木結(jié)構(gòu)房屋典型變形和損壞問題探討

■ 周 琰 ZHOU Yan

0 引言

20 世紀(jì)早期，木結(jié)構(gòu)在上海有較廣泛的應(yīng)用。上海早期里弄建筑的主要承重構(gòu)件均為木結(jié)構(gòu)，該類建筑豎向主要由木立帖承重，木結(jié)構(gòu)樓、屋蓋；后期的花園住宅等建筑中，木結(jié)構(gòu)主要用于樓蓋或屋蓋中，該類建筑豎向主要由縱橫磚墻承重。由于建造年代久遠(yuǎn)，這些木結(jié)構(gòu)建筑存在蟲蛀受損或老化變形等問題，影響房屋的結(jié)構(gòu)安全或正常使用，需要定期查勘、維護(hù)。

1 木結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)的問題

受木材種類、含水率及木構(gòu)件使用環(huán)境等因素影響，木構(gòu)件容易出現(xiàn)蟲蛀、糟朽、變形等問題。

（1）上海市區(qū)白蟻活動(dòng)比較頻繁，木結(jié)構(gòu)房屋容易出現(xiàn)白蟻蛀蝕現(xiàn)象。特別是當(dāng)樓屋蓋有吊頂或木柱有裝飾時(shí)，難以直觀地看出承重木構(gòu)件受白蟻蛀蝕的損壞程度。

（2）部分歷史建筑坡屋面無老虎窗或通風(fēng)口，木樓蓋設(shè)有吊頂，木構(gòu)件采用增大截面法進(jìn)行加固。在上述通風(fēng)不暢等情況下，受長期使用環(huán)境的影響，木構(gòu)件容易出現(xiàn)糟朽現(xiàn)象。根據(jù)損壞程度，糟朽一般為局部糟朽或木構(gòu)件內(nèi)部糟朽。特別是內(nèi)部糟朽時(shí)，構(gòu)件雖外觀完好，但此時(shí)木構(gòu)件截面受損嚴(yán)重，存在嚴(yán)重的安全隱患，卻又不容易被發(fā)現(xiàn)。在查勘時(shí)，需要通過對(duì)構(gòu)件使用環(huán)境、房屋建造年代等信息進(jìn)行綜合分析，選擇合適的檢測手段來判定木構(gòu)件的完損程度。

由于建筑年代久遠(yuǎn)，木材已老化變形，木樓蓋往往存在不同程度的變形問題，導(dǎo)致樓面不平整，對(duì)正常使用或結(jié)構(gòu)安全帶來一定影響。在查勘時(shí)，首先要明確樓蓋變形的原因，是房屋整體不均勻沉降引起的，還是局部變形引起的；再根據(jù)變形原因、變形程度，判斷其對(duì)結(jié)構(gòu)安全的影響程度，給出合理的處理建議。

2 工程概況

徐匯區(qū)某校舍為一幢3 層磚木結(jié)構(gòu)房屋，建于20 世紀(jì)初，2007 年被認(rèn)定為徐匯區(qū)第三批區(qū)級(jí)文物保護(hù)單位。該建筑底層為博物館，二、三層為教室，閣樓為儲(chǔ)藏室，東西各設(shè)置一樓梯，其中，東側(cè)為鋼筋混凝土樓梯，西側(cè)為木結(jié)構(gòu)樓梯；房屋一～三層南側(cè)均設(shè)有一寬約2 m 的外走廊[1]（圖1）。

圖1 某校舍一層建筑平面示意圖

該建筑為磚木結(jié)構(gòu)，豎向主要由外圍磚墻和內(nèi)部的木柱承重，承重墻體厚度為一磚或一磚半。其中，一層木柱截面尺寸主要為250 mm×250 mm，二層及三層木柱截面尺寸為195 mm×195 mm。建筑二、三層及閣樓水平承重構(gòu)件以木梁、木擱柵和木樓板為主，且木擱柵兩端與木柱交接處設(shè)有木牛腿。屋架為三角形木屋架，閣樓擱柵擱置于屋架下弦上，圓木檁條；屋面瓦為黏土紅瓦。

因房屋建造年代久遠(yuǎn)，2008 年，使用單位發(fā)現(xiàn)房屋存在明顯不均勻沉降、滲漏水等問題。2009 年，由專業(yè)單位進(jìn)行了修繕設(shè)計(jì)和施工，其主要修繕內(nèi)容有：①地基基礎(chǔ)糾偏加固；②對(duì)原木柱采用四周木夾板加固，并對(duì)原木梁采用兩側(cè)鋼夾板加固；③墻體加固。

