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中国木结构古建筑的加固维护方法

作者: 更新时间:2016/4/6 17:15:33

  我国是一个具有几千年漫长岁月的文明古国,有着源远流长和光辉灿烂的悠久历史文化,古代建筑堪称当今世界古老文明之国的一支奇葩,具有它特殊的风格和卓越的成就,在世界建筑史占有重要的地位。古建筑是历史的缩影,是后人了解过去、开创未来的知识宝库,还是发展城市旅游事业的珍贵资源。


  然而这些古代建筑,尤其是木结构建筑物,在保持过程中,经历了上百年甚至上千年的岁月,经受着各种人为或自然的破坏,已日渐破旧。加上中国人喜欢将前人的旧宅彻底毁掉重建,使古建筑存留下来的几率大大降低。这就是西方古建筑历经千年仍然屹立,而中国百年前的建筑都已寥寥无几的原因。因此为了能使人们既观瞻历史文化成就,又增强人们保护我国优秀文化遗产的意识,古建筑的维护和加固不仅是必要的而且是迫切需要的。


1 破坏类型

古建筑木结构由于受荷时间长久或经受风雪侵蚀导致材料性能下降,因而产生不同类型的破坏,主要包括如下几个方面。

1. 1 开裂

一些木材由于在制作当时没有干,其表面部分比内部容易干燥,而木纤维的内外收缩不一致,年久后由于木料本身的收缩而产生裂缝。

1. 2 腐蚀

木结构如果长期处于潮湿环境中,很容易发生腐蚀,常见的部位有柱根等。

1. 3 挠度

木梁在长期荷载作用下,由于材料性能老化造成木材弹性模量降低以及抗弯能力下降,导致跨中挠度大大超过规范允许值。

1. 4 拔榫

卯榫连接是古建筑木结构连接的主要形式,主要用于柱与柱、梁与梁、梁与柱之间的连接。在长时间外力作用或木材本身收缩等因素影响下,梁、柱节点位置很容易发生拔榫现象。拔榫使得梁、柱构件有效受力截面减小,容易产生拉、压、弯、剪破坏,对木结构整体性造成一定影响。


2 木结构古建筑加固方法

2. 1 基础的加固

加固基础是为了防止地基的不均匀沉降而引起建筑物整体倾斜、重心偏移、倒塌等现象的发生,以延长古建筑的存在期。这是保护现存的各类古建筑的重要措施之一。

常见的基础加固方法有以下几种。

2. 1. 1 在建筑四周修筑挡土墙

挡土墙的作用是拦阻地基土层的慢性变形,从而防止建筑基础继续沉降。挡土墙可修筑一边或三边,也可做成四边封闭式,由地基的具体情况而定。显示对应的拉丁字符的拼音。

2. 1. 2 土方填充工程

用以处理建筑附近地下的洞穴,土壤中腐植质及其他有机物对基础的不利影响。开挖的范围与深度根据具体情况来决定. 但不宜离房屋台阶过近。这种方法是发现地基下陷的补救方法,也可以作为一种预防性的加固措施。

2. 1. 3 打桩加固

目的在于挤紧房屋四周的土壤,使地基恢复其原来的承载能力,从而防止房屋基础继续下陷。

2. 1. 4 加固和复修台基

这是对古建筑基础的直接加固处理。加固台基的工程,着重在垫平巳塌陷的部位,使原来的砌体复位,更换铺面砖并拆换已破损的条石。复修台基,是原台基损坏严重,砌体大部分损坏的情况下一项较大的修复工程。

除了以上所提的各项工程措施之外. 对古建筑环境保护也是值得注意的问题。故应划出一定的保护范围,在保护范围内,种植花木应考虑是否会对建筑有所影响。而取土、打窖,开池塘以及爆破等活动则必需制止,这样才可能保证建筑基础处于正常状态。

2. 2 木构件补强加固

在进行加固维修之前应该先搞清结构受力及其抗震机理,按照最符合古建筑本原的方法进行修缮才可能做到妥善加固。木结构房屋地震毁坏的表现主要是木结构的倒塌。倒塌的原因主要是由于地震时木结构大幅度晃动,产生较大变形,导致脱榫、折榫、柱子折断等引起。因此,加强木结构构件的日常维护保养是保证其抗震能力的根本措施。木构件常见的加固方法有增加约束法,增大截面法,增设拉杆法,增设销钉法和混合的方法。

