中國古建筑木結構加固及其性能研究

劉昊天

【摘要】古建筑木結構作為較多典型掛建筑物的結構形式之一，無論從其結構特性還是力學性能等方面都具有明顯的優(yōu)勢。然而古建筑木結構長期受風雨侵蝕、強震破壞以及人為破壞等，極易面臨整體結構受損，甚至坍塌等危險，這就要求根據其結構性能采取相應的加固修繕措施。本文主要對古建筑木結構的特征與破壞、修繕加固古建筑木結構的方法以及古建筑木結構的性能進行探析。

【關鍵詞】古建筑木結構；修繕加固；性能

前言：

作為華夏文明的具體表現，古建筑木結構在我國歷史長河中塑造較多傳奇，包括廟宇、園林、宮殿等典型建筑物，被譽為中國建筑領域中的“瑰寶”。但如何對這些建筑結構進行保護，又成為當前大多學者研究的重要內容，較多外界因素影響下，加上古建筑結構自身的缺陷都使整個結構性能逐漸降低，修繕加固工作勢在必行。因此，本文對古建筑木結構性能與修繕加固方法的研究，具有十分重要的意義。

一、古建筑木結構的特點與破壞分析

通過大多學者實踐研究表明，古建筑木結構與一般建筑結構相比，在營造技術、結構布置以及概念設計等較多方面都表現出一定的優(yōu)勢。從其結構特點看，主要表現在：第一，建筑材料以木材為主。從大多典型古建筑特征便可看到，其強調充分發(fā)揮木材的應用功能，整個建筑骨架完全以木結構形式為主，且木材本身不具備較大的剛度與質量，即使在地震力影響下，也不會產生較大的破壞。第二，層次分明且造型優(yōu)美。該結構類型下通常設置三個或四個層次，如殿堂式建筑，其自下而上分別為臺基層、柱架層、枓栱層以及屋蓋層，在布置形式上又強調對稱，造型極其優(yōu)美。第三，抗震性能較好。木結構建筑在造型設計中強調以“大屋蓋”技術為主，整體結構與現代鋼結構、砌體結構等都極為不同，如五臺山較多古建筑木結構，即使經歷較多地震，仍維持至今。

而從古建筑木結構的破壞情況看，主要表現在上部木結構、地基基礎兩方面的破壞。以地基基礎破壞為例，其可細化為：①因選址不合理帶來的破壞，如在山尖、山嘴或易出現泥石流、山體滑坡等位置進行設計，一旦有自然災害出現便會產生致命性的破壞；②因自然作用而帶來的破壞，如較多建筑長期受到風雨侵蝕或地震作用影響，砌塊材料性能逐漸降低，臺基基礎便可能出現變形為題；③人為因素影響，如在古建筑周邊進行施工或取土，很容易對地基基礎帶來影響。另外，在上部木結構方面，其破壞的問題主要集中在構件破壞、節(jié)點破壞等方面。如在構件破壞問題上，與混凝土、鋼材等材料不同，木結構中應用的木材材料在力學性質上存在較大的差異，開裂與老化問題極易出現。因此，實際加固古建筑木結構中，需做好這些破壞問題的分析[1]。

二、修繕加固古建筑木結構的具體方法

（一）修繕加固的原則

古建筑木結構本身作為古文物的象征，承載較多歷史信息，這就要求在實際修繕加固中遵循維持文物原狀的原則。在加固時需保證建筑結構原有的工藝技術、建筑材料、建筑結構以及建筑形制都得以保存，避免對原文物外貌特征造成破壞。同時，在修繕加固中應遵循可逆性原則。其主要指在引入相關更換構件、連接構件以及加固材料過程中，需保證整個結構能夠滿足可再處理要求，這樣一旦建筑日后使用中受到破壞，仍可利用相應的材料與技術進行修繕。另外，在加固中還需禁止對結構受力體系進行改變，古建筑木結構在受力性能方面本身具有明顯的優(yōu)勢，所以在加固后仍需保證其受力分配狀態(tài)、傳力路徑等不被改變。

（二）修繕加固的主要方法

實際修繕加固過程中，首先應從地基基礎方面著手，針對不同原因產生的破壞問題可采取針對性的策略。如古建筑處于山下、山頂位置，在加固中可選用擋土墻、石砌護坡等形式；而對于臺基砌體，加固中需做好裂縫問題的處理，可考慮將鋼筋網鋪設在新舊磚層中，并通過灌漿使所有縫隙得以加固。其次，對于上部結構加固問題。在加固中需對木材的穩(wěn)定性進行增強，引入相關的化學藥劑，在此基礎上對構件與節(jié)點進行加固，如構件方面可考慮引入墩接加固法，使新舊材料能夠融合，性能由此得到提升。除此之外，在實際加固中也涉及到圍護結構加固內容，應注意在不破壞其原貌的基礎上引入壓力灌漿方式，使墻體的強度得到提升[2]。

三、古建筑木結構整體性能分析

關于古建筑木結構的性能，其在建筑不同的結構層表現也極為不同。以基礎層為例，其在構成上主要以臺基、柱礎石以及磉墩等為主，在地震力作用下，基礎層中的柱腳可起到明顯的減少地震作用力作用，所以在抗震性能上較為明顯。再如柱架層方面，一般設計中多采用雀替方式，其可使建筑的立面得以豐富，且對于梁段抗剪以及抗彎等性能的增強可起到明顯的作用。而在結構鋪作層方面，若設計中可使各枓栱鋪作保持協同，這樣即使有較大的荷載作用其中，鋪作因相互擠進，使自鎖聯結功能上得到強化，有效減小破壞程度。另外，在屋蓋層方面，其動力性能優(yōu)勢也極為明顯，所以結構的整體性能都極高[3]。

結論：

修繕加固是保證古建筑木結構綜合性能的關鍵所在。實際修繕加固中，應正確認識結構的特點以及不同破壞因素下對地基基礎、上部木結構帶來的影響，在此基礎上針對不同破壞部位選取相應的加固處理方式。同時，在加固中還需對不同結構層次的性能進行研究，以此為修繕加固提供有效參考。

參考文獻：

[1]張風亮.中國古建筑木結構加固及其性能研究[D].西安建筑科技大學，2013.

[2]陳志勇，祝恩淳，潘景龍.中國古建筑木結構力學研究進展[J].力學進展，2012，05：644-654.

[3]李鵬飛.多層殿堂式木結構古建筑尚有閣的結構及抗震性能研究[D].西安建筑科技大學，2012.

[4]劉力.中式建筑的中國式歸來[J].中國房地產業(yè).2014.7