中国木结构加固维护方法

中国木结构加固维护方法

中国木结构古建筑的加固维护方法

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。

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［4］。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. 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。

闽南古建筑加固修复对策初探

2. 1. 2 FRP 加固木结构方法

纤维增强复合塑料( Fiber Reinfor ced Plastics) 加固木结构具有以下优点: 1) 材料强度高; 2) 体积小, 重量轻, 不增加构件尺寸;3) 耐腐蚀; 4) 耐火性能好; 5) 防水性能好, 施工方便快捷; 6) 符合木结构古建筑围护要求/暗的手法。

采用FRP 布或是FRP 筋材等运用于木结构中木梁、木柱、榫卯节点的一些加固形式( 见图1~ 图3) 。

FRP 加固木结构施工要点: 1) 木材除腐与驱虫; 2) 裂缝修补对较大面积木材的缺损和大于20 mm 的裂缝, 采用同等材质的木条进

行修补, 然后在构件表面的裂缝处采用环氧树脂进行压力灌浆封闭处理; 对于小于20 mm 的裂缝, 用环氧树脂胶进行表面涂抹封闭; 当构件表面凹凸不平时, 应用找平材料( 环氧砂浆) 将缺陷部位填补平整, 待找平材料表面指触干燥、灌浆材料达到一定强度后, 再进行下一道工序; 3) 基面清洗结构或构件表面打磨确定出粘贴纤维布的区域; 4) 粘贴过程要求平整、顺直, 不得有波纹、皱折或位置偏差; 5) 养护期一般为 1 周~ 2 周; 6) 表面涂装养护完毕以后, 在纤维布表面涂抹一层基底树脂; 待基底树脂指触干燥后, 外抹面层材料做面层; 最后在其表面涂刷耐火、防虫涂料。

在已有的工程应用中[ 2] , FRP 都起到了很好的加固效果, 既提高了强度, 又丝毫不影响建筑的外观, 做到/修旧如旧。

古建筑木结构加固方法研究

3 加固方法

3.1 整体加固

对于梁架整体而言,加固形式有如下三种[1 ] :(1) 落架大修:即全部及部分拆落木构架,对残损构件和残损点逐个进行修整,更换残损的构件,再重新安装,并在安装时进行整体加固。该法是在梁架构件拔榫、弯曲、腐朽、劈裂非常严重,必须更换构件或使榫卯归位的情况下采用的加固措施。

(2) 支顶拔正:即在不拆落木构架的情况下,首先对整体梁架支顶,使倾斜、扭转、拔榫的构件复位,再进行整体加固,对个别残损严重的梁枋、斗等应同时进行更换或采取其它修补加固措施。该法是

在建筑物外闪严重,但大木构件尚完好,不需换件或仅需换个别件的情况下采取的加固措施。(3) 修整加固:即在不揭除瓦顶和不拆动构架的情况下,直接对木构架进行整体加固。该法仅适用于木构架变形小,构件位移不大的维修工程。

3.2 构件加固

古建筑木结构构件加固的方法有多种,而且常常几种方法结合使用。常用的加固方法有:(1) 墩接加固法(图5) : 即将柱子糟朽部分截掉,换上新料,通常用于柱根的加固。常见的作法是做刻半榫墩接,方法是:将接在一起的柱料各刻去直径的1P2 作为搭接部分,搭接长度一般为柱径的1～115 倍,端头做半榫,以防搭接部分移位。

图5 墩接方法

(2) 嵌补加固法(图6) :当梁、柱裂缝不大或梁、柱轻微糟朽时可采用嵌补加固法。对于梁的干缩裂缝,当构件的水平裂缝深度小于梁宽或梁直径的1P4时,可先用木条和耐水性胶粘剂,将缝隙嵌补粘

接严实,再用两道以上的铁箍或玻璃钢箍箍紧。对于木柱的干缩裂缝,当其深度不超过柱径(或该方向截面尺寸) 1P3 ,且裂缝宽度小于30mm 时,可用木条嵌补,并用耐水性胶粘剂粘牢[1 ] 。对于柱子糟朽,当仅为表层腐朽,且经验算剩余截面尚能满足受力要求时,可将腐朽部分剔除干净,经防腐处理后,用干燥木材依原样和原尺寸修补整齐,并用耐水胶粘剂粘接。嵌补加固法的目的相当于恢复木构件的受力截面,但由于木构件相当于由两部分组成,故受力性能不如原木。

图6 嵌补加固法

(3) 铁件加固法(图7) :当梁、柱裂缝较大时,对其进行嵌补的同时还需要进行铁件加固;当柱根糟朽范围较大时,在对其进行墩接的同时,还需对墩接部位进行铁件加固;梁、柱节点拔榫时也可采用铁件加固法。铁件加固法通常是用扁铁将梁、柱构件箍牢或者用扁铁将梁、柱节点进行连接。铁件加固法通过采用扁铁承担构件的部分拉、压、弯、剪、力,有效地提高了梁、柱构件的力学性能。

