古建筑木结构安全性检测内容及方法探讨

(陕西工业职业技术学院， 陕西 咸阳 712000)

引言：古建筑是中华文明的瑰宝，对其的保护已经上升到了国家层面上。中国的古建筑大多是木质结构，在长期使用的过程中，所受到的物理作用、化学作用、昆虫和微生物侵害，以及人为破坏，建筑木结构的力学性能会有很大的降低，木质结构内部很容易出现霉变、腐朽等情况，长期使用，已经严重影响了建筑的安全。使用现代的手段，可以对古建筑进行安全检测，尤其对古建筑的木结构进行缺陷等检测，从而针对性地加强对古建筑的保养。

1 古建筑木结构现有监测方法

当前的古建筑木结构检测方法，可以分为两种:一类的主要目标是检测木结构内部的缺陷和损伤，这类检测通常都是无损检测或微伤检测，针对古建筑的木结构特点发展而来。这类方法的原理，是基于物理和化学理论，对木材的含水量、残余弹性模量、表面硬度进行测定。另一类是基于木结构的尺寸、外观、结构动力特性进行检测的方法，比如三维技术。这类检测方法能够从整体上反映木结构的性能指标，并通过数据分析木结构不同位置的损伤程度。

1.1 应力波法

应力波无损监测在过去的几十年有着很快的发展，对木材缺陷监测以及力学性质的定量测量取得了良好的效果。基本原理是敲击木材的一端，使其内部产生应力波，通过计时装置测量应力波在木材内部的传播时间，最后计算波速，来推断木材的性能，如腐朽、缺陷和弹性模量等等。应力波无损检测技术包括横向应力波技术和纵向应力波技术。其中，横向应力波技术对木材内部的缺陷进行检测，纵向应力波技术负责测量木材的弹性模量。

1.2 阻抗仪监测法

木材阻力仪主要由电动和保护装置、微机系统和蓄电池组成。在对木材进行测量时，用一根1.5mm的探针，在电动机的驱动下，匀速插入木材内部，因为电动机的电压恒定，因此电流就能反应木材电阻的大小，因为电阻与木材的密度有关系，所以通过电流大小，可以间接地反映木材的电阻。

1.3 三维扫描技术

相比于上述两种测量方法，三维扫描技术是一种全新的测量手段，也可以叫做高清晰扫描测量。用这种测量方法，可以对物体进行全方位、无接触的全景几何数据采集。三维机关扫描技术具有快速、实时、动态、主动、数字化等优点，在对古建筑进行测试时，不仅对建筑本体不会造成损害，还能进行远程测绘。目前，已经在故宫、颐和园等古建筑群检测中大量使用，对这些建筑进行几何信息采集和机构变形监测。

1.4 动力特性测试法

动力测试法测试的是建筑的机构的动力特性参数，对动力特性参数变化进行对比，来衡量建筑的改变，结合信号处理技术，可以对结构的损伤位置和损伤程度进行判定，弥补了传统无损检测法局限于木材缺陷检测的不足。这种检测方法可以分成两类：一类是人工激励，通过使用激振器进行激励，或力锤激励、重物激励等方式，通常在小型检测或实验室中使用比较多；第二类是环境激励，通过自然脉动、地面脉动等不同激励源，对建筑进行无损检测。

1.5 试验法

2 古建筑木结构安全鉴定法

古建筑木结构安全的鉴定主要是通过结合结构现场的监测数据、缺陷情况，计算结构承载力，最后对建筑的力学性能进行综合评估。鉴定阶段的主要问题，是如何评估结构的承载力，并对结构部件、节点进行计算，目前国内在这方面已经取得了不少成果。但是，因为检测的复杂性，我国还尚未形成统一的检测方法和标准。

2.1 有限元法

有限元法是求解数学物理问题的重要方法，在对古建筑进行结构分析时，有限元数值模拟已经成为了一种重要的方法和工具。该方法首先对古建筑结构进行数学建模，然后对其力学结构进行分析，从而为结构安全分析提供较为准确的力学结果，并且能够反映出建筑的变形和内部特征。但是这种方法，对古建筑残损情况的估计不足。

2.2 简化计算法

这种方法基于结构静、动力学的基本理论，建立简化的古建筑数学模型，进行静力学和动力学计算，来评价古建筑的安全性能。对于木结构的古建筑而言，其受力最复杂的部位就是各个构件的榫卯节点，简化计算法因为数学模型和榫卯连接、半刚性连接方式的力学原理有很大不同，所以计算结果往往与实际结果不同。

2.3 层次分析法和灰色模糊分析法

建筑物的安全评估，主要以鉴定为主、定量分析为辅的方法，这些标准主要基于层次分析法。通过对木结构进行安全评估，对构件、构造残损点的残损程度确定，以及评估构造的安全等级，最后鉴定单元或建筑物的安全性等级。灰色模糊分析法也是采用层次分析法进行层次划分，不同的是，灰色分析法在对安全性进行评估时，会考虑一些无法获取的信息，基于灰色理论和模糊数学，从而形成灰色分析法。

3 古建筑结构现有的检测标准

我国目前的古建筑鉴定技术标准并不完善，相关的法律主要是《古建筑木结构维护与加固技术规范》，规范仅仅在第四章出现了可靠性和抗震鉴定内容，对残损点仅仅做了定性规定，缺少定量规定，检测鉴定人员在实际的测量中难以把握。近年来对古建筑的保护意识增强，业界学者也开展了相关监测鉴定结果的标准制定工作。中国工程建设标准化协会在2014年编制：《古建筑木结构检测技术标准》、《古建筑木结构抗震鉴定标准》、《古建筑木结构安全性评价标准》，这三项协会标准，当前尚未形成征求意见稿。在古建筑技术测试方面，发布了《古建筑防工业震动技术规范》、《古建筑木构件内部腐朽与弹性模量应力波无损检测》，但是在其他方面没有形成相关标准。

当前的检测标准，无论是技术标准还是安全标准，都不能满足对古建筑进行木结构安全鉴定的需要，仍然需要学者和技术人员进行深入研究，并制定相关的标准。

结束语：我国古建筑的检测鉴定虽然已经有了很大的发展，但在很多方面仍然存在不足并且不成熟，方法上也存在着局限性，需要更深入的研究。古建筑相比于现代建筑有着很大的独特性，是现代建筑无法代替的，对古建筑的检测和鉴定，必须要符合古建筑的特点，不能把现代建筑的检测标准和方法在古代建筑中生搬硬套，并且要尽可能不伤害古建筑。进行测试的技术人，在进行古建筑木结构检测时，也要对各种不同方式的利弊熟知，从而保证在古建筑不会受到损伤的前提下，实现对古建筑的全面检测。对古建筑进行有效的安全评估，保护我国的文化古迹。

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