中国古建筑木结构加固及其性能研究

文/刘昊天 武汉理工大学土木工程与建筑学院　湖北武汉　430070

中国古建筑木结构加固及其性能研究

文/刘昊天 武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070

古建筑木结构作为较多典型挂建筑物的结构形式之一，无论从其结构特性还是力学性能等方面都具有明显的优势。然而古建筑木结构长期受风雨侵蚀、强震破坏以及人为破坏等，极易面临整体结构受损，甚至坍塌等危险，这就要求根据其结构性能采取相应的加固修缮措施。本文主要对古建筑木结构的特征与破坏、修缮加固古建筑木结构的方法以及古建筑木结构的性能进行探析。

古建筑木结构；修缮加固；性能

前言：

作为华夏文明的具体表现，古建筑木结构在我国历史长河中塑造较多传奇，包括庙宇、园林、宫殿等典型建筑物，被誉为中国建筑领域中的“瑰宝”。但如何对这些建筑结构进行保护，又成为当前大多学者研究的重要内容，较多外界因素影响下，加上古建筑结构自身的缺陷都使整个结构性能逐渐降低，修缮加固工作势在必行。因此，本文对古建筑木结构性能与修缮加固方法的研究，具有十分重要的意义。

一、古建筑木结构的特点与破坏分析

通过大多学者实践研究表明，古建筑木结构与一般建筑结构相比，在营造技术、结构布置以及概念设计等较多方面都表现出一定的优势。从其结构特点看，主要表现在：第一，建筑材料以木材为主。从大多典型古建筑特征便可看到，其强调充分发挥木材的应用功能，整个建筑骨架完全以木结构形式为主，且木材本身不具备较大的刚度与质量，即使在地震力影响下，也不会产生较大的破坏。第二，层次分明且造型优美。该结构类型下通常设置三个或四个层次，如殿堂式建筑，其自下而上分别为台基层、柱架层、枓栱层以及屋盖层，在布置形式上又强调对称，造型极其优美。第三，抗震性能较好。木结构建筑在造型设计中强调以“大屋盖”技术为主，整体结构与现代钢结构、砌体结构等都极为不同，如五台山较多古建筑木结构，即使经历较多地震，仍维持至今。

而从古建筑木结构的破坏情况看，主要表现在上部木结构、地基基础两方面的破坏。以地基基础破坏为例，其可细化为：①因选址不合理带来的破坏，如在山尖、山嘴或易出现泥石流、山体滑坡等位置进行设计，一旦有自然灾害出现便会产生致命性的破坏；②因自然作用而带来的破坏，如较多建筑长期受到风雨侵蚀或地震作用影响，砌块材料性能逐渐降低，台基基础便可能出现变形为题；③人为因素影响，如在古建筑周边进行施工或取土，很容易对地基基础带来影响。另外，在上部木结构方面，其破坏的问题主要集中在构件破坏、节点破坏等方面。如在构件破坏问题上，与混凝土、钢材等材料不同，木结构中应用的木材材料在力学性质上存在较大的差异，开裂与老化问题极易出现。因此，实际加固古建筑木结构中，需做好这些破坏问题的分析[1]。

二、修缮加固古建筑木结构的具体方法

（一）修缮加固的原则

古建筑木结构本身作为古文物的象征，承载较多历史信息，这就要求在实际修缮加固中遵循维持文物原状的原则。在加固时需保证建筑结构原有的工艺技术、建筑材料、建筑结构以及建筑形制都得以保存，避免对原文物外貌特征造成破坏。同时，在修缮加固中应遵循可逆性原则。其主要指在引入相关更换构件、连接构件以及加固材料过程中，需保证整个结构能够满足可再处理要求，这样一旦建筑日后使用中受到破坏，仍可利用相应的材料与技术进行修缮。另外，在加固中还需禁止对结构受力体系进行改变，古建筑木结构在受力性能方面本身具有明显的优势，所以在加固后仍需保证其受力分配状态、传力路径等不被改变。

（二）修缮加固的主要方法

实际修缮加固过程中，首先应从地基基础方面着手，针对不同原因产生的破坏问题可采取针对性的策略。如古建筑处于山下、山顶位置，在加固中可选用挡土墙、石砌护坡等形式；而对于台基砌体，加固中需做好裂缝问题的处理，可考虑将钢筋网铺设在新旧砖层中，并通过灌浆使所有缝隙得以加固。其次，对于上部结构加固问题。在加固中需对木材的稳定性进行增强，引入相关的化学药剂，在此基础上对构件与节点进行加固，如构件方面可考虑引入墩接加固法，使新旧材料能够融合，性能由此得到提升。除此之外，在实际加固中也涉及到围护结构加固内容，应注意在不破坏其原貌的基础上引入压力灌浆方式，使墙体的强度得到提升[2]。

三、古建筑木结构整体性能分析

关于古建筑木结构的性能，其在建筑不同的结构层表现也极为不同。以基础层为例，其在构成上主要以台基、柱础石以及磉墩等为主，在地震力作用下，基础层中的柱脚可起到明显的减少地震作用力作用，所以在抗震性能上较为明显。再如柱架层方面，一般设计中多采用雀替方式，其可使建筑的立面得以丰富，且对于梁段抗剪以及抗弯等性能的增强可起到明显的作用。而在结构铺作层方面，若设计中可使各枓栱铺作保持协同，这样即使有较大的荷载作用其中，铺作因相互挤进，使自锁联结功能上得到强化，有效减小破坏程度。另外，在屋盖层方面，其动力性能优势也极为明显，所以结构的整体性能都极高[3]。

结论：

修缮加固是保证古建筑木结构综合性能的关键所在。实际修缮加固中，应正确认识结构的特点以及不同破坏因素下对地基基础、上部木结构带来的影响，在此基础上针对不同破坏部位选取相应的加固处理方式。同时，在加固中还需对不同结构层次的性能进行研究，以此为修缮加固提供有效参考。

[1]张风亮.中国古建筑木结构加固及其性能研究[D].西安建筑科技大学,2013.

[2]陈志勇,祝恩淳,潘景龙.中国古建筑木结构力学研究进展[J].力学进展,2012,05:644-654.

[3]李鹏飞.多层殿堂式木结构古建筑尚有阁的结构及抗震性能研究[D].西安建筑科技大学,2012.

[4]刘力.中式建筑的中国式归来[J].中国房地产业.2014.7