古建筑木結(jié)構(gòu)修復(fù)加固技術(shù)研究綜述

高飛飛

（聊城大學(xué)，山東 聊城 252000）

1 引言

近年來，許多專家學(xué)者對古建筑進行了深入調(diào)查、實際調(diào)查和測繪，整理了大量貴重材料，為進一步研究古建筑積累了一定的經(jīng)驗。但是，隨著時間的推移，自然環(huán)境的侵蝕及其材料的倒塌，大大降低了古木建筑的安全性和可靠性。因此，研究在某種程度上加強古代木結(jié)構(gòu)而不改變其重要性質(zhì)的狀態(tài)下的表現(xiàn)是非常重要的。根據(jù)目前情況，建筑結(jié)構(gòu)修復(fù)加固技術(shù)在古木建筑的應(yīng)用的過程中一直在創(chuàng)新，以確保傳統(tǒng)木建筑的質(zhì)量和安全，但是，在實際應(yīng)用過程中仍然存在一些缺點，可能存在潛在的安全風(fēng)險。因此，相關(guān)維護人員應(yīng)該借鑒國內(nèi)外人員的相關(guān)經(jīng)驗和技術(shù)，讓建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)過程中得到合理有效的應(yīng)用，使得建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得以持續(xù)。

2 古建筑木結(jié)構(gòu)基本特點和保護原則

在古代中國，木架一直是主要的結(jié)構(gòu)，梁槎被添加了到木柱上，屋頂被放置在了梁槎上。大屋蓋的承載力是由梁槎、柱子直接傳遞到地面。柱、梁、槎等各個構(gòu)件之間的連接方式是榫卯連接，形成靈活的框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，建筑物的框架形狀又可以劃分為三種：抬梁、穿斗和井干。根據(jù)建筑構(gòu)件的類型，建筑中的構(gòu)件一般可以劃分為大體積的木制(柱、梁、斗拱等)和小規(guī)模的木制(門、窗、欄桿)[1-2]。其構(gòu)造的框架及其構(gòu)件主要是由木質(zhì)材料制成，具有很好的抗壓強度與耐彎強度，但也具備很大波動。

中國古代建筑作為中國歷史文化遺產(chǎn)的重要組成部分，木材和主體結(jié)構(gòu)的復(fù)原和加強必須嚴格遵守傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)保護的原則，建筑遺產(chǎn)保護的基本原則之一是確認其真實性和完整性。真實性需要求所有建筑物所反映的與其原材料、技術(shù)、設(shè)計和相關(guān)信息，如歷史及文化，在進行修復(fù)時得到良好的保護。誠信需要充分地保護傳統(tǒng)文化的價值和資產(chǎn)持有者及其環(huán)境。一系列衍生原理源自基本的原理，如采用最小限度的干涉、可逆轉(zhuǎn)和具有高識別性。

3 古建筑木結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)加固技術(shù)

1）鐵件加固技術(shù)。對于梁、柱和其他構(gòu)件，由于長期荷載和雨水侵蝕，會有的插槽。需要用鐵圈包裹，然后用鉚釘。這個方法主要采用鐵芯的固位效應(yīng)提高構(gòu)件的強度和剛度；常用于傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中的梁枋、柱、屋架、木檁條等的加固[4]。但鐵件的加固技術(shù)具有一定的破壞性，如：用鐵件或鉚釘破壞木材構(gòu)件，造成木材構(gòu)件開裂，在破壞材料的同時產(chǎn)生新的安全隱患；還具有不可逆性，這種不可逆性不僅會損壞木結(jié)構(gòu)本身，而且會給維護和更換帶來麻煩。當(dāng)相同的零件老化時，它們不能被移除，因此只能重新加固。這種方法不僅影響外觀，而且影響加固效果[6]。2）支頂加固技術(shù)。這種設(shè)計方法的主要思想之一就是用一根小型的木柱或一個鉤子來給梁外部增加額外的撐持，改善了梁的內(nèi)部位置和分布，提高了木梁的強度和承載能力。支頂式方法一般都會直接改變一個整體結(jié)構(gòu)的傳力系統(tǒng)，當(dāng)我們遇到了需要安裝和更換一個構(gòu)件的特殊情況時，就需要拆卸一定量的荷載，對其在一個位置上進行”落架”，但是這樣的方法很容易導(dǎo)致對構(gòu)件和整個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞，并且它們也是完全無法修復(fù)的[3]。3）化學(xué)加固技術(shù)。在通常情況下，當(dāng)梁枋和柱因昆蟲或侵蝕而變得空心，但在加強木材材料時，表面結(jié)構(gòu)完整且厚度至少為50毫米時，首先，要在分解后去除侵蝕部分，選擇不飽和聚酯等化學(xué)劑進行加固。由于昆蟲侵蝕不容易修復(fù)，所以要用現(xiàn)代精密超聲波檢查機構(gòu)來進行加固。但化學(xué)加固技術(shù)有一定的局限性，比如：無法修補木材內(nèi)部細小的裂縫等。4）更換構(gòu)件法。在修復(fù)過程中若遇到開裂嚴重或者木構(gòu)件腐朽等情況，并且使用上述加固方法進行加固是不好實現(xiàn)的，只能選擇更換新零件進行加固和維修。選擇的新構(gòu)件必須優(yōu)先與原來構(gòu)件相同類型的木材。如果有困難，則必須選擇強度等級不低于原始構(gòu)件的木材。

