淺議古建筑木結構加固措施綜述

萇柳鳳，王琳

（機械工業第六設計研究院有限公司天津分公司，天津 300392）

1 研究背景

中國古建筑以木建筑為主，它們因其獨特的受力性能，能夠歷經風雨，保存至今，如建于唐代的五臺山佛光寺、建于遼代的山西應縣佛宮寺釋迦塔。然而，由于自然環境的影響，以及木結構本身材料的腐朽老化，再加上修繕工作不及時，許多古建筑的承載力和穩定性不斷下降，甚至處于體系破壞、結構坍塌的危險境地。中國古建筑是人類各時期物質文明和精神文明的體現，是連接歷史的橋梁，具有重要的歷史價值和科學價值，保護好這些古建筑，使其能夠長久保存下去，是我們當代建筑者不可推卸的重要責任，所以研究木結構的加固措施具有非常重要的意義。

2 破壞類型

木結構在長期使用過程中，由于受荷時間長久，加之木材老化等原因，會導致木結構性能不同程度的降低，最終發生破壞。木結構常見的破壞類型有以下幾種[1～2]。

2.1 開裂

木材在加工過程中水分沒有完全蒸發，木材表層和內部干燥速率不同，導致木纖維內外收縮不一致，從而產生裂縫；木結構在使用過程中，由于長時間受荷，加之木材老化，其抗拉、抗壓、抗彎、抗剪性能下降，從而在外力下產生裂縫。

2.2 腐朽

木材的主要成分為纖維素、半纖維素多糖和木質素等，當木材長期處于潮濕環境時，會滋生真菌的繁殖，從而導致木材產生腐朽，遭受徹底破壞。常見的腐朽部位有柱腳、柱頭、柁頭和后檐檁等。腐朽可使構件的受力截面積減小、承載力降低，對結構非常不利。

2.3 變形

木結構在荷載作用下會產生變形，但由于木材老化，造成承載力下降，或者結構負荷過重，可能導致變形超過規范允許值。構件變形過大，不但影響美觀，也給結構安全帶來很大隱患。

2.4 拔榫

卯榫連接是古建筑木結構連接的主要形式，常用于柱與柱、柱與梁、梁與梁之間的連接。在長期受荷情況下，加上木材自身的收縮等因素，卯榫節點容易松動，發生拔榫現象。拔榫使梁柱的受力截面積變小、承載力降低，對結構整體產生不利影響。

2.5 蟲蛀

侵蝕木材的主要對象是白蟻，白蟻喜陰，多數分布于南方，所以南方木結構易遭蟲蛀，北方相對較少。

3 加固方法

木結構的加固措施有很多種，一般情況下都是多種方案相互結合使用，下面主要從整體加固和構件加固兩個方面對其進行闡述。

3.1 木結構的整體加固方法[3]

3.1.1 落架大修

即全部或局部拆落木構架，對殘損構件或殘損點逐個進行修整、更換殘損嚴重的構件，再重新安裝，并在安裝時進行整體加固。落架大修的工程，應先揭除瓦頂，再自上而下分層拆落望板、椽、檁及梁架。在拆落過程中，應防止榫頭折斷或劈裂，并采取措施，避免磨損木構件上的彩畫和墨書題記。這種方法適用于梁架構件拔榫、彎曲、腐朽、劈裂非常嚴重，必須更換構件或使榫卯歸位的維修工程，不足之處是可能對結構的原貌造成損傷。

3.1.2 打牮撥正

即在不拆落木構架的情況下，使傾斜、扭轉、拔榫的構建復位，再進行整體加固。對個別殘損嚴重的梁枋、斗栱、柱等應同時進行更換或者采取其他修補加固措施。對木構件進打牮撥正時，應先揭除瓦頂，拆下望板和部分椽，并將擦端的榫卯縫隙清理干凈，如有加固鐵件應全部取下，對已嚴重殘損的檁、角梁、平身科斗等構件，也應先行拆下。這種方法適用于建筑外閃嚴重但大木構件完好、不需要換件或僅需換個別件的維修工程。

3.1.3 修整加固

即在不揭除瓦頂和不拆動構架的情況下，直接對木構架進行整體加固。這種方法適用于木構架變形較小、構件位移不大、不需要打牮撥正的維修工程。

3.2 木結構構件的加固方法[3]

