古建筑木結(jié)構(gòu)安全性檢測內(nèi)容及方法探討

(陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 咸陽 712000)

引言：古建筑是中華文明的瑰寶，對其的保護已經(jīng)上升到了國家層面上。中國的古建筑大多是木質(zhì)結(jié)構(gòu)，在長期使用的過程中，所受到的物理作用、化學(xué)作用、昆蟲和微生物侵害，以及人為破壞，建筑木結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能會有很大的降低，木質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部很容易出現(xiàn)霉變、腐朽等情況，長期使用，已經(jīng)嚴重影響了建筑的安全。使用現(xiàn)代的手段，可以對古建筑進行安全檢測，尤其對古建筑的木結(jié)構(gòu)進行缺陷等檢測，從而針對性地加強對古建筑的保養(yǎng)。

1 古建筑木結(jié)構(gòu)現(xiàn)有監(jiān)測方法

當前的古建筑木結(jié)構(gòu)檢測方法，可以分為兩種:一類的主要目標是檢測木結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷和損傷，這類檢測通常都是無損檢測或微傷檢測，針對古建筑的木結(jié)構(gòu)特點發(fā)展而來。這類方法的原理，是基于物理和化學(xué)理論，對木材的含水量、殘余彈性模量、表面硬度進行測定。另一類是基于木結(jié)構(gòu)的尺寸、外觀、結(jié)構(gòu)動力特性進行檢測的方法，比如三維技術(shù)。這類檢測方法能夠從整體上反映木結(jié)構(gòu)的性能指標，并通過數(shù)據(jù)分析木結(jié)構(gòu)不同位置的損傷程度。

1.1 應(yīng)力波法

應(yīng)力波無損監(jiān)測在過去的幾十年有著很快的發(fā)展，對木材缺陷監(jiān)測以及力學(xué)性質(zhì)的定量測量取得了良好的效果?；驹硎乔脫裟静牡囊欢耍蛊鋬?nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力波，通過計時裝置測量應(yīng)力波在木材內(nèi)部的傳播時間，最后計算波速，來推斷木材的性能，如腐朽、缺陷和彈性模量等等。應(yīng)力波無損檢測技術(shù)包括橫向應(yīng)力波技術(shù)和縱向應(yīng)力波技術(shù)。其中，橫向應(yīng)力波技術(shù)對木材內(nèi)部的缺陷進行檢測，縱向應(yīng)力波技術(shù)負責測量木材的彈性模量。

1.2 阻抗儀監(jiān)測法

木材阻力儀主要由電動和保護裝置、微機系統(tǒng)和蓄電池組成。在對木材進行測量時，用一根1.5mm的探針，在電動機的驅(qū)動下，勻速插入木材內(nèi)部，因為電動機的電壓恒定，因此電流就能反應(yīng)木材電阻的大小，因為電阻與木材的密度有關(guān)系，所以通過電流大小，可以間接地反映木材的電阻。

1.3 三維掃描技術(shù)

相比于上述兩種測量方法，三維掃描技術(shù)是一種全新的測量手段，也可以叫做高清晰掃描測量。用這種測量方法，可以對物體進行全方位、無接觸的全景幾何數(shù)據(jù)采集。三維機關(guān)掃描技術(shù)具有快速、實時、動態(tài)、主動、數(shù)字化等優(yōu)點，在對古建筑進行測試時，不僅對建筑本體不會造成損害，還能進行遠程測繪。目前，已經(jīng)在故宮、頤和園等古建筑群檢測中大量使用，對這些建筑進行幾何信息采集和機構(gòu)變形監(jiān)測。

1.4 動力特性測試法

動力測試法測試的是建筑的機構(gòu)的動力特性參數(shù)，對動力特性參數(shù)變化進行對比，來衡量建筑的改變，結(jié)合信號處理技術(shù)，可以對結(jié)構(gòu)的損傷位置和損傷程度進行判定，彌補了傳統(tǒng)無損檢測法局限于木材缺陷檢測的不足。這種檢測方法可以分成兩類：一類是人工激勵，通過使用激振器進行激勵，或力錘激勵、重物激勵等方式，通常在小型檢測或?qū)嶒炇抑惺褂帽容^多；第二類是環(huán)境激勵，通過自然脈動、地面脈動等不同激勵源，對建筑進行無損檢測。

