古建筑舊木材材質(zhì)變化及影響建筑形變的研究

王德平

摘 要：木建筑舊木材變化分析中，主要是針對古建筑木材結(jié)構(gòu)的維修和加固保護(hù)操作，對木材結(jié)構(gòu)的缺損程度和材質(zhì)內(nèi)外變化水平進(jìn)行分析，主要是宏觀的觀察，而非是仔細(xì)研究具體材料變化，采用更新、加固、維護(hù)等處理方式，缺乏對舊木材的定量定性分析。古建筑材質(zhì)變化發(fā)展多樣，需要從宏觀角度進(jìn)行測定分析，逐步轉(zhuǎn)變到微觀數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)測定研究中，逐步深入分析，從古建筑舊木材的變化分析入手，逐步深入研究，分析建筑形變的原因，分析如何加強(qiáng)建筑形變技術(shù)水平的提升。

關(guān)鍵詞：古建筑;材質(zhì)變化;建筑變形

中圖分類號：TU366.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）03-091-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.03.042

古建筑舊木材主要以框架結(jié)構(gòu)為主，經(jīng)過上千年的歷史變化，木材結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。我國五千年歷史中，木材的使用達(dá)到千年之久，文章根據(jù)古建筑物的構(gòu)件變化，結(jié)合試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，研究古建筑舊木材的變化，逐步認(rèn)識建筑部位的構(gòu)成、變形因素，分析木質(zhì)材質(zhì)變化的影響因素。

1 古建筑舊木材抗壓構(gòu)件變形分析

1.1 柱子變形分析

木框架子是主要的古代建筑結(jié)構(gòu)，木柱子是有效承載的基礎(chǔ)構(gòu)件。按照柱子的不同實(shí)際位置，需要分析其載荷的變化差異。如有中柱、金柱，都比檐柱的作用力大，負(fù)載荷水平量高。根據(jù)不同柱子的實(shí)際承受力，可以實(shí)施順紋的壓力匹配。從柱子的殘留情況入手，分析分柱子、頭柱、主根的實(shí)際損壞情況[1]。

柱頭劈裂后，受壓木柱的柱頭會順著木紋劈裂方向裂開，壓壁分開，呈現(xiàn)漲柱的情況。木塔的頭層槽內(nèi)部顯示，檐柱的柱頭位置可能會出現(xiàn)劈裂問題。

柱根長期受潮濕、雨淋等因素影響，墻體內(nèi)部的木柱、柱根會出現(xiàn)腐蝕情況。木柱腐蝕呈現(xiàn)棗核形狀，木柱周圍呈粉狀。景清門柱根出現(xiàn)腐蝕問題，柱子會出現(xiàn)下沉情況。封閉在墻體內(nèi)部的露明柱，根部會受風(fēng)、空氣中的溫度影響，出現(xiàn)侵蝕情況。順延著木紋腐蝕構(gòu)成紋樁，外檐成主根方向，出現(xiàn)腐蝕情況。根部逐步變細(xì)，柱根受壓迫作用，劈裂現(xiàn)象就會變少。

柱子身體部位的木構(gòu)造，木質(zhì)呈現(xiàn)暴露情況。受長期各類因素的影響，柱身呈現(xiàn)不同情況的劈裂問題。柱頭開裂至柱身，柱根部位裂開延伸拓展。裂痕多處裂開，受負(fù)載荷量影響，木柱殘留順紋，受壓破壞情況嚴(yán)重。

1.2 斗拱門構(gòu)件變形情況

斗拱的操作作用中，需要明確瓦頂端梁架的載荷集中傳達(dá)，受力傳到構(gòu)件的作用。通過載荷集中拓展，達(dá)到力傳遞過程的拓展與提升。按照拱翹相交位置，壓劈裂或折斷，出現(xiàn)二層西北角轉(zhuǎn)拱。柱頭、轉(zhuǎn)角頭需要調(diào)整集中受力變化，注意壓臂拱位置，受壓迫情況。早期的建筑梁節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)多點(diǎn)集中傳遞現(xiàn)象，斗拱容易受劈裂影響。古建筑構(gòu)件主要以榫卯方式組合而成，構(gòu)件交互出現(xiàn)折斷劈裂情況。

1.3 梁架變形情況

大梁古建筑中，梁、枋都是可以傳遞上層載荷量的構(gòu)件。長期負(fù)載、大梁彎曲是古建筑常見的一種變形情況。在古建筑中，梁可能出現(xiàn)裂紋情況。需要避免周圍出現(xiàn)裂紋，按照梁、柱內(nèi)部的應(yīng)力作用進(jìn)行分析，調(diào)整木材強(qiáng)度，降低可能導(dǎo)致的破壞量。按照大梁下的木節(jié)水平，分析深度斷裂情況。斷面小的枋受壓迫，產(chǎn)生彎曲變形情況。古建筑常見受壓迫的構(gòu)件中，普拍枋承載斗拱載荷量，受壓構(gòu)件的柱頭交圈作用，長期受壓迫，產(chǎn)生順木紋，橫向受壓迫輕度增加。

