木结构古建筑的加固与保护

王鹏 孟昭博 杨鹏

摘 要：中国古建筑一般以砖、木或夯土为主要的建筑材料，以木结构为主，具有重要的历史和文化价值。建筑一旦遭到破坏，不可再生，造成历史文化遗产不可弥补的损失。根据木结构的建筑结构特点和不同的破坏类型，讨论不同的破坏症状，例如开裂、腐朽、拔榫等，并以此为基础，介绍相应的加固和保护的方法。为木结构古建筑的加固和保护提供参考依据。

关键词：木结构；古建筑，古建筑保护，木结构加固

1 引言

中国古建筑是我们祖先留下的文化遗产的一部分，是重要的地面文物，它既是名胜古迹的重要组成部分，又是学习和继承遗产的主要对象，是城市历史文明的见证，是人类物质文明和精神文明的結晶，具有重要的历史价值和科学价值。中国古建筑最具有代表性的是大木作结构，这种结构在世界建筑史上独树一帜，其影响远及东亚各国，成为东方建筑的代表。但是古建筑修建年代长久，加上风雨侵蚀、、微生物破坏、温湿度的交替变化及维修不善，结构的本身已有不同程度的损伤，如梁柱变形、节点拔榫等。因此有必要对古建筑木结构进行加固和保护。

2.破坏类型

古建筑木结构长期受到外力（风和地震）和自然作用（雨雪侵蚀或微生物破坏），导致其结构材料性能下降，由此产生不同类型的破坏，主要有以下几个方面[1]：

2.1 开裂

一些木材由于在制作当时没有干，其表面部分比内部容易干燥，而木纤维的内外收缩不一致，年久后由于木料本身的收缩而产生裂缝；或由于梁、柱受荷时间过长，木材本身材质下降导致抗拉、压、弯、剪性能降低，使得在外力作用下木材产生开裂现象。

2.2 腐朽

木结构长期处于潮湿环境中，很容易发生腐朽，腐朽使得梁、柱构件抗拉、压、弯、剪截面面积减小，承载力降低，对整个木结构非常不利。

2.3 挠度

木梁在在长期荷载作用下，由于材料性能老化造成木材弹性模量降低以及抗弯能力下降，导致跨中挠度大大超过规范允许值。挠度不仅仅影响古建筑的外观，而且长期发展下去容易使木梁产生受弯破坏。

2.4 拔榫

在长时间外力作用或木材本身收缩等因素影响下，梁、柱节点位置很容易发生拔榫现象。拔榫使得梁、柱构件有效受力截面减小，容易产生拉、压、弯、剪破坏，对木结构整体性造成一定影响。

3 加固方法

古建筑木结构构件加固的方法有多种，而且常常几种方法结合使用。常用的加固方法[1-3]有：

（1）墩接加固法：即将柱子糟朽部分截掉，换上新料，通常用于柱根的加固。常见的作法是做刻半榫墩接，方法是：将接在一起的柱料各刻去直径的1/2作为搭接部分，搭接长度一般为柱径的1～1.5倍，端头做半榫，以防搭接部分移位。

（2）嵌补加固法：当梁、柱裂缝不大或梁、柱轻微糟朽时可采用嵌补加固法。对于梁的干缩裂缝，当构件的水平裂缝深度小于梁宽或梁直径的1/4时，可先用木条和耐水性胶粘剂，将缝隙嵌补粘接严实，再用两道以上的铁箍或玻璃钢箍箍紧。对于木柱的干缩裂缝，当其深度不超过柱径（或该方向截面尺寸）1/3，且裂缝宽度小于30mm时，可用木条嵌补，并用耐水性胶粘剂粘牢[4]。

（3） 铁件加固法：当梁、柱裂缝较大时，对其进行嵌补的同时还需要进行铁件加固；当柱根糟朽范围较大时，在对其进行墩接的同时，还需对墩接部位进行铁件加固；梁、柱节点拔榫时也可采用铁件加固法。铁件加固法通常是用扁铁将梁、柱构件箍牢或者用扁铁将梁、柱节点进行连接。铁件加固法通过采用扁铁承担构件的部分拉、压、弯、剪、力，有效地提高了梁、柱构件的力学性能。

（4）化学加固法：木材内部因虫蛀或腐朽形成中空时，若柱表层完好厚度不小于50mm，可采用不饱和聚树脂进行灌注加固。在灌注前需将朽烂木块、碎屑清除干净，且应在柱中应力小的部位开孔。化学加固法除了能增加木材的强度外，还能增加木材的尺寸稳定性和防腐、抗虫能力。

