古建筑保护设计中碳纤维复合材料运用研究

许业盛

【摘要】古建筑有着悠久的历史和建筑文化传承价值，我国古建筑有很多，随着如今城市化建设与发展，对这些古建筑造成一定程度的破坏，本文围绕古建筑的保护设计，针对古建筑被破坏的因素以及对古建筑的保护方法分析，并对碳纤维复合材料的应用进行深入探讨。

【关键词】古建筑;保护设计;碳纤维复合材料

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.27.

碳纤维复合材料是一种应用于木架构房屋加固的新型材料，具有高强度、高弹性模量、重量轻、耐腐蚀等良好的性能优势，其抗拉强度是普通钢筋的十倍左右。由于我国有着大量的古建筑，这些古建筑经过漫长的岁月保留下来，见证了我国历史的沧桑变化，有着精妙的建筑结构和独特的历史文化魅力。但是也会遭受像自然灾害、时间磨损造成的建筑老化开裂等破坏，为此，需要加强对古建筑的保护设计。

1、古建筑被破坏的因素与保护方法

1.1古建筑被破坏的因素

古建筑会受到自然和人为两方面因素的破坏。自然因素主要包括风雨侵蚀，虫蚁蛀蚀等，人为因素主要是由于人们缺乏保护意识和保护常识而导致的毁坏。从古建筑保护原则出发，可以从如下层面分析：首先，从古建筑的材料分析，其是由天然高分子材料构成，容易受到自然环境因素的影响，像气温，空气重金属含量，紫外线，雨水等因素，都会对木构古建筑结构性能产生影响，容易腐蚀建筑结构，让其在一定的作用下出现老化开裂问题;其次，从古建筑的受保护的重视程度分析，古建筑易受到人为因素的影响，出于人对于自然环境的改造和古建筑保护意识薄弱，易造成对古建筑的破坏，而这种建筑一旦遭到破坏，就难以恢复，所以对于古建筑的保护要充分重视，仔细分析导致古建筑损坏的因素，确立完善的保护工作流程和相关制度措施，在对其进行保护时，工作人员需要分析其破坏原因及破坏程度，按照古建筑保护的原则和方法，针对性确立保护方案;最后，古建筑是我国重要的文化遗产，需要针对易受破坏的建筑结构加强保护措施，加强对古建筑材料分析，哪些容易受到外界因素的影响，以及受影响的程度，做好综合分析，运用文化保护的视角，尊重古建筑的修复工作。遵循文化遗产保护原则，将古建筑原有历史形态和结构样式保留下来，将运用新型材料进行建筑修复，主要针对原有材料和结构被损坏部分，并结合建筑实际情况加以综合分析，切勿将材料进行大范围修整，从局部开始一点点扩展[1]。

1.2古建筑的保护方法

实施古建筑修复工作，尤其是木构建筑，需要明确几个层面内容：第一，明确修缮古建筑的目的。古建筑保护要通过科学的方法防止其损毁，延长其寿命，而且需要最大限度地保存其历史、艺术和科学价值;第二，研究保护什么的问题。保护工作者不仅需要保存建筑本体，还要结合多方面历史综合信息，保护古建筑原有的平面布局、艺术风格，完整地留下古建筑的各类信息;第三，遵循古建筑修复的真实性原则，针对古建筑原材料、技术工艺、结构形态设计以及所反映的历史文化等内容经，尽可能保留原有的建筑构件和结构形态。除此之外，可以综合政府管理以及与城市发展规划进行综合考量，一是政府相关职能部门充分落实古建筑保护工作，以及其所在地相关保护规划，加以统筹考量，并且不断改善古建筑周边环境，确立相应的保护措施，减少外在自然因素和人为因素对古建筑的破坏[2]。二是要正确整合和处理古建筑保护与城市发展规划的关联性，加强政府监管机制，完善古建筑保护的法律法规。三是要全面提升当地居民对古建筑的保护意識，加强思想教育和文化遗产知识普及，严禁杜绝在古建筑上刻字等不文明行为，弘扬历史文化。而对于从事古建筑保护设计的设计师而言，要不断提升专业技能，深入对古建筑的探索与研究。在开展保护设计工作之前，要认真勘察实地环境，做好充分的资料搜集和环境调研等准备工作，并且可以结合国内外相关的古建筑保护技术和方法，融入当地的古建筑的结构特点、材料性质等信息，加以了解和整合。在古建筑修复工作中，要坚持不盲从，理性分析，选择最佳修复方法和材料，采用先进的施工技术，促使古建筑保护工作更好地开展实施。

