略談古建筑木結構加固及其性能研究

喬惠芳

(山西省古建筑與彩塑壁畫保護研究院，山西 太原 030012)

古建筑木結構是中國文明最重要的載體之一，隨著時間的不斷推移，諸多因素對我國古建筑的木結構造成了破壞，影響了古建筑木結構的健康和壽命，導致木材的性能退化，降低了古建筑木結構的承載能力，使古建筑木結構面臨著隨時坍塌的危險。文章研究了加固古建筑木結構的措施，使古建筑木結構的性能得以維護，以確保為后續相關工作的開展提供指導意見。

1 我國古建筑木結構的基本特征

我國大部分古建筑都是以木質結構為基礎，承載了我國五千年的悠長歷史，但是到目前為止，我國卻很少有保存完好的古建筑木結構。通過相關調查和分析可以得知，相較于其他建筑類型，我國古建筑木結構有著獨特的設計方法和結構布置方式，因此，我國古建筑木結構能夠在歷史長河中得以保存。

1.1 以木材為主要建筑材料

木材是我國古建筑木結構的主要材料，在設計建筑的骨架時，選擇木材作為主要材料，會使建筑結構框架具有彈性。而且在設計古建筑木結構時，墻壁不作為主要的承重結構，因此，也使建筑物的靈活性有所提升，使建筑的結構具有獨特性，也就是說，使用木材來進行古建筑木結構設計，不僅可以提高建筑結構的安全性，同時，也可使建筑的風格更為獨特出眾。榫卯結構是在建設木結構體系中最關鍵的技術，會為木結構建筑賦予柔性的特征，再加上木質材料受到自身剛度小、質量輕特性的影響，會降低古建筑木結構在地震災害來臨時所出現的慣性，因此，這也就使古建筑木結構具有突出的防震、抗震效果。

1.2 具有突出的抗震性能

我國在設計古建筑木結構時，會使用雀替、榫卯結構等特殊工藝技術來對梁柱節點等重要位置進行連接，使結構的可靠性有所提升，并且能夠保證建筑結構的靈活性和安全性，雀替和榫卯結構是一類柔性結構工藝技巧，也與當今社會的鋼筋混凝土結構等剛性結構的工藝有所不同，建筑結構的抗震性能較強，而且具有極高的靈活性(如圖1)。除此之外，在對古建筑木結構進行設計時，最關鍵的基礎性結構就是建筑的梁、柱等結構，不僅可以承擔建筑的自重荷載，同時也可以承擔其他外在因素所帶來的附加荷載，保證木結構古建筑的長久保存。

(a)榫卯(b)雀替圖1 雀替和榫卯結構

1.3 建筑外形造型優美，層次分明

在設計古建筑木結構時，最需要遵守的原則就是平面規則，大多都是呈現對稱分布，在建筑的垂直面上，建筑的每一層結構設計都有其獨特的設計要點，而建筑的設計則是與建筑的功能和結構有著密切聯系。在對殿堂式古建筑進行設計時，主要分為四個結構層次；而在對于廳堂式的古建筑進行設計時，則會將建筑分為三個層次。通過建筑的層次，可以對古建筑的功能進行判斷，而且建筑的外形結構優美，極具藝術欣賞價值。

2 古建筑木結構的破壞分析

隨著時間的流逝，古建筑木結構受到多種因素的影響而出現了一定的損傷，比如材料腐化、干縮裂縫等等，都會使建筑結構的整體性受到破壞，導致建筑結構的安全性能受到影響，如果損害嚴重，還有可能會導致建筑倒塌。所以，相關工作人員就必須要對破壞古建筑木結構的相關因素進行科學合理的分析，這樣才可以為后續開展古建筑木結構的保護、修繕和加固工作提供借鑒。

2.1 地基基礎的破壞

在進行工程修建時，地基基礎是基礎部分，地基基礎的修建可以保證建筑結構的穩定性，避免建筑出現傾斜和沉降，換句話說，地基基礎質量的好壞會直接影響建筑結構的穩定性和安全性。而在進行古建筑木結構修建時，組成建筑地基基礎的部分主要包括三點：地基、基礎和臺基，而能夠對地基基礎造成破壞的主要因素有以下幾方面。