（5）FRP加固法：即采用FRP材料对木结构构架进行加固的方法。FRP具有高强度、低密度、耐腐蚀、耐久性好、可设计性以及自重轻等优点，FRP在木结构中的加固思路主要有：抗弯加固，利用FRP抗拉强度高的特性，将其粘贴在木梁受拉区，使之与木梁共同承受荷载，以提高木梁的受弯承载力，从而达到加固补强的作用；抗剪加固，把FRP粘贴于构件的剪跨区，起到与箍筋类似的作用，从而提高构件的抗剪承载力；抗压加固，对木柱用FRP包裹适当区域，约束木柱变径向形，从而提高木柱的受压承载力。FRP主要用于木构件和节点的加固，从而提高既有木结构的承载力、刚度、延性及抗震性能。

木结构古建筑还有其他的加固方法，如增加约束法，增大截面法，增设拉杆法，增设销钉法和混合的方法等，这里不再一一赘述。

4 木结构防腐

古建筑修缮中所用原木加工的木构件，含水率普遍偏高，甚至包括一些椽子、望板的含水率远达不到国标所要求的20%以下的水平。所以古建筑木构件的防腐就变得尤为重要。

目前，古建筑修缮工地常用的防腐剂主要是CCA和BBP。CCA是一种固定型防腐剂，处理木材呈蓝绿色。CCA在木材的微酸性环境中生成不溶于水的沉淀，一般都用于机械化作业处理。现场手工处理影响透入度，很难达到要求的吸药量。BBP处理可保持木材本色，而且可以反复处理至达到所需吸药量。ACQ是当前正在积极推广使用的防腐剂，其特点是处理后木材呈蓝色，用于非暴露的木构件是可行的。实践证明，三种防腐剂均不影响地仗和油饰。

防腐处理方法分为常压法（或无压力法）和压力法两类。防腐处理效果的标志就是木材内药剂的吸收量及透入深度。不同药剂，不同的使用环境，根据试验和实践，国家规定了严格的吸药量要求。只有在达到规定的吸药量要求下，才能保证预期的防腐效果[5]。

5 木结构古建筑维修保护原则[6]

（1）"整旧如旧"

（2）"恢复原状或者保持现状"

（3）"不改变原状"

（4）"四个不改变"：①原来的建筑形制：包括原来建筑的平面布局、造型法式特征和艺术风格等；②原来的建筑结构；③原来的建筑材料；④原来的工艺技术。

6 古建筑火灾防护

由于木结构古建筑使用大量的木材，且木结构古建筑大多规模宏大，基本都是空间高、跨度大、门窗多，供氧充足，加之内部陈设的各类物品，具备良好的燃烧和火焰传播条件。所以防火就成为木结构古建筑的重中之重。

6.1 木结构古建筑火灾原因

引发木结构古建筑火灾的原因重要分为两个方面：一是人为因素；二是雷击。其中人为因素引发的火灾占火灾总数的90%以上[7]。

（1）日常生活及建筑物维修中的用火不慎；

（2）电气设备的安装、线路的敷设以及使用不当；

（3）还有宗教及祭祀活动引起的火灾。

6.2 木结构古建筑的防火措施

（1）健全消防组织机构、落实消防责任制度、强化消防管理措施。

（2）设置消防车通道、保障消防水源、改善消防供水。

（3）设计安装先进的消防技术设施。重要的木结构古建筑，应采用先进的消防技术设施，安装火灾自动报警系统和自动喷水灭火系统。此外，木结构古建筑应设置良好的防雷装置，落实防雷措施。

（4）配置足量的便携式灭火器材。

（5）切实加强各种火灾的预防和管理。一是加强对生活用火的预防；二是加强对电气火灾的预防；三是加强对宗教活动的明火管理；四是加强对雷击火灾的预防。

7 结语

中国古建筑是我国传统文化必不可少的组成部分，是城市历史文明的见证，是人类物质文明和精神文明的结晶，对古建筑维修与保护至关重要。本文分析了木结构古建筑的破坏类型和加固方法，介绍了木结构防腐措施，闡述引发木结构古建筑火灾的因素，以及火灾的防范措施。为木结构古建筑维修和保护提供一定的依据。

参考文献

[1] 周乾，闫维明，李振宝，纪金豹.古建筑木结构加固方法研究[J].工程抗震与加固改造， 2009，31（1）：84-90.

[2] 罗才松，黄奕辉.古建筑木结构的加固维修方法述评[J].福建建筑，2005（5）：196-201.

[3] 李彦博. 中国木结构古建筑的加固维护方法[J]. 甘肃科技，2012，28（6）：121-122.

[4] GB50165-92，古建筑木结构维护与加固技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，1992.

[5] 汪中红，姚杰，钱庭柱. 浅析古建筑木构件与木质文物的保护方法[J].林业实用技术，2009（4）：59-61.

[6] 杨新. 中国古建筑维修保护价值观[Z].纪念《威尼斯宪章》发表50周年专栏，2011：21-25.

[7] 胡睿麟. 木结构古建筑火灾危险性及防范措施[J].消防技术与产品信息，2013（7）：7-8.