2、古建筑保护中碳纤维复合材料的应用

2.1碳纤维复合材料应用分析

碳纤维复合材应用于土木建筑领域具体体现在对原有建筑物的加固以及结构新建这两大方面。根据碳纤维复合材料的应用过程分析，并进行碳纤维图片展示，如下图所示。

起初是运用碳纤维片材对原先存在的混凝土结构进行修复以及加固处理，这种加固工艺技术源于日本、美国以及欧洲等发达国家。结合碳纤维片材特点，具有良好的抗腐蚀、轻质、高强以及便于施工等优势，能够对古建筑结构的加固修复工作有着良好的施工作用，特别是提升建筑的抗震性能方面，可以有效抵御地震灾害。与此同时，这种碳纤维片材具有良好的环保性能，在运用这种材料进行加固施工过程中，对自然环境的污染很小，不会对环境造成严重破坏和污染，而且应用的范围广泛，对能源消耗也比较低，是一种可以广泛使用的新型建筑材料。如日本阪神在发生严重的地震灾害之后，应用碳纤维复合材料对已受损的建筑物结构进行加固以及修复处理，为灾后重建工作争取了宝贵的救援时间，随着碳纤维复合材料被广泛运用，也促进了加固技术进一步发展。我国对于碳纤维复合材料加固混凝土技术的研究以及使用开始于1996年，主要是应用于人民大会堂以及民族文化宫等重大工程的加固修复工作中，在之后发展中，又逐渐应用到建筑结构、桥梁、隧道、地下结构以及管道等多个方面。

2.2碳纤维布加固技术应用分析

碳纤维布是一种新型材料，这种材料有着良好的性能优势，被广泛应用于古建筑修缮工作中，使用碳纤维布加固具有以下几个优点：第一，具有高轻度，碳纤维布的强度是普通钢材的10倍左右，其对古建筑修缮的效果良好;第二，运用碳纤维布加固之后可以提升建筑结构的耐腐蚀性及耐久性;第三，碳纤维布自身重量轻，可以不增加建筑结构自重，适用范围广泛;第四，施工便利，不需要依靠大型机械设备进行施工，而且便于操作，施工工期也短，有着可靠的经济适用价值。

结合碳纤维加固技术适用类型分析，其适用类型广泛，可以用于各种结构部位的加固修补，如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、简体、壳体等结构，是木结构加固的首选材料。我国运用碳纤维修复建筑结构的第一例工程是应用于安徽省文物保护单位太白楼修缮工作中，如图1所示。

太白楼原有的加固方式是用直径20毫米的钢管斜支撑每个戗角翼角梁下方和明间山墙挑檐檩下方，这种方式不仅改变了古建筑原有结构形态，而且也影响了建筑美观性。相关建筑保护设计单位针对太白楼原有结构做好了详细的勘察工作，经过计算分析，采用了结构胶粘贴碳纤维布的加固方式，增强梁头的承载能力和刚度。随着碳纤维复合材料加固技术的不断完善，碳纤维复合材料的被应用在越来越多的木结构的加固工程中，运用这种材料加固古建筑后，进行油漆涂刷不会影响外观，也不会增加建筑结构重量，可以有效提升古建筑的承载力、刚度和抗震性能。所以，应当积极采用新兴材料和新兴技术，确保可以更好地保存古建筑，加强古建筑的加固应用。但也需要在实际应用中注意的是，对于古建筑的加固与修复，仅用于原结构或原用材料的修补加固，不得用现代材料去替换原用材料;而且需要在运用中先小范围试验在逐步扩大使用范围[3]。

结语：

综合上述对古建筑保护设计中碳纤维复合材料的应用分析，本文主要是对古建筑结构加固和结构存在缺陷的地方加以修复，结合建筑修复工程案例，提出运用新型碳纤维材料可以起到对古建筑良好的加固维护效果。根据我国现存大量的福建筑以及古建筑受损情况，运用碳纤维材料进行加固可以不改变古建筑原有构件形态，不会增加建筑原构件的质量，其抗拉性能可以很好地修复受损结构。因此，碳纤维材料对于古建筑的加固保护有着重要的应用价值。

参考文献：

[1]王强.土木建筑工程中纤维复合材料的应用[J].城市建筑，2020，17（35）：125-127.

[2]李志才.复合材料在建筑加固工程中的应用研究[J].粘接，2020，43（07）：74-77+81.

[3]别治明，鲁艳蕊.古建筑保护设计中碳纤维复合材料的应用[J].塑料科技，2020，48（07）：137-140.