2.2 沒有選擇合理的建筑場地

在進行古建筑修建時，沒有對修建地址進行合理選擇，導致在軟弱土、液化土等地區進行建筑修建，這樣就會導致建筑的地基基礎發生沉降和傾斜現象。而且還有部分古建筑是在山體滑坡、泥石流等危險地段修建的，一旦發生自然災害，就會對古建筑結構造成毀滅性的打擊。除此之外，還有一部分古建筑是建立在山尖等地帶，比如“四川省江油市竇圌山云巖寺竇真殿”，一旦發生地震災害，就會放大地震的作用，破壞建筑的地基基礎。

2.3 自然作用的破壞

地基基礎受到地震的影響會出現明顯的臺階裂縫現象，而且在地震的作用下，會導致地基基礎的柱礎石發生偏移，使建筑的上部結構穩定性受到影響，經過常年的風雨侵襲，建筑的臺基磚砌體也會受到影響出現開裂現象，影響地基的承載能力，破壞地基基礎。

2.4 上部木結構的破壞

(1)構件的破壞 木材是古建筑木結構的主要材料，木材結構受到自身特性的影響，與現代建筑材料的力學性質有明顯不同，隨著時間的不斷推移，光照、風干和雨雪等外界環境的變化都會對木材造成一定的影響，使木材出現老化、開裂等現象。除此之外，木材當中的真菌等微生物也會對木材結構產生分解影響，從而導致木材的承受能力降低，使建筑的使用年限縮減，降低了木材的安全性和承載力。

(2)節點的破壞 我國古代大多是用直榫和燕尾榫兩種方式來連接木結構的梁柱節點，為了方便工人施工，會在榫和卯之間留下縫隙，這樣就導致建筑在面臨地震時會出現卯孔變松的現象。隨著時間的推移，榫頭會出現收縮變形，長此以往，就會破壞梁柱結構的節點，從而使建筑出現整體性的倒塌，不利于對于古建筑木結構進行保護。

3 古建筑木結構的修繕加固方法

為了能夠對古建筑木結構進行有效地保護，相關部門就應該重視對古建筑木結構的加固和修繕，這是一項需要長期堅持的工作，具有復雜的工作細節，在修繕和加固古建筑木結構時，工作人員應該對結構進行重點關注，因為建筑的結構會對建筑的穩定性和安全性造成嚴重影響。因此，在修繕和加固時，需要工作人員對古建筑的結構進行重點研究，并且對古建筑的受力特點進行深入探究。其次，也應該深入研究加固和修繕古建筑木結構的工藝技術，加強構件與新舊材料之間的聯系，以保證古建筑木結構的穩定性和安全性。

3.1 加固建筑整體

工作人員在加固古建筑木結構整體時，主要會使用三種方法。

(1)落架大修 在使用該方法對古建筑木結構進行維修時，要求工作人員全部或部分拆除木結構框架，然后對當中被損壞的構件進行修整或者替換，從而能夠加固古建筑木結構的整體。在進行加固施工時，工作人員需要先制定完整的修繕加固方案，然后再結合方案來對建筑的瓦頂等部位進行拆除，并對被損害的構件進行替換或是維修。而在拆除古建筑木結構當中被損害的構件時，工作人員需要對榫頭進行保護，避免折斷，同時，還應該采取有效措施保護建筑物的彩繪圖案，避免在維修時出現圖案脫落的現象，對古建筑木結構進行保護和還原。如果在修繕古建筑木結構時，發現梁等結構被腐蝕，那么就必須要對該結構進行更換。

(2)打牮撥正法 利用此方法來對古建筑木結構進行加固和修繕，可以不拆除整體的古建筑結構框架，而是對發生傾斜的建筑構件進行恢復，并且對被損害的部分進行加固處理。在加固修繕的過程中，工作人員可以先將建筑的部分結構拆除，然后，需要拆除和清理已有加固的鐵件，并且對損害嚴重的梁架結構進行復位處理。這一方法主要運用到整體結構保存完好，而只有部分結構需要維修的古建筑當中。

(3)抬升整體結構法 如果房屋建筑的高度已經難以滿足使用需求，那么，工作人員就可以使用整體抬升的方式來修繕和加固建筑物的大框架，可以在構件損害較小的修繕和加固工程當中使用。在施工時，工作人員需要主要處理房屋的結構柱，并且在結構柱旁邊安裝液壓千斤頂，使用機械設備對房屋結構柱進行切割分離處理，并且使用千斤頂來抬升房屋的整體結構，在將房屋抬升到設計高度之后，可以使用相關材料連接新舊結構，以確保房屋結構的完整性。最后，工作人員就可以將抬升設備拆除，并且裝飾房屋結構。