2 抗拉構(gòu)件變形分析

穿插枋是古建筑中常見的接拉方式，構(gòu)件主要以榫卯方式呈現(xiàn)，容易出現(xiàn)拉脫、斷折情況。榫卯受拉力、剪力影響出現(xiàn)折斷，在實(shí)際操作中，需要重點(diǎn)分析擠壓情況，避免出現(xiàn)剪力斷裂情況。

3 木構(gòu)件受破壞情況影響

3.1 外力作用

受自然界各類外力的沖擊影響，如地震、人為因素等，會導(dǎo)致地層構(gòu)造的運(yùn)動發(fā)生改變。古建筑損壞主要是受風(fēng)、雨等因素的侵蝕，或建筑的傾斜、裂縫、扭曲、斷折等變形的外力影響因素。

3.2 內(nèi)力作用

內(nèi)因是導(dǎo)致破壞的關(guān)鍵因素。古建筑存在各類殘損情況。外力作用只是其中的一個(gè)因素，內(nèi)因是不可忽視的重要因素之一。內(nèi)力作用中，需要對木質(zhì)材質(zhì)的變化程度進(jìn)行分析，判斷直接影響建筑壽命的原因。依據(jù)木材物理學(xué)的實(shí)際變化因素，分析導(dǎo)致殘損的原因，進(jìn)一步重視提升古建筑變形影響情況的分析。依據(jù)施工的實(shí)際要求，分析轉(zhuǎn)變物理學(xué)實(shí)驗(yàn)操作要求，提升木材料的實(shí)驗(yàn)操作水平。需要充分考慮物理學(xué)的實(shí)際性能試驗(yàn)內(nèi)容，結(jié)合物理學(xué)的性能標(biāo)準(zhǔn)，選配合理的實(shí)驗(yàn)分析方案。

選取頭層暗層乳膠立柱，結(jié)合支撐結(jié)構(gòu)要點(diǎn)，調(diào)整木塔原始測定的年代要求。按照木塔暗層的構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)要求，分析腐蝕溝紋的變化，顏色深度、劈裂痕跡等。按照樹種木材的不同情況，選擇被落葉松作為木材試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)要求制作構(gòu)件，從順紋、橫紋的壓力強(qiáng)度、拉力、抗剪力、沖擊性能等物理試驗(yàn)中進(jìn)行測試分析。木柱表面粗糙有風(fēng)化情況，柱根部出現(xiàn)腐朽傾向，柱根呈現(xiàn)錐形狀態(tài)。根據(jù)柱最原始的構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)要求，需要調(diào)整樹木抗壓力、抗拉力、抗剪力、硬度等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。

4 實(shí)驗(yàn)?zāi)静牡挠^察對比分析

4.1 表面變化水平分析

舊木料在沒有鋸開前，木材表面是起毛的，沒有明顯的溝紋，這說明木材的表面纖維化，容易剝落，材質(zhì)發(fā)松，顏色呈現(xiàn)變暗的情況。木材被鋸開后，橫斷面呈現(xiàn)年輪明顯的情況，肉眼可見，無新舊之分。根據(jù)材料的情況，發(fā)現(xiàn)空氣中有細(xì)微的空隙，木材經(jīng)過長時(shí)間的因素影響，呈現(xiàn)變化。中心材質(zhì)變化較小，周圍材質(zhì)變化水平較大。

4.2 實(shí)驗(yàn)室破壞情況分析

順紋受壓破壞，堅(jiān)硬的晚材層呈現(xiàn)縱向彎折情況。隨著破壞程度的加深，呈現(xiàn)皺紋，出現(xiàn)局部纖維化傾向。木材承載壓力可以按照順紋、恒溫、纖維化角度分配。恒溫承載壓力較弱，木材結(jié)構(gòu)承載的壓力顯示，構(gòu)件全部呈現(xiàn)表面承壓情況，構(gòu)件局部承壓力，受寬度、長短、時(shí)間等限制。古建筑中恒溫局部的承載力構(gòu)件容易遭受破壞。一旦破壞受剪力的大小，恒溫撕裂問題發(fā)生。破壞的原因顯示，剪力的偏心位置出現(xiàn)彎折，破壞的瞬間撕裂達(dá)到極限，這是導(dǎo)致木構(gòu)件出現(xiàn)嚴(yán)重破損的原因。

在構(gòu)件彎曲程度下，載荷增加應(yīng)力作用呈現(xiàn)直線分布。根據(jù)受壓作用的曲線變化，需要及時(shí)調(diào)整截面的受壓區(qū)域范圍。受拉力區(qū)域范圍內(nèi)呈現(xiàn)直線狀態(tài)，隨著加荷作用的塑性變化，手拉纖維的應(yīng)力呈現(xiàn)彎曲狀態(tài)。載荷繼續(xù)增加，受壓迫呈現(xiàn)微小的褶皺程度，隨著褶皺的慢慢受壓增加擴(kuò)展，木節(jié)、斜紋的彎曲比例受到影響，分布呈現(xiàn)嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)。古建筑中這種情況較為常見，梁板的木節(jié)處可能出現(xiàn)嚴(yán)重的折裂問題。