4 新技術(shù)在古建筑木結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

1）FRP加固技術(shù)。FRP是一種新材料，它將一種高強度的纖維與某些化學(xué)樹脂陣列緊密地結(jié)合到了一起，具有高強度、便捷的處理、良好防腐蝕性、舒適度以及速率快的特殊優(yōu)勢。FRP加固技術(shù)也已經(jīng)擴展到了木結(jié)構(gòu)領(lǐng)域[5]。由于所需要使用的不同增強材料，材料被可以分成三種：碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料、鋁合金-玻璃纖維復(fù)合材料[6]。由于其重量輕、強度高、耐腐蝕性能以及易于切割的特點，開發(fā)出了快速提升FRP的新型技術(shù)。FRP加固技術(shù)目前在古代建筑木結(jié)構(gòu)的加固過程中得到了廣泛運用[3]。2）預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)。根據(jù)該方法，在建筑物構(gòu)件承擔(dān)相關(guān)載荷之前，會對建筑物構(gòu)件預(yù)先施加特定的壓縮應(yīng)力，可以幫助抵消構(gòu)件承受外部荷載的時產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而增強構(gòu)件的承載力與剛度，還可以有效抑制結(jié)構(gòu)振動以及彈性變形。采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)對古建筑木結(jié)構(gòu)進行一定的加固時，可利用碳纖維布等材料在木梁在應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力使木梁的整個結(jié)構(gòu)具有一定的的預(yù)應(yīng)力，來改善木結(jié)構(gòu)的承載力和剛度等[6]。3）納米材料加固技術(shù)。近年來，國外學(xué)者利用增強碳納米管來修復(fù)老建筑這個。修復(fù)技術(shù)能夠部分修復(fù)昆蟲或在常見地區(qū)損壞的腐爛樹皮和木片[6]。木材的承重能力和彎曲能力可以通過以下幾個方法來增加：在木構(gòu)件的表面涂上納米碳樹脂涂層或者在局部加以浸泡。該技術(shù)的應(yīng)用尚有待于進一步的研究首先，必須更詳細地深入研究水墨漆中碳納米管樹脂涂層的滲透率，以下幾種方式獲取如下納米管樹脂涂層中的碳氣含量：這些碳氣才能夠盡可能地增加水墨漆樹脂涂層對于水墨漆的滲透率；其次，在建筑物表面和結(jié)構(gòu)上都采用了由納米材料制成的經(jīng)濟、可行性較高的木頭。就像是好比像天然的納米復(fù)合材料，木材在現(xiàn)代納米科學(xué)技術(shù)中仍然具有潛在的市場和應(yīng)用價值，復(fù)合材料在現(xiàn)代木材結(jié)構(gòu)加固工程中的廣泛應(yīng)用雖然這是一種目前國內(nèi)外應(yīng)用不廣泛的科學(xué)技術(shù)，但是這種納米材料本身卻因其自清潔、防紫外線、耐水等優(yōu)異性能，阻燃、耐劃傷、涂鴉、耐霉菌性和高效的抗菌性能[6]，因此碳納米管增強樹脂的重要性。木質(zhì)建筑在結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用前景十分廣闊。

5 結(jié)語

古代建筑木結(jié)構(gòu)的復(fù)原和加強要保持與以往相同的保護原則，但是傳統(tǒng)的加固方法會對古代建筑的外觀和材料造成一定程度的破壞，維修和更換不容易，大部分都無法挽回，因此科學(xué)隨著技術(shù)的發(fā)展和新材料的出現(xiàn)，許多新的加固技術(shù)應(yīng)用于古木結(jié)構(gòu)的加強和復(fù)原領(lǐng)域。例如：納米材料加固技術(shù)、預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)等。在未來的納米材料技術(shù)的推廣，應(yīng)引進更多的新材料和新技術(shù)，在古建筑的修復(fù)領(lǐng)域，應(yīng)采用更環(huán)保的綠色材料改進施工工藝，減少二次甚至重復(fù)加固舊木材。