1.5 試驗法

2 古建筑木結(jié)構(gòu)安全鑒定法

古建筑木結(jié)構(gòu)安全的鑒定主要是通過結(jié)合結(jié)構(gòu)現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)、缺陷情況，計算結(jié)構(gòu)承載力，最后對建筑的力學(xué)性能進行綜合評估。鑒定階段的主要問題，是如何評估結(jié)構(gòu)的承載力，并對結(jié)構(gòu)部件、節(jié)點進行計算，目前國內(nèi)在這方面已經(jīng)取得了不少成果。但是，因為檢測的復(fù)雜性，我國還尚未形成統(tǒng)一的檢測方法和標準。

2.1 有限元法

有限元法是求解數(shù)學(xué)物理問題的重要方法，在對古建筑進行結(jié)構(gòu)分析時，有限元數(shù)值模擬已經(jīng)成為了一種重要的方法和工具。該方法首先對古建筑結(jié)構(gòu)進行數(shù)學(xué)建模，然后對其力學(xué)結(jié)構(gòu)進行分析，從而為結(jié)構(gòu)安全分析提供較為準確的力學(xué)結(jié)果，并且能夠反映出建筑的變形和內(nèi)部特征。但是這種方法，對古建筑殘損情況的估計不足。

2.2 簡化計算法

這種方法基于結(jié)構(gòu)靜、動力學(xué)的基本理論，建立簡化的古建筑數(shù)學(xué)模型，進行靜力學(xué)和動力學(xué)計算，來評價古建筑的安全性能。對于木結(jié)構(gòu)的古建筑而言，其受力最復(fù)雜的部位就是各個構(gòu)件的榫卯節(jié)點，簡化計算法因為數(shù)學(xué)模型和榫卯連接、半剛性連接方式的力學(xué)原理有很大不同，所以計算結(jié)果往往與實際結(jié)果不同。

2.3 層次分析法和灰色模糊分析法

建筑物的安全評估，主要以鑒定為主、定量分析為輔的方法，這些標準主要基于層次分析法。通過對木結(jié)構(gòu)進行安全評估，對構(gòu)件、構(gòu)造殘損點的殘損程度確定，以及評估構(gòu)造的安全等級，最后鑒定單元或建筑物的安全性等級?；疑：治龇ㄒ彩遣捎脤哟畏治龇ㄟM行層次劃分，不同的是，灰色分析法在對安全性進行評估時，會考慮一些無法獲取的信息，基于灰色理論和模糊數(shù)學(xué)，從而形成灰色分析法。

3 古建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的檢測標準

我國目前的古建筑鑒定技術(shù)標準并不完善，相關(guān)的法律主要是《古建筑木結(jié)構(gòu)維護與加固技術(shù)規(guī)范》，規(guī)范僅僅在第四章出現(xiàn)了可靠性和抗震鑒定內(nèi)容，對殘損點僅僅做了定性規(guī)定，缺少定量規(guī)定，檢測鑒定人員在實際的測量中難以把握。近年來對古建筑的保護意識增強，業(yè)界學(xué)者也開展了相關(guān)監(jiān)測鑒定結(jié)果的標準制定工作。中國工程建設(shè)標準化協(xié)會在2014年編制：《古建筑木結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)標準》、《古建筑木結(jié)構(gòu)抗震鑒定標準》、《古建筑木結(jié)構(gòu)安全性評價標準》，這三項協(xié)會標準，當前尚未形成征求意見稿。在古建筑技術(shù)測試方面，發(fā)布了《古建筑防工業(yè)震動技術(shù)規(guī)范》、《古建筑木構(gòu)件內(nèi)部腐朽與彈性模量應(yīng)力波無損檢測》，但是在其他方面沒有形成相關(guān)標準。

當前的檢測標準，無論是技術(shù)標準還是安全標準，都不能滿足對古建筑進行木結(jié)構(gòu)安全鑒定的需要，仍然需要學(xué)者和技術(shù)人員進行深入研究，并制定相關(guān)的標準。

結(jié)束語：我國古建筑的檢測鑒定雖然已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但在很多方面仍然存在不足并且不成熟，方法上也存在著局限性，需要更深入的研究。古建筑相比于現(xiàn)代建筑有著很大的獨特性，是現(xiàn)代建筑無法代替的，對古建筑的檢測和鑒定，必須要符合古建筑的特點，不能把現(xiàn)代建筑的檢測標準和方法在古代建筑中生搬硬套，并且要盡可能不傷害古建筑。進行測試的技術(shù)人，在進行古建筑木結(jié)構(gòu)檢測時，也要對各種不同方式的利弊熟知，從而保證在古建筑不會受到損傷的前提下，實現(xiàn)對古建筑的全面檢測。對古建筑進行有效的安全評估，保護我國的文化古跡。

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