高飛飛

（聊城大學(xué)，山東 聊城 252000）

1 引言

近年來(lái)，許多專家學(xué)者對(duì)古建筑進(jìn)行了深入調(diào)查、實(shí)際調(diào)查和測(cè)繪，整理了大量貴重材料，為進(jìn)一步研究古建筑積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。但是，隨著時(shí)間的推移，自然環(huán)境的侵蝕及其材料的倒塌，大大降低了古木建筑的安全性和可靠性。因此，研究在某種程度上加強(qiáng)古代木結(jié)構(gòu)而不改變其重要性質(zhì)的狀態(tài)下的表現(xiàn)是非常重要的。根據(jù)目前情況，建筑結(jié)構(gòu)修復(fù)加固技術(shù)在古木建筑的應(yīng)用的過(guò)程中一直在創(chuàng)新，以確保傳統(tǒng)木建筑的質(zhì)量和安全，但是，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中仍然存在一些缺點(diǎn)，可能存在潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，相關(guān)維護(hù)人員應(yīng)該借鑒國(guó)內(nèi)外人員的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，讓建筑結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在古建筑木結(jié)構(gòu)的修復(fù)過(guò)程中得到合理有效的應(yīng)用，使得建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得以持續(xù)。

2 古建筑木結(jié)構(gòu)基本特點(diǎn)和保護(hù)原則

在古代中國(guó)，木架一直是主要的結(jié)構(gòu)，梁槎被添加了到木柱上，屋頂被放置在了梁槎上。大屋蓋的承載力是由梁槎、柱子直接傳遞到地面。柱、梁、槎等各個(gè)構(gòu)件之間的連接方式是榫卯連接，形成靈活的框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建筑物的框架形狀又可以劃分為三種：抬梁、穿斗和井干。根據(jù)建筑構(gòu)件的類型，建筑中的構(gòu)件一般可以劃分為大體積的木制(柱、梁、斗拱等)和小規(guī)模的木制(門、窗、欄桿)[1-2]。其構(gòu)造的框架及其構(gòu)件主要是由木質(zhì)材料制成，具有很好的抗壓強(qiáng)度與耐彎強(qiáng)度，但也具備很大波動(dòng)。

中國(guó)古代建筑作為中國(guó)歷史文化遺產(chǎn)的重要組成部分，木材和主體結(jié)構(gòu)的復(fù)原和加強(qiáng)必須嚴(yán)格遵守傳統(tǒng)文化遺產(chǎn)保護(hù)的原則，建筑遺產(chǎn)保護(hù)的基本原則之一是確認(rèn)其真實(shí)性和完整性。真實(shí)性需要求所有建筑物所反映的與其原材料、技術(shù)、設(shè)計(jì)和相關(guān)信息，如歷史及文化，在進(jìn)行修復(fù)時(shí)得到良好的保護(hù)。誠(chéng)信需要充分地保護(hù)傳統(tǒng)文化的價(jià)值和資產(chǎn)持有者及其環(huán)境。一系列衍生原理源自基本的原理，如采用最小限度的干涉、可逆轉(zhuǎn)和具有高識(shí)別性。

3 古建筑木結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)加固技術(shù)

1）鐵件加固技術(shù)。對(duì)于梁、柱和其他構(gòu)件，由于長(zhǎng)期荷載和雨水侵蝕，會(huì)有的插槽。需要用鐵圈包裹，然后用鉚釘。這個(gè)方法主要采用鐵芯的固位效應(yīng)提高構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度；常用于傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中的梁枋、柱、屋架、木檁條等的加固[4]。但鐵件的加固技術(shù)具有一定的破壞性，如：用鐵件或鉚釘破壞木材構(gòu)件，造成木材構(gòu)件開(kāi)裂，在破壞材料的同時(shí)產(chǎn)生新的安全隱患；還具有不可逆性，這種不可逆性不僅會(huì)損壞木結(jié)構(gòu)本身，而且會(huì)給維護(hù)和更換帶來(lái)麻煩。當(dāng)相同的零件老化時(shí)，它們不能被移除，因此只能重新加固。這種方法不僅影響外觀，而且影響加固效果[6]。2）支頂加固技術(shù)。這種設(shè)計(jì)方法的主要思想之一就是用一根小型的木柱或一個(gè)鉤子來(lái)給梁外部增加額外的撐持，改善了梁的內(nèi)部位置和分布，提高了木梁的強(qiáng)度和承載能力。支頂式方法一般都會(huì)直接改變一個(gè)整體結(jié)構(gòu)的傳力系統(tǒng)，當(dāng)我們遇到了需要安裝和更換一個(gè)構(gòu)件的特殊情況時(shí)，就需要拆卸一定量的荷載，對(duì)其在一個(gè)位置上進(jìn)行”落架”，但是這樣的方法很容易導(dǎo)致對(duì)構(gòu)件和整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞，并且它們也是完全無(wú)法修復(fù)的[3]。3）化學(xué)加固技術(shù)。在通常情況下，當(dāng)梁枋和柱因昆蟲或侵蝕而變得空心，但在加強(qiáng)木材材料時(shí)，表面結(jié)構(gòu)完整且厚度至少為50毫米時(shí)，首先，要在分解后去除侵蝕部分，選擇不飽和聚酯等化學(xué)劑進(jìn)行加固。由于昆蟲侵蝕不容易修復(fù)，所以要用現(xiàn)代精密超聲波檢查機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行加固。但化學(xué)加固技術(shù)有一定的局限性，比如：無(wú)法修補(bǔ)木材內(nèi)部細(xì)小的裂縫等。4）更換構(gòu)件法。在修復(fù)過(guò)程中若遇到開(kāi)裂嚴(yán)重或者木構(gòu)件腐朽等情況，并且使用上述加固方法進(jìn)行加固是不好實(shí)現(xiàn)的，只能選擇更換新零件進(jìn)行加固和維修。選擇的新構(gòu)件必須優(yōu)先與原來(lái)構(gòu)件相同類型的木材。如果有困難，則必須選擇強(qiáng)度等級(jí)不低于原始構(gòu)件的木材。