3.2.1 嵌補加固法

對于木柱的干縮裂縫，當裂縫深度不超過柱徑（或該方向截面尺寸1/3）時，可按嵌補方法進行修整。當裂縫寬度不大于3mm時，可在柱的油飾或斷白過程中，用膩子勾抹嚴實；當裂縫寬度在3～30mm時，可用木條嵌補，并用耐水性膠粘劑粘牢；當裂縫寬度大于30mm時，除用木條以耐水性膠粘劑補嚴粘牢外，尚應在柱的開裂段內加鐵箍2～3道，若柱的開裂段較長，則箍距不宜大于0.5m，鐵箍應嵌入柱內，使其外皮與柱外皮齊平。

對于梁枋的干縮裂縫，當水平裂縫深度（當有對面裂縫時，用兩者之和）小于梁寬或梁直徑的1/4時，可采用嵌補的方法進行修整，即先用木條和耐水性膠粘劑，將縫隙嵌補粘結嚴實，再用2道以上鐵箍或玻璃鋼箍箍緊。

3.2.2 墩接加固法

當柱腳腐朽嚴重，但自柱底面向上未超過柱高的1/4時，可采用墩接柱腳的方法處理。墩接時，根據腐朽程度、部位和墩接材料，可分為木料墩接、鋼筋混凝土墩接和石料墩接三種類型。木料墩接常用榫卯樣式有巴掌榫、抄手榫等，施工時，除應注意使墩接榫頭嚴密對縫外，還應加設鐵箍，鐵箍應嵌入柱內；鋼筋混凝土墩接僅用于墻內的不露明的柱子，高度不得超過1m，柱徑應大于原柱徑的0.2m，并留出0.4m～0.5m長的鋼板或角鋼，用螺栓將原構件夾牢，混凝土強度不應低于C25；石料墩接可用于柱腳腐朽部分高度小于0.2m的柱子。

3.2.3 化學加固法

木材內部因蟲蛀或腐朽形成中空時，若柱表層完好厚度不小于50mm，可采用不飽和聚酯樹脂進行灌注加固。首先應在柱中應力小的部位開孔，然后清除朽爛的木塊、碎屑，最后灌入樹脂至飽滿，且每次灌注量不宜超過3kg，每次間隔時間不宜少于30min。文獻[4]中指出，該法用于徐州戲馬臺古建筑群之一風云閣的木柱加固維修，加固后沒有發現問題，使用效果良好。

3.2.4 FRP加固法

FRP復合材料是由纖維材料與基體材料（樹脂）按照一定比例混合后形成的高性能材料。在加固工程中，通過粘結劑將其粘貼在被加固構件表面，從而提高結構構件的承載力。FRP復合材料具有自重輕、受力性能好、便于施工等優點，木結構加固中主要應用與木梁、木柱、榫卯節點的加固。文獻[5]和文獻[6]對碳纖維布加固木構架榫卯節點進行研究，結果表明，該加固方式對榫卯節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，適合于破損程度較小的榫卯節點。

4 總 結

中國古代木建筑歷經滄桑，保留至今，是祖先留給我們的寶貴財富，如何將這一寶貴財富繼續保存下去，是我們不可辜負的使命。本文就木結構的結構特點，論述了其破壞的幾種類型和常用的加固措施。隨著科技的發展和對木結構研究的不斷深入，優化改進的木結構加固技術將會對其修復加固工作提供更好的依據和保障。

[1]周乾，等.古建筑木結構加固方法研究[J].工程抗震與加固改造，2009(1).

[2]史喜寶，王建省.北京古建筑民居木結構加固方法及應用研究[J].北方工業大學學報，2014(1).

[3]GB50165-92，古建筑木結構維護與加固技術規范[S].

[4]羅才松，等.古建筑木結構的加固維修方法述評[J].福建建筑，2005(2).

[5]趙鴻鐵，等.古建筑木結構構件加固試驗研究[J].世界地震工程，2010(2).

[6]謝啟芳，等.中國古建筑木結構榫卯節點加固的試驗研究[J].土木工程學報，2008(1).