中國木結構古建筑加固方法研究

李云雷 陳良金

（湄洲灣職業技術學院建筑工程系， 福建 莆田 351119）

0 引言

我國現有2000多個歷史性城鎮，保存著大量古建筑。中國古建筑以木材、磚瓦為主要建筑材料，充分發揮材料性能和特點，創造出優美的建筑構型及相應的建筑風格，取得光輝的成績，是中國傳統文化的重要載體。

然而大多數木結構建筑由于建成時間較長，且在各種自然環境及人為因素作用下，易發生變形、裂縫、蟲蛀、糟朽等問題，構件的強度也因此降低，在地震、強風、水患、雷電等自然災害的作用下，很有可能出現大面積的結構破壞甚至倒塌，這將嚴重影響人民生命財產安全和古建筑文化的傳承。而且，許多實例表明，不少古建筑遭受的損害，不完全是未加保護所致，而是保護不當所造成的。因此，對古代中國木結構建筑進行科學、正確、有效的修復加固，從安全性和文化傳承保護等方面考慮，具有重要的現實意義。

1 損壞形式

現存的木結構古建筑大都有著上百年以上的歷史，由于木材本身物理性能的退化、自然環境影響以及人為的破壞等因素，使得現存古建筑木結構產生了不同的損壞形式，主要包括以下幾個方面：

1.1 開裂

由于木材內外層水分蒸發速度的不同且木材徑向、弦向收縮系數存在差異，在干燥過程中，容易出現由外向內的開裂現象。同時，不同于鋼材、混凝土等材料，木材作為一種非均質的、各向異性的天然高分子有機材料，在溫度和濕度變化的情況下，木構件裂縫會持續拓展，使得有效截面減小，導致構件的承載能力大大降低。

1.2 槽朽、蟲蛀

木材的主要成分包括纖維素、半纖維素、木質素、鹽類、可溶性多糖、蛋白質和其它化合物等，這些組份是一些細菌和昆蟲的營養物質，在適宜的溫度、濕度條件下，細菌孢子會分泌酵素，分解、吸收木材中的纖維素和半纖維素及木質素，從而使木材發生糟朽。[1]在我國南方多雨地區，木材糟朽尤為常見。而昆蟲包括白蟻、蛀木甲蟲、天牛、黃蜂等以木質為食，穿孔食蛀木材，造成木材蟲蛀孔洞甚至木材內部中空，使得木構件有效截面面積減少，承載能力大幅下降，影響整個構架安全。在各種木材中，除樟木、杉木、柚木等木材本身具有防蟲作用外，其余大部分常用建筑木料皆不具有防蟲功能。

1.3 木節、斜紋等天然缺陷

木結構古建筑中，有不少構件的用料存在木節、斜紋等天然缺陷，一般情況，由于構件的截面尺寸有較大冗余，在沒有受到其他因素的干擾下，可以正常工作；但一旦與領近的其他殘損點組合，就容易產生危及安全的問題。

1.4 彎曲變形

木構件在長期荷載作用下，由于材料性能老化、外力破壞或承載力設計冗余不足等原因造成構件彎曲變形，不但影響建筑外觀，甚至導致倒塌破壞。

2 加固方法

《古建筑木結構維護與加固技術規范》明確提出古建筑木結構的維修與加固必須遵守不改變文物原狀的原則。在修繕保護過程中應保存原來的建筑形制、建筑結構、建筑材料、工藝技術和傳力體系不變。針對木結構古建筑的損壞程度，制定整體加固方案或對構件進行局部加固。

2.1 整體加固

針對木結構古建筑整體的不同損壞程度，采取以下整體加固方法[2]：

（1）修整加固

當建筑構架整體變形較小，各個構件位移、錯位不大，總體損壞程度較輕時，可不拆換各個受力構件，直接對木構架進行整體修整加固。這種加固方法成本低且施工簡便，較好地保持古建原貌。

（2）打牮撥正

局部構件、古建外觀損壞較為嚴重，但主要承重構件完好時，可不拆落木構架，先使發生傾斜、扭轉、拔榫的構件復位，再進行整體加固，同時更換或加固受損嚴重的構件。

（3）落架大修

當建筑構架整體包括主要主要傳、承力構件受損嚴重時，應全部或局部拆落木構架，同時更換或加固受損嚴重的構件。這種加固方法相當于對古建筑進行“解剖手術”，在一定程度上改變了古建筑的歷史原貌。

2.2 局部構件加固

（1）墩接加固

柱腳或梁枋部分發生糟朽時，可采用木料或鋼筋混凝土、石料等進行墩接加固；這種加固方法不需要整體拆除替換，最大限度利用原構件；但墩接構件與原構件存在裂縫界面，不能保證構件的整體性，且對構件原貌改變較大。[3]

（2）嵌補加固

當構件出現表層干縮裂縫，可采用膩子、桐油灰、環氧樹脂或其他膠粘劑灌膠嵌補裂縫孔、洞，當裂縫寬度較大時，可先用木條嵌補，再用膠粘劑粘牢，并在裂縫區域內用鐵箍或FRP箍箍緊。嵌補加固僅適用于裂縫發展深度不超過截面尺寸1/3的損壞構件，且承載能力不如原構件。

（3）鐵箍加固

當構件表層裂縫發展深度超過截面尺寸1/3或出現貫穿縱向裂縫時，采用鐵件將構件箍緊，通過鐵件的約束作用可顯著提高構件的承載能力。采用鐵箍加固需要做好防銹措施，一旦鐵件發生嚴重銹蝕，會顯著降低約束效果，且影響古建筑外觀。

（4）化學加固

梁枋、柱因發生蟲蛀或腐朽而形成內部中空時，但構件表層結構完整，且完好厚度不小于50mm時，可先將內部朽爛部分清理干凈后，灌注改性環氧樹脂灌漿料加固，當中空部分較大時，宜先用原構件相同材質木料填充后灌注改性環氧樹脂灌漿料加固。

（5）FRP加固

FRP材料具有輕質高強、高彈性模量、耐蟲蛀、易施工等特點，是近年來國內外應用較多的一種新型加固材料。現有研究表明FRP加固木構件能夠顯著提高構件的承載能力和剛度，同時對構件的延性也有一定程度的改善；但對于長期性能、耐疲勞性能的研究較為缺乏，同時，FRP加固木構件會明顯改變古建筑的原貌。[4]

（6）支頂加固

通過在木梁下設置附加支座進行支頂加固，可有效降低跨中彎矩和跨中撓度，減少構件的彎曲變形。支頂加固施工便捷，不改變構件原貌，但會改變原構件的傳力體系。[5]

（7）更換新構件

當木構件受損嚴重時，利用上述種種加固方法進行加固并不現實，只能采用更換新構件進行加固修復。新構件應優先采用與原構件相同的樹種木材，當確有困難時，應選取強度等級不低于原構件的木材代替。

3 結語

我國擁有大量的木結構古建筑，普遍存在各種不同程度不同狀態的損壞，必須加以修繕和加固。要根據實際情況選擇適當的加固方法和合適的施工材料，防止因修繕加固而造成對古建筑歷史文化風貌的破壞，真正做到“修舊如舊”。