4 新技術(shù)在古建筑木結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

1）FRP加固技術(shù)。FRP是一種新材料，它將一種高強(qiáng)度的纖維與某些化學(xué)樹(shù)脂陣列緊密地結(jié)合到了一起，具有高強(qiáng)度、便捷的處理、良好防腐蝕性、舒適度以及速率快的特殊優(yōu)勢(shì)。FRP加固技術(shù)也已經(jīng)擴(kuò)展到了木結(jié)構(gòu)領(lǐng)域[5]。由于所需要使用的不同增強(qiáng)材料，材料被可以分成三種：碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料、鋁合金-玻璃纖維復(fù)合材料[6]。由于其重量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕性能以及易于切割的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出了快速提升FRP的新型技術(shù)。FRP加固技術(shù)目前在古代建筑木結(jié)構(gòu)的加固過(guò)程中得到了廣泛運(yùn)用[3]。2）預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)。根據(jù)該方法，在建筑物構(gòu)件承擔(dān)相關(guān)載荷之前，會(huì)對(duì)建筑物構(gòu)件預(yù)先施加特定的壓縮應(yīng)力，可以幫助抵消構(gòu)件承受外部荷載的時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而增強(qiáng)構(gòu)件的承載力與剛度，還可以有效抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)以及彈性變形。采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)古建筑木結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的加固時(shí)，可利用碳纖維布等材料在木梁在應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生的應(yīng)力使木梁的整個(gè)結(jié)構(gòu)具有一定的的預(yù)應(yīng)力，來(lái)改善木結(jié)構(gòu)的承載力和剛度等[6]。3）納米材料加固技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)外學(xué)者利用增強(qiáng)碳納米管來(lái)修復(fù)老建筑這個(gè)。修復(fù)技術(shù)能夠部分修復(fù)昆蟲或在常見(jiàn)地區(qū)損壞的腐爛樹(shù)皮和木片[6]。木材的承重能力和彎曲能力可以通過(guò)以下幾個(gè)方法來(lái)增加：在木構(gòu)件的表面涂上納米碳樹(shù)脂涂層或者在局部加以浸泡。該技術(shù)的應(yīng)用尚有待于進(jìn)一步的研究首先，必須更詳細(xì)地深入研究水墨漆中碳納米管樹(shù)脂涂層的滲透率，以下幾種方式獲取如下納米管樹(shù)脂涂層中的碳?xì)夂浚哼@些碳?xì)獠拍軌虮M可能地增加水墨漆樹(shù)脂涂層對(duì)于水墨漆的滲透率；其次，在建筑物表面和結(jié)構(gòu)上都采用了由納米材料制成的經(jīng)濟(jì)、可行性較高的木頭。就像是好比像天然的納米復(fù)合材料，木材在現(xiàn)代納米科學(xué)技術(shù)中仍然具有潛在的市場(chǎng)和應(yīng)用價(jià)值，復(fù)合材料在現(xiàn)代木材結(jié)構(gòu)加固工程中的廣泛應(yīng)用雖然這是一種目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用不廣泛的科學(xué)技術(shù)，但是這種納米材料本身卻因其自清潔、防紫外線、耐水等優(yōu)異性能，阻燃、耐劃傷、涂鴉、耐霉菌性和高效的抗菌性能[6]，因此碳納米管增強(qiáng)樹(shù)脂的重要性。木質(zhì)建筑在結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用前景十分廣闊。

5 結(jié)語(yǔ)

古代建筑木結(jié)構(gòu)的復(fù)原和加強(qiáng)要保持與以往相同的保護(hù)原則，但是傳統(tǒng)的加固方法會(huì)對(duì)古代建筑的外觀和材料造成一定程度的破壞，維修和更換不容易，大部分都無(wú)法挽回，因此科學(xué)隨著技術(shù)的發(fā)展和新材料的出現(xiàn)，許多新的加固技術(shù)應(yīng)用于古木結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)和復(fù)原領(lǐng)域。例如：納米材料加固技術(shù)、預(yù)應(yīng)力加固技術(shù)等。在未來(lái)的納米材料技術(shù)的推廣，應(yīng)引進(jìn)更多的新材料和新技術(shù)，在古建筑的修復(fù)領(lǐng)域，應(yīng)采用更環(huán)保的綠色材料改進(jìn)施工工藝，減少二次甚至重復(fù)加固舊木材。