3 木構(gòu)件白蟻蛀蝕

繼上次修繕10 余年后，使用單位發(fā)現(xiàn)一層的木墻裙、木柱外包裝飾構(gòu)件等部位存在較嚴(yán)重的白蟻蛀蝕現(xiàn)象；但由于樓蓋設(shè)有雙層吊頂?shù)仍颍瑹o法直接觀測承重木構(gòu)件的白蟻蛀蝕情況。考慮到房屋存在大量的承重木構(gòu)件，且作為博物館和教學(xué)樓使用，為確保公共安全，對(duì)木樓蓋的白蟻蛀蝕損壞程度和范圍進(jìn)行了檢測。

外觀檢測結(jié)果表明，木樓蓋主要存在如下?lián)p壞：①天花吊頂多處滲漏，設(shè)備管道多處存在嚴(yán)重結(jié)露現(xiàn)象，部分木擱柵有受潮痕跡；②樓蓋多處木梁存在白蟻蛀蝕痕跡（圖2），個(gè)別木梁裂縫處存在白蟻蟻穴，蟲蛀情況嚴(yán)重；③多處木牛腿有明顯白蟻蟻路，且蟲蛀情況嚴(yán)重（圖3）；④裝飾木構(gòu)件存在白蟻痕跡，如木墻裙存在大量白蟻活動(dòng)痕跡。

圖2 某校舍木梁有白蟻蛀蝕痕跡

圖3 某校舍木牛腿存在蟻路、設(shè)備管道結(jié)露

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，樓蓋設(shè)有雙層吊頂，且吊頂內(nèi)管道有結(jié)露現(xiàn)象，導(dǎo)致木構(gòu)件周邊環(huán)境潮濕且通風(fēng)條件差，是誘發(fā)白蟻蛀蝕的主要原因。為了解木構(gòu)件內(nèi)部是否存在白蟻現(xiàn)象，并進(jìn)一步明確白蟻蟻蝕受損程度，根據(jù)《木結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T 488—2020），結(jié)合木構(gòu)件外觀受損檢測結(jié)果，有針對(duì)性地通過手工敲擊選取典型測點(diǎn)，并采用木材阻抗儀對(duì)木構(gòu)件進(jìn)行缺陷檢測。阻抗儀鉆入速度均設(shè)置為150 cm/min，鉆頭旋轉(zhuǎn)速度均設(shè)置為2 500 r/min，其深入檢測結(jié)果如下：①大多數(shù)木梁白蟻蛀蝕損壞主要分布在構(gòu)件表層，個(gè)別木梁構(gòu)件內(nèi)部存在蛀蝕情況；②木牛腿白蟻蛀蝕損壞普遍較為嚴(yán)重，多處構(gòu)件內(nèi)部木質(zhì)有明顯疏松，截面承載力有較大損傷（圖4、5）。

圖4 某校舍典型木梁阻抗曲線示意圖（未見構(gòu)件內(nèi)部存在明顯缺陷）

由此可知，對(duì)于木結(jié)構(gòu)房屋，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有白蟻蛀蝕現(xiàn)象，且木構(gòu)件所處環(huán)境潮濕、通風(fēng)條件差時(shí)，應(yīng)選擇采用木材阻抗儀法、超聲波法等手段，對(duì)木構(gòu)件內(nèi)部受損情況進(jìn)行進(jìn)一步探測，以明確木構(gòu)件受白蟻蛀蝕的深度，確定構(gòu)件承載力降低程度。

4 木構(gòu)件糟朽

該校舍在2009 年修繕時(shí)，曾采用四周設(shè)置木夾板的方式，對(duì)木柱進(jìn)行增大截面法加固（圖6）。在木樓蓋檢測時(shí)，對(duì)木柱的外觀完損情況進(jìn)行了檢測，除了發(fā)現(xiàn)增設(shè)的木夾板局部有裂縫外，未見白蟻蛀蝕等損傷。但考慮到加固的木柱為復(fù)合受力構(gòu)件，原有木柱的完好程度對(duì)整個(gè)木柱的承載力有明顯影響，為此，亦采用木材阻抗儀對(duì)木柱的內(nèi)部缺陷情況進(jìn)行檢測。

圖5 某校舍典型木牛腿阻抗曲線示意圖（構(gòu)件內(nèi)部存在大面積缺陷，表明蛀蝕嚴(yán)重）

圖6 某校舍木柱加固截面示意圖

由于檢測時(shí)房屋仍在使用中，為減少對(duì)房屋的影響，未采用局部打開加固木夾板（或局部擴(kuò)孔探測），進(jìn)而檢測原木柱受損程度的破損方法；而是采用木材阻抗儀鉆頭從加固木夾板表面一直向木柱內(nèi)部鉆動(dòng)，根據(jù)阻抗曲線判斷木構(gòu)件是否有內(nèi)部缺陷的非破損方法。