2. 2. 1 增加约束法

增加约束法主要是针对木构件产生的顺纹开裂破损,这些开裂主要是因为构件长期处于潮湿易干燥状态所致。所谓增加约束主要是在构件横向增加约束,限制裂缝顺缝继续开展。常见增加的约束有铁丝缠绕,U 形铁和玻璃钢等。铁丝缠绕是工程中常见的限制裂缝开展的处理措施。具体做法是用8 号镀锌铁丝缠绕木构件的开裂处。通常先在构件的裂缝中灌注乳胶,然后用铁丝缠绕。

铁丝缠绕是常见的限制裂缝开展的处理措施。本措施的特点是简单易行,但是在较多的情况下,处理效果不甚理想。这是由于木材的胀缩导致铁丝发生松动,影响其作用。因此为了充分发挥铁丝的功效,需要经常检查,发现松动及时加紧,同时注意温度的影响。

U 型铁的加固方法是用螺栓将U 型钢材紧固在木材之上,防止裂缝开展。这种方法效果较好,在实际工程中应用较多。玻璃钢缠绕的意义与铁丝缠绕和U 形铁的方法相同,在起约束作用的同时,玻璃钢包起来的构件受水腐蚀的问题也同时得到解决,因此是一种比较理想的处理方法,但是处理的费用较高。

2. 2. 2 增大截面法

增大截面法主要用于受压杆件的加固,也可用于受拉杆件的加固,这种方法既可以用于构件强度的补充也可以用于增加杆件的稳定性。现在常用的增大截面法主要是用于与原构件材料相同的木材进行加固,也可用钢材和混凝土外包加固。

外包混凝土主要用于木柱的加固,目前在实际工程中用的相对较少。用钢材增大木结构截面的方法可参考外包钢加固法,其加固所采用的形式基本相同。新加部分与原构件的连接可采用螺栓、钉、U形铁的方法。增大截面法也可用于原结构木夹板损坏的更换处理。

2. 2. 3 增设钢拉杆

增设钢拉杆主要是用于屋架木制下弦的加固以及其他受拉构件的加固,其作用是利用钢材抗拉强度高的特点部分或全部顶替受拉木构件的作用。

2. 2. 4 销栓加固

销栓加固主要用于抗剪不足和裂缝的处理,通常是使用钢制螺栓穿透被加固截面,利用螺栓起到销栓作用提高截面的抗剪能力,利用拧紧螺栓所提供的压力限制裂缝的开展。

2. 2. 5 纤维束加固

使用纤维束加固具耐腐蚀、耐火、防水、强度高等优点,并且符合木结构古建筑围护要求“暗”的手法[5]。用于结构修复加固的增强纤维主要有碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等。纤维加固特别适用于非规则的传统木构件,由于纤维非常轻薄,加固后木结构经绘彩后不影响外观,也几乎没有附加重量,这样我们可以用它来代替传统加固材料。而且其耐腐蚀性能,我们无需对其进行防腐处理。


3 结束语

1) 鉴于我国木结构古建筑的加固没有合适的加固材料和技术,其理论研究一直滞后于社会发展的需要,目前急需开展试验研究。

2) 目前我国大量古建筑急需加固维护,为弥补现有专业技术人员的严重不足,急需培养各类专业技术人员。

3) 将新型高性能材料应用于古建筑木结构的加固维护的实际工程中,其施工工艺方便,能有效地节省人力物力,对我国广阔的古建筑维修市场将产生十分可观的经济效益和历史意义。


参考文献:

[1] 王成荣. 提高辽阳市园林绿化水平对策[J]. 城市发展研究, 2003, 10( 5) : 15-17.

[2] 冯雨峰. 从目标规划到过程规划[J]. 城市发展研究,2003, 10( 6) : 22-25.

[3] 喻维国,王鲁民. 中国木构建筑营造技术[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 1993.

[4] 张鹏程. 中国古代木构建筑结构及其抗震发展研究[D]. 西安建筑科技大学, 2003.

[5] 大华,徐扬,郑鹄. 对山西应县木塔采用纳米复合纤维加固的建议[J]. 山西地震, 2001,8( 4) : 24-25.


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