略谈古建筑木结构加固及其性能研究

乔惠芳

(山西省古建筑与彩塑壁画保护研究院，山西 太原 030012)

古建筑木结构是中国文明最重要的载体之一，随着时间的不断推移，诸多因素对我国古建筑的木结构造成了破坏，影响了古建筑木结构的健康和寿命，导致木材的性能退化，降低了古建筑木结构的承载能力，使古建筑木结构面临着随时坍塌的危险。文章研究了加固古建筑木结构的措施，使古建筑木结构的性能得以维护，以确保为后续相关工作的开展提供指导意见。

1 我国古建筑木结构的基本特征

我国大部分古建筑都是以木质结构为基础，承载了我国五千年的悠长历史，但是到目前为止，我国却很少有保存完好的古建筑木结构。通过相关调查和分析可以得知，相较于其他建筑类型，我国古建筑木结构有着独特的设计方法和结构布置方式，因此，我国古建筑木结构能够在历史长河中得以保存。

1.1 以木材为主要建筑材料

木材是我国古建筑木结构的主要材料，在设计建筑的骨架时，选择木材作为主要材料，会使建筑结构框架具有弹性。而且在设计古建筑木结构时，墙壁不作为主要的承重结构，因此，也使建筑物的灵活性有所提升，使建筑的结构具有独特性，也就是说，使用木材来进行古建筑木结构设计，不仅可以提高建筑结构的安全性，同时，也可使建筑的风格更为独特出众。榫卯结构是在建设木结构体系中最关键的技术，会为木结构建筑赋予柔性的特征，再加上木质材料受到自身刚度小、质量轻特性的影响，会降低古建筑木结构在地震灾害来临时所出现的惯性，因此，这也就使古建筑木结构具有突出的防震、抗震效果。

1.2 具有突出的抗震性能

我国在设计古建筑木结构时，会使用雀替、榫卯结构等特殊工艺技术来对梁柱节点等重要位置进行连接，使结构的可靠性有所提升，并且能够保证建筑结构的灵活性和安全性，雀替和榫卯结构是一类柔性结构工艺技巧，也与当今社会的钢筋混凝土结构等刚性结构的工艺有所不同，建筑结构的抗震性能较强，而且具有极高的灵活性(如图1)。除此之外，在对古建筑木结构进行设计时，最关键的基础性结构就是建筑的梁、柱等结构，不仅可以承担建筑的自重荷载，同时也可以承担其他外在因素所带来的附加荷载，保证木结构古建筑的长久保存。

(a)榫卯(b)雀替图1 雀替和榫卯结构

1.3 建筑外形造型优美，层次分明

在设计古建筑木结构时，最需要遵守的原则就是平面规则，大多都是呈现对称分布，在建筑的垂直面上，建筑的每一层结构设计都有其独特的设计要点，而建筑的设计则是与建筑的功能和结构有着密切联系。在对殿堂式古建筑进行设计时，主要分为四个结构层次；而在对于厅堂式的古建筑进行设计时，则会将建筑分为三个层次。通过建筑的层次，可以对古建筑的功能进行判断，而且建筑的外形结构优美，极具艺术欣赏价值。

2 古建筑木结构的破坏分析

随着时间的流逝，古建筑木结构受到多种因素的影响而出现了一定的损伤，比如材料腐化、干缩裂缝等等，都会使建筑结构的整体性受到破坏，导致建筑结构的安全性能受到影响，如果损害严重，还有可能会导致建筑倒塌。所以，相关工作人员就必须要对破坏古建筑木结构的相关因素进行科学合理的分析，这样才可以为后续开展古建筑木结构的保护、修缮和加固工作提供借鉴。

2.1 地基基础的破坏

在进行工程修建时，地基基础是基础部分，地基基础的修建可以保证建筑结构的稳定性，避免建筑出现倾斜和沉降，换句话说，地基基础质量的好坏会直接影响建筑结构的稳定性和安全性。而在进行古建筑木结构修建时，组成建筑地基基础的部分主要包括三点：地基、基础和台基，而能够对地基基础造成破坏的主要因素有以下几方面。