根據(jù)阻抗曲線（圖7），在起始10 cm 的鉆頭推進(jìn)范圍內(nèi)，木柱外側(cè)加固木板阻抗曲線普遍基本連續(xù)，未見阻抗曲線有明顯異常；鉆頭深入原有木柱后，阻抗曲線出現(xiàn)明顯異常。上述結(jié)果表明，加固用的木夾板及其內(nèi)部沒有明顯缺陷，但原有木柱存在多處缺陷，且缺陷分布無明顯規(guī)律。

圖7 某校舍典型木柱阻抗曲線示意圖

本次檢測無擴(kuò)孔探測等破損檢測條件，無法區(qū)分原有木柱缺陷受損原因；而木材空洞缺陷、木材糟朽及白蟻蛀蝕損壞均可能導(dǎo)致木柱阻抗曲線出現(xiàn)上述異常。調(diào)取2008 年的文物建筑勘察報(bào)告，檢測報(bào)告未提及原有木柱或木梁存在缺陷；且根據(jù)當(dāng)時(shí)的檢測照片（圖8），未見木構(gòu)件有明顯受損。本次檢測時(shí)，除個(gè)別柱外表有白蟻蛀蝕現(xiàn)象外，未見其它柱存在白蟻現(xiàn)象。綜上，初步判斷原有木柱缺陷為木構(gòu)件糟朽現(xiàn)象，主要是由于原有木柱被木夾板包裹后導(dǎo)致的不通風(fēng)等原因造成的。

圖8 某校舍修繕前木柱、木梁檢測照片（2008）

除了上述案例中木柱出現(xiàn)糟朽的情況外，木材糟朽現(xiàn)象常常發(fā)生在封閉的坡屋頂?shù)炔课唬緲?gòu)件外觀看似完好，但其材質(zhì)已經(jīng)發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致強(qiáng)度降低；或構(gòu)件內(nèi)部已出現(xiàn)缺陷，應(yīng)引起足夠重視。在定期查勘或檢測時(shí)，應(yīng)進(jìn)行深入探測，避免木構(gòu)件出現(xiàn)明顯的糟朽現(xiàn)象。

5 木樓蓋變形

木樓蓋的變形主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①房屋整體不均勻沉降導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)整體傾斜，從而使不同樓層、不同區(qū)域的樓面產(chǎn)生相同的高差規(guī)律；②個(gè)別木立帖或大梁受損，導(dǎo)致部分區(qū)域的木樓蓋變形；③木擱柵或木地板等木構(gòu)件老化、變形，使得樓面出現(xiàn)局部不均勻高差現(xiàn)象。

在使用過程中，若發(fā)現(xiàn)樓面有相對(duì)高差，應(yīng)在查勘或檢測時(shí)，對(duì)房屋上部結(jié)構(gòu)的傾斜情況及樓面相對(duì)高差情況進(jìn)行全面測量，明確樓面出現(xiàn)相對(duì)高差的原因。當(dāng)房屋出現(xiàn)整體傾斜，且樓面相對(duì)高差與上部結(jié)構(gòu)傾斜規(guī)律相同時(shí)，應(yīng)根據(jù)房屋變形發(fā)展情況（沉降是否穩(wěn)定）及上部結(jié)構(gòu)傾斜率，選擇是否對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固糾偏。對(duì)于房屋整體無明顯傾斜規(guī)律情況下，若木樓蓋局部變形，應(yīng)首先查明相關(guān)樓面木構(gòu)件或豎向承重構(gòu)件的完好情況，并根據(jù)樓蓋局部變形的程度，對(duì)癥修繕處理。

5.1 房屋整體變形

上述校舍在2008 年勘察檢測時(shí)，發(fā)現(xiàn)樓面存在明顯的南高北低相對(duì)高差現(xiàn)象（圖9、10）。因此，對(duì)上部結(jié)構(gòu)傾斜情況進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)房屋整體向東、向北傾斜，其中向北傾斜率較大，最大傾斜率18.70‰。樓面相對(duì)高差測量結(jié)果與上部結(jié)構(gòu)傾斜規(guī)律一致，表明樓面相對(duì)高差情況是房屋整體不均勻沉降造成的。由于傾斜率較大，在2009 年修繕時(shí)對(duì)房屋進(jìn)行了地基基礎(chǔ)加固糾偏，解決地基承載力不足及樓面相對(duì)高差問題。

