[4](6)支顶加固通过在木梁下设置附加支座进行支顶加固,可有效降低跨中弯矩和跨中挠度,减少构件的弯曲变形。支顶加固施工便捷,不改变构件原貌,但会改变原构件的传力体系。[5](7)更换新构件当木构件受损严重时,利用上述种种加固方法进行加固并不现实,只能采用更换新构件进行加固修复。新构件应优先采用与原构件相同的树种木材,当确有困难时,应选取强度等级不低于原构件的木材代替。

3结语

我国拥有大量的木结构古建筑,普遍存在各种不同程度不同状态的损坏,必须加以修缮和加固。要根据实际情况选择适当的加固方法和合适的施工材料,防止因修缮加固而造成对古建筑历史文化风貌的破坏,真正做到“修旧如旧”。

参考文献

[1]梁歌,方文斌.化学防腐技术与古建筑保护[D].[J].建筑与文化,2017,0(2):130-131

[2]古建筑木结构维护与加固技术规范(GB50165-92)[S].北京:中国建筑工业出版社,1992.

[3]罗才松,黄奕辉.古建筑木结构的加固维修方法述评[J].福建建筑,2005(5):196-201.

[4]邵劲松,薛伟辰,刘伟庆,王乐.FRP加固木结构研究和应用综述[J].玻璃钢/复合材料,2015(4):91-95.

[5]刘成伟.村镇木结构住宅结构构件加固技术研究[D],华中科技大学硕士学位论文,2010.01

作者:李云雷 陈良金 单位:湄洲湾职业技术学院建筑工程系

阅读次数:人次