2.2 没有选择合理的建筑场地

在进行古建筑修建时，没有对修建地址进行合理选择，导致在软弱土、液化土等地区进行建筑修建，这样就会导致建筑的地基基础发生沉降和倾斜现象。而且还有部分古建筑是在山体滑坡、泥石流等危险地段修建的，一旦发生自然灾害，就会对古建筑结构造成毁灭性的打击。除此之外，还有一部分古建筑是建立在山尖等地带，比如“四川省江油市窦圌山云岩寺窦真殿”，一旦发生地震灾害，就会放大地震的作用，破坏建筑的地基基础。

2.3 自然作用的破坏

地基基础受到地震的影响会出现明显的台阶裂缝现象，而且在地震的作用下，会导致地基基础的柱础石发生偏移，使建筑的上部结构稳定性受到影响，经过常年的风雨侵袭，建筑的台基砖砌体也会受到影响出现开裂现象，影响地基的承载能力，破坏地基基础。

2.4 上部木结构的破坏

(1)构件的破坏 木材是古建筑木结构的主要材料，木材结构受到自身特性的影响，与现代建筑材料的力学性质有明显不同，随着时间的不断推移，光照、风干和雨雪等外界环境的变化都会对木材造成一定的影响，使木材出现老化、开裂等现象。除此之外，木材当中的真菌等微生物也会对木材结构产生分解影响，从而导致木材的承受能力降低，使建筑的使用年限缩减，降低了木材的安全性和承载力。

(2)节点的破坏 我国古代大多是用直榫和燕尾榫两种方式来连接木结构的梁柱节点，为了方便工人施工，会在榫和卯之间留下缝隙，这样就导致建筑在面临地震时会出现卯孔变松的现象。随着时间的推移，榫头会出现收缩变形，长此以往，就会破坏梁柱结构的节点，从而使建筑出现整体性的倒塌，不利于对于古建筑木结构进行保护。

3 古建筑木结构的修缮加固方法

为了能够对古建筑木结构进行有效地保护，相关部门就应该重视对古建筑木结构的加固和修缮，这是一项需要长期坚持的工作，具有复杂的工作细节，在修缮和加固古建筑木结构时，工作人员应该对结构进行重点关注，因为建筑的结构会对建筑的稳定性和安全性造成严重影响。因此，在修缮和加固时，需要工作人员对古建筑的结构进行重点研究，并且对古建筑的受力特点进行深入探究。其次，也应该深入研究加固和修缮古建筑木结构的工艺技术，加强构件与新旧材料之间的联系，以保证古建筑木结构的稳定性和安全性。

3.1 加固建筑整体

工作人员在加固古建筑木结构整体时，主要会使用三种方法。

(1)落架大修 在使用该方法对古建筑木结构进行维修时，要求工作人员全部或部分拆除木结构框架，然后对当中被损坏的构件进行修整或者替换，从而能够加固古建筑木结构的整体。在进行加固施工时，工作人员需要先制定完整的修缮加固方案，然后再结合方案来对建筑的瓦顶等部位进行拆除，并对被损害的构件进行替换或是维修。而在拆除古建筑木结构当中被损害的构件时，工作人员需要对榫头进行保护，避免折断，同时，还应该采取有效措施保护建筑物的彩绘图案，避免在维修时出现图案脱落的现象，对古建筑木结构进行保护和还原。如果在修缮古建筑木结构时，发现梁等结构被腐蚀，那么就必须要对该结构进行更换。

(2)打牮拨正法 利用此方法来对古建筑木结构进行加固和修缮，可以不拆除整体的古建筑结构框架，而是对发生倾斜的建筑构件进行恢复，并且对被损害的部分进行加固处理。在加固修缮的过程中，工作人员可以先将建筑的部分结构拆除，然后，需要拆除和清理已有加固的铁件，并且对损害严重的梁架结构进行复位处理。这一方法主要运用到整体结构保存完好，而只有部分结构需要维修的古建筑当中。

(3)抬升整体结构法 如果房屋建筑的高度已经难以满足使用需求，那么，工作人员就可以使用整体抬升的方式来修缮和加固建筑物的大框架，可以在构件损害较小的修缮和加固工程当中使用。在施工时，工作人员需要主要处理房屋的结构柱，并且在结构柱旁边安装液压千斤顶，使用机械设备对房屋结构柱进行切割分离处理，并且使用千斤顶来抬升房屋的整体结构，在将房屋抬升到设计高度之后，可以使用相关材料连接新旧结构，以确保房屋结构的完整性。最后，工作人员就可以将抬升设备拆除，并且装饰房屋结构。