圖9 某校舍修繕前二層樓面相對(duì)高差測量結(jié)果示意圖（2008）

5.2 木樓蓋局部變形

某聯(lián)接式里弄住宅位于上海市徐匯區(qū)，為一幢3 層磚木結(jié)構(gòu)房屋，建造于上世紀(jì)20—30 年代。房屋豎向主要由橫墻或木立帖承重，木結(jié)構(gòu)樓、屋蓋。該幢房屋中間某戶二層樓面出現(xiàn)明顯的相對(duì)高差現(xiàn)象[2]。

該戶一層北側(cè)原為廚房，中部為樓梯間，南側(cè)為客堂間；二層樓梯間北側(cè)為亭子間，南側(cè)為臥室［圖11（1）］。經(jīng)現(xiàn)場踏勘，其二層南間西南角木樓蓋存在局部下沉、變形現(xiàn)象；南間西墻南段存在明顯的下沉、傾斜現(xiàn)象，頂角線折斷，填充墻局部下移45 mm［圖11（2）］。

對(duì)房屋整體變形情況進(jìn)行測量，未見其存在明顯的傾斜現(xiàn)象。采用DSZ2 型精密水準(zhǔn)儀對(duì)二層南間樓面相對(duì)高差進(jìn)行測量，結(jié)果表明，二層南間樓面東北角高、西南角低，樓面最大傾斜率為26.6‰［圖11（3）］。

圖10 某校舍修繕前三層樓面相對(duì)高差測量結(jié)果示意圖（2008）

圖11 某里弄住宅中間戶二層檢測情況

綜合分析上述完損檢測結(jié)果和變形測量結(jié)果，二層南間墻體南段存在下沉現(xiàn)象，填充墻體本身與木立帖構(gòu)架脫開，導(dǎo)致二層南間樓面出現(xiàn)局部下沉、變形損壞。上述樓蓋變形為局部變形，建議在墻體修繕施工時(shí)，首先對(duì)該區(qū)域的樓蓋木擱柵及木立帖進(jìn)深大料進(jìn)行進(jìn)一步檢查，對(duì)損壞的木構(gòu)件采取更換、加固等方式進(jìn)行處理，然后再對(duì)樓面進(jìn)行修繕。

6 結(jié)語

綜上所述，木構(gòu)件老建筑容易出現(xiàn)的蟲蛀、糟朽、變形等問題，可能影響房屋的結(jié)構(gòu)安全或正常使用，需要定期查勘、維護(hù)。

（1）對(duì)于存在白蟻蟻害的木結(jié)構(gòu)房屋，應(yīng)定期對(duì)木結(jié)構(gòu)的蛀蝕受損情況進(jìn)行查勘。當(dāng)木構(gòu)件所處環(huán)境潮濕、通風(fēng)條件差時(shí)，除外觀檢查外，還應(yīng)采用木材阻抗儀法、超聲波法等手段，對(duì)木構(gòu)件內(nèi)部受損情況進(jìn)行進(jìn)一步檢測，以明確木構(gòu)件內(nèi)部受損程度。

（2）部分木構(gòu)件位于封閉的吊頂或坡屋頂內(nèi)部，無通風(fēng)條件、空氣悶熱，或部分構(gòu)件采用增大截面法進(jìn)行加固。若長期處于上述環(huán)境中，木構(gòu)件容易出現(xiàn)糟朽損壞，即使其外觀完好，但其表面甚至內(nèi)部的木材材質(zhì)已經(jīng)發(fā)生明顯變化，強(qiáng)度降低。在定期查勘或檢測時(shí)，應(yīng)引起足夠重視，采取合理手段，查明木構(gòu)件是表面局部糟朽還是內(nèi)部糟朽，明確其損壞程度。

（3）受房屋整體性較差、木材老化變形等因素影響，木樓蓋容易產(chǎn)生樓面相對(duì)高差問題，在查勘或檢測時(shí)，應(yīng)對(duì)房屋的上部結(jié)構(gòu)傾斜情況、樓面相對(duì)高差情況進(jìn)行全面測量，明確樓面出現(xiàn)相對(duì)高差的原因。由房屋整體不均勻沉降導(dǎo)致樓面產(chǎn)生相對(duì)高差問題時(shí)，應(yīng)根據(jù)房屋變形發(fā)展情況、上部結(jié)構(gòu)傾斜率，選擇是否對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固糾偏；對(duì)于木樓蓋的局部變形，應(yīng)首先查明相關(guān)樓面木構(gòu)件或豎向承重構(gòu)件的完好情況，并根據(jù)樓蓋局部變形的程度，對(duì)癥進(jìn)行修繕。