3.2 加固地基基礎

加固古建筑木結構的地基基礎，是為了能夠加強古建筑地基基礎的穩定性，避免古建筑上部結構受到損害。通過對地基基礎進行加固，可以有效提高古建筑的承受能力，并且延長古建筑的使用壽命。

(1)可以使用石砌護坡法來對處于山頂或山下的古建筑木結構進行加固處理，這樣可以穩定山頂古建筑木結構的地基基礎，同時，也可以對山腳下的古建筑進行保護，不會受到山體滑坡等自然災害的影響。如果在古建筑的周圍地區出現局部塌陷的現象，那么，工作人員在加固地基時，可以使用碎石回填的方法。

(2)在加固古建筑木結構的地基基礎時，也可以使用一類間接方法——在古建筑的周圍設置合理的排水設施。這一措施的使用可以保證地基基礎的密閉性，以免水對地基基礎造成侵蝕，使地基基礎的變形范圍擴大。同時，修建明水溝也可以方便工作人員檢修，一旦發現溝渠堵塞，那么，工作人員就可以及時采取措施對其進行修整。

(3)在對古建筑的臺基砌體進行加固修繕時，工作人員可以將風化嚴重的、有裂縫的砌體和石塊拆除，并且在新舊磚層之間鋪設一層鋼筋網，使用鋼筋對其進行加固，同時，可以使新舊砌體的整體性能有所增強，以免地基基礎出現移位，從而能夠保證建筑上層結構的穩定性。

3.3 加固建筑構件

可以使用以下幾種方式來加固古建筑木結構。

(1)嵌補加固法 經過時間的洗禮，古建筑木結構會因為干縮而出現裂縫，隨著裂縫的不斷加寬，會嚴重影響古建筑木結構的整體穩定性。因此，工作人員可以使用嵌補加固法來對古建筑木結構進行加固修繕。在進行加固施工時，工作人員如果發現裂縫的寬度較小，那么就可以使用涂刷和油飾等方式來勾抹裂縫，而如果發現裂縫的寬度大于30mm，那么就可以使用木條和膠黏劑來嵌補裂縫，并且可以將鐵箍等加入到木條當中進行嵌補施工，使建筑的整體穩定性和安全性有所提升。同時，如果在修繕時發現梁、柱等結構出現了較長的裂縫，可以在柱子內嵌入鐵箍，使梁、柱等結構的穩定性有所保障。

(2)墩接加固法 工作人員在對腐蝕嚴重的古建筑木結構進行加固和修繕時，可以充分考慮建筑部件的腐朽程度，可以根據具體加固方式將墩接類型分為三種：木料墩接，鋼筋混凝土墩接和石料蹲接。在加固古建筑木結構時使用木料墩接法，也就是充分利用巴掌榫和抄手榫等，在加固古建筑時，工作人員必須要對墩接榫頭的位置進行嚴格控制。而在加固古建筑木結構時使用鋼筋混凝土墩接法運用到墻內的暗柱加固施工中，并且工作人員需要嚴格要求柱的高度和寬度。

(3)偷梁換柱法 該方法的使用，也就是指在加固修繕建筑木結構時，不改變古建筑的整體框架，而只是對被損害的梁、柱等結構進行更換和修繕。通過分析可以得知，偷梁換柱法主要包含兩大類：第一，使用新的柱子來代替被損害的柱子，使古建筑的荷載力得到保證。另一種方式就是將被損害的構件抬起，在使基礎基石不移動的情況下，對柱子底的壓力進行控制，從而方便工作人員對舊柱子進行替換，進一步修繕和加固建筑物的部分結構和框架。除此之外，還包括修整加固法。在使用修整加固法對建筑結構進行加固和修繕時，就是不揭除古建筑結構的屋頂、橫梁等框架結構，而是直接修繕和加固建筑物的某一部分結構，僅適應于變形小的結構之中。

4 結 語

古建筑木結構承載著我國千年的歷史，對于我國歷史研究有著重要的意義，因此，對古建筑木結構進行加固和修繕具有重要意義。為此，工作人員需要深入研究古建筑木結構的性能，并且采用相關技術修繕被損害的木結構，確保能夠完整地保存古建筑，不僅可以為后續的歷史研究提供貢獻，同時也可以優化現代建筑結構。