3.2 加固地基基础

加固古建筑木结构的地基基础，是为了能够加强古建筑地基基础的稳定性，避免古建筑上部结构受到损害。通过对地基基础进行加固，可以有效提高古建筑的承受能力，并且延长古建筑的使用寿命。

(1)可以使用石砌护坡法来对处于山顶或山下的古建筑木结构进行加固处理，这样可以稳定山顶古建筑木结构的地基基础，同时，也可以对山脚下的古建筑进行保护，不会受到山体滑坡等自然灾害的影响。如果在古建筑的周围地区出现局部塌陷的现象，那么，工作人员在加固地基时，可以使用碎石回填的方法。

(2)在加固古建筑木结构的地基基础时，也可以使用一类间接方法——在古建筑的周围设置合理的排水设施。这一措施的使用可以保证地基基础的密闭性，以免水对地基基础造成侵蚀，使地基基础的变形范围扩大。同时，修建明水沟也可以方便工作人员检修，一旦发现沟渠堵塞，那么，工作人员就可以及时采取措施对其进行修整。

(3)在对古建筑的台基砌体进行加固修缮时，工作人员可以将风化严重的、有裂缝的砌体和石块拆除，并且在新旧砖层之间铺设一层钢筋网，使用钢筋对其进行加固，同时，可以使新旧砌体的整体性能有所增强，以免地基基础出现移位，从而能够保证建筑上层结构的稳定性。

3.3 加固建筑构件

可以使用以下几种方式来加固古建筑木结构。

(1)嵌补加固法 经过时间的洗礼，古建筑木结构会因为干缩而出现裂缝，随着裂缝的不断加宽，会严重影响古建筑木结构的整体稳定性。因此，工作人员可以使用嵌补加固法来对古建筑木结构进行加固修缮。在进行加固施工时，工作人员如果发现裂缝的宽度较小，那么就可以使用涂刷和油饰等方式来勾抹裂缝，而如果发现裂缝的宽度大于30mm，那么就可以使用木条和胶黏剂来嵌补裂缝，并且可以将铁箍等加入到木条当中进行嵌补施工，使建筑的整体稳定性和安全性有所提升。同时，如果在修缮时发现梁、柱等结构出现了较长的裂缝，可以在柱子内嵌入铁箍，使梁、柱等结构的稳定性有所保障。

(2)墩接加固法 工作人员在对腐蚀严重的古建筑木结构进行加固和修缮时，可以充分考虑建筑部件的腐朽程度，可以根据具体加固方式将墩接类型分为三种：木料墩接，钢筋混凝土墩接和石料蹲接。在加固古建筑木结构时使用木料墩接法，也就是充分利用巴掌榫和抄手榫等，在加固古建筑时，工作人员必须要对墩接榫头的位置进行严格控制。而在加固古建筑木结构时使用钢筋混凝土墩接法运用到墙内的暗柱加固施工中，并且工作人员需要严格要求柱的高度和宽度。

(3)偷梁换柱法 该方法的使用，也就是指在加固修缮建筑木结构时，不改变古建筑的整体框架，而只是对被损害的梁、柱等结构进行更换和修缮。通过分析可以得知，偷梁换柱法主要包含两大类：第一，使用新的柱子来代替被损害的柱子，使古建筑的荷载力得到保证。另一种方式就是将被损害的构件抬起，在使基础基石不移动的情况下，对柱子底的压力进行控制，从而方便工作人员对旧柱子进行替换，进一步修缮和加固建筑物的部分结构和框架。除此之外，还包括修整加固法。在使用修整加固法对建筑结构进行加固和修缮时，就是不揭除古建筑结构的屋顶、横梁等框架结构，而是直接修缮和加固建筑物的某一部分结构，仅适应于变形小的结构之中。

4 结 语

古建筑木结构承载着我国千年的历史，对于我国历史研究有着重要的意义，因此，对古建筑木结构进行加固和修缮具有重要意义。为此，工作人员需要深入研究古建筑木结构的性能，并且采用相关技术修缮被损害的木结构，确保能够完整地保存古建筑，不仅可以为后续的历史研究提供贡献，同时也可以优化现代建筑结构。