图7 铁件加固法

(4) 支顶加固法(图8) :即通过对梁架进行支顶来减小其挠度的方法。支顶加固通常有两种形式:当木梁下有梁枋时,可在梁枋上设置木柱作为附加支座;当木梁下没有梁枋时,可在木梁侧方设置铁钩拉接,铁钩一端钉入木梁内,另一端钉入附近梁架内,该铁钩同样起到附加支座作用。支顶加固法可有效改善木梁内力重分布,降低木梁跨中挠度和弯距,提高木梁的受荷性能。

图8 支顶加固法

(5) 化学加固法:是通过化学药剂的处理,使已遭受菌、虫和机械损害的木材性质稳定的一种方法。古建维修中常用的化学加固所用材料每100g 重量配比如下[2 ] :304 号不饱和聚酯树脂100g ;1 号固

化剂(过氧化环乙酮苯) 4g ;1 号促进剂(环烷酸钴苯乙酸液) 2～3g ;石英粉100g。使用时,先加固化剂,搅拌均匀,再加促进剂,搅拌均匀后加石英粉即可。化学加固法除了能增加木材的强度外,还能增加木材的尺寸稳定性和防腐、抗虫能力。

(6) FRP 加固法(图9) :即采用FRP 材料对木结构构架进行加固的方法。纤维增强复合材料(FRP)是由纤维和树脂基体两种不同性能、不同形态的组分材料通过复合而成的一种多相材料,是一种新型复合材料,主要由高性能纤维、聚酷基、乙烯基或环氧树脂组成。FRP 材料具有比强度和比模量高、自重轻、施工方便、良好的耐腐蚀性能等优点。一般来说,FRP 在木结构中的加固思路主要有:抗弯加固,利用FRP 抗拉强度高的特性, 将其粘贴在木梁受拉区,使之与木梁共同承受荷载,以提高木梁的受弯承载力,从而达到加固补强的作用;抗剪加固,把FRP粘贴于构件的剪跨区, 起到与箍筋类似的作用,从而提高构件的抗剪承载力;抗压加固,对木柱用FRP包裹适当区域,约束木柱变径向形, 从而提高木柱的受压承载力。

图9 FRP 加固木梁照片

闽南古建筑加固修复对策初探

2. 1 木结构的加固

2. 1. 1 传统的木构件加固方法

国内用于加固木构架的方法主要有: 加钉法、螺栓加固法、加箍法、拉杆法、附加梁板法、加位板法和附加断面法等。

对于木构架中梁、枋、桁等受弯构件, 由于年久漏朽、风化、虫蛀或荷载加大等原因, 出现弯曲、裂缝、断裂等现象, 对此常用的加固方法有: 加箍法、托钢法、钢加固法、上下附加构件法、局部更换法、修补法和补强法等。

由于木柱受潮或屋顶荷载的影响, 柱体往往有劈裂、槽朽现象。劈裂的处理, 常用嵌补法, 当裂缝宽度不超过 3 mm 时, 补腻子后进行表面修饰与原木纹相符, 当裂缝宽度在 3 mm~ 30 mm之间时, 用同种木质嵌补后进行表面修补与原木纹相符; 当裂缝宽度超过 30 mm 时, 采用嵌补加箍法。槽朽的处理, 根据槽朽的程度, 可使用不同的加固方法, 有巴掌榫、抄手榫、蝗螂头榫和垫墩等方法; 而当槽朽不能承重时, 就要考虑换柱, 通常采用的方法是/ 打牮拔正0, 即用简立牮件顶住梁架, 以升高梁位来更换和扶正柱子。

2. 1. 2 FR P 加固木结构方法

纤维增强复合塑料( Fiber Reinforced Plastics) 加固木结构具有以下优点: 1) 材料强度高; 2) 体积小, 重量轻, 不增加构件尺寸;3) 耐腐蚀; 4) 耐火性能好; 5) 防水性能好, 施工方便快捷; 6) 符合木结构古建筑围护要求/ 暗0的手法。采用 FRP 布或是 FRP 筋材等运用于木结构中木梁、木柱、榫卯节点的一些加固形式(见图 1~ 图 3)。

F RP 加固木结构施工要点: 1) 木材除腐与驱虫; 2) 裂缝修补

对较大面积木材的缺损和大于 20 mm 的裂缝, 采用同等材质的木条进行修补, 然后在构件表面的裂缝处采用环氧树脂进行压力灌浆封闭处理; 对于小于 20 mm 的裂缝, 用环氧树脂胶进行表面涂抹封闭; 当构件表面凹凸不平时, 应用找平材料(环氧砂浆) 将缺陷部位填补平整, 待找平材料表面指触干燥、灌浆材料达到一定强度后, 再进行下一道工序; 3) 基面清洗结构或构件表面打磨确定出粘贴纤维布的区域; 4) 粘贴过程要求平整、顺直, 不得有波纹、皱折或位置偏差;

5) 养护期一般为 1 周~ 2 周; 6)表面涂装养护完毕以后, 在纤维布表面涂抹一层基底树脂; 待基底树脂指触干燥后, 外抹面层材料做面层; 最后在其表面涂刷耐火、防虫涂料。

在已有的工程应用中[ 2], F RP 都起到了很好的加固效果, 既提高了强度, 又丝毫不影响建筑的外观, 做到/修旧如旧。