根據(jù)早期的組織變化情況，可能出現(xiàn)空隙松散的變化，導(dǎo)致整個(gè)木材的強(qiáng)度受損。為了進(jìn)一步降低木材的強(qiáng)度受損比例，需要實(shí)施抗壓力、順紋抗壓力、抗拉力、抗彎折、抗沖擊等不同強(qiáng)度的對比分析，有效降低硬度和剪力強(qiáng)度。從木塔的實(shí)驗(yàn)變化分析入手，硬度、剪切強(qiáng)度均有所增加，導(dǎo)致物理不同程度地降低。

5 古建筑材料變化影響變形因素分析

歷經(jīng)500年～1 000年的木材，其實(shí)際抗拉強(qiáng)度、橫紋抗壓強(qiáng)度均有所降低。一般，松木、楊木的強(qiáng)度降低水平可以達(dá)到50%以上，橫紋抗壓力強(qiáng)度降低可以達(dá)到80%以上。硬度、剪切強(qiáng)度也會有所增加，硬度一般會增加15%左右，剪力強(qiáng)度會增加20%左右。

舊木材經(jīng)過幾百年的影響，其密度增加，木材的組織結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，水分降低。其實(shí)際的硬度會比新木材的強(qiáng)度更大，其他性能會有所老化。如物理性能減弱，實(shí)際彎曲強(qiáng)度減弱，抗拉力強(qiáng)度減弱等，均勻性有所增加。早期材料的抗拉力強(qiáng)度，以順紋抗拉變化為主，需要根據(jù)均衡性要求、材料承載的載荷強(qiáng)度等進(jìn)行差異化水平分析。判斷避開、沖開、硬度等差異性問題，分析其中的變化和要求，進(jìn)一步優(yōu)化木材的物理性能指標(biāo)，最大提升木材的持久工作效果。

古代建筑構(gòu)件中承載巨大的壓力和拉力作用，需要根據(jù)古代材料的實(shí)際強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)要求，分析構(gòu)件所產(chǎn)生的彎曲、拉斷、劈裂等因素，分析承載強(qiáng)度的變化。靜載荷不同的情況下，構(gòu)件可能造成的損失現(xiàn)象不同，損失程度不同。從破壞的產(chǎn)生入手，分析破壞試驗(yàn)中需要觀察的內(nèi)容，確保木材評估的形變一致，符合承載力范圍要求。古建筑舊木材材料變化是一種從量變到質(zhì)變的過程。依據(jù)現(xiàn)階段的發(fā)展規(guī)范要求，轉(zhuǎn)變各類外界破壞性因素，降低古建筑的破壞比例水平。

6 古建筑木材材料保護(hù)對策方案

按照古建筑木材材料的搭建管理標(biāo)準(zhǔn)方式，有效控制調(diào)整開放時(shí)間，避免古建筑構(gòu)件受更多的負(fù)擔(dān)影響。如觀音閣、木塔等建筑需要采用定期開放或停止開放的方式進(jìn)行保護(hù)。

按照古建筑舊木材的木構(gòu)件進(jìn)行水平質(zhì)量評估，對數(shù)量、變化程度、加固等需求等進(jìn)行分析，記錄統(tǒng)計(jì)加固補(bǔ)強(qiáng)的操作方式，避免建筑整體受到風(fēng)險(xiǎn)影響。

根據(jù)古建筑舊木材的變質(zhì)情況，需要做好封護(hù)保護(hù)，對水分、氣體、微生物等進(jìn)行隔絕保護(hù)，提升木材保護(hù)水平，延緩木材的老化發(fā)展進(jìn)程。

按照古建筑木材材料的實(shí)際修補(bǔ)保護(hù)需求，選配高品質(zhì)、高技術(shù)、高標(biāo)準(zhǔn)的修補(bǔ)檢修工具，及時(shí)對機(jī)器進(jìn)行檢修，做好日常的木構(gòu)件評估和檢查，做好記錄，分析制定年度方案，明確木構(gòu)件的修補(bǔ)和保護(hù)操作目標(biāo)。

按照古建筑木材保護(hù)需求，配合相關(guān)智能技術(shù)操作儀器，選配專業(yè)修護(hù)保護(hù)人才，落實(shí)工作內(nèi)容，制定工作定期方案考核。通過計(jì)劃方案的實(shí)施和確定，優(yōu)化拓展修護(hù)管理的效果水平，提升古建筑木材修護(hù)管理的水平應(yīng)用。

7 結(jié)語

綜上所述，古建筑木材材質(zhì)保護(hù)分析研究中，需要結(jié)合古建筑的實(shí)際變形因素，結(jié)合相關(guān)的木材材料配置標(biāo)準(zhǔn)，分析影響建筑變形的原因，明確操作方案和操作方式標(biāo)準(zhǔn)，重視加強(qiáng)專業(yè)化結(jié)構(gòu)組織規(guī)范和變形應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)古建筑舊木材變質(zhì)效果水平的提升，實(shí)現(xiàn)保護(hù)古建筑的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 董少華，王翀，相建凱，等.基于FTIR--ATR法的戶縣公輸堂小木作木材化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)變化研究[J].紅外，2020（7）：23-25.