木结构施工(传统木结构古建筑维修加固方法)

Posted 2023-05-29

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木结构施工(传统木结构古建筑维修加固方法)

木质结构加固

我国保存下来的古代建筑星罗棋布，分布在全国各地，其中，大多数是木质结构。由于木材本身为有机化合物，除易燃外，还易腐烂和虫蛀。在微生物和气候的长期影响下，木质结构会发生变形、弯曲、龟裂等现象，很难长久保存。现存的一些木质结构建筑都已岌岌可危，需要继续加固维修。

但是，木质结构本身较脆弱，出于文物古建保护原则，不宜对结构表面进行改变。故而加固方案的选择需慎之又慎。

打牮拨正工艺

传统的“打牮拨正”通常包含两项基本工艺：其一是“打牮”，是用“牮杆”（杠杆或千斤顶）抬起下沉的构件或支顶倾斜的构件，使其复位；其二是“拨正”，是用“拉索”牵引倾斜、脱榫的构件，使其复位。

对整体变形木构架的“打牮拨正”，可根据纠偏复位力系的布置和不同机械装置的运用，采用“水平顶推复位”、“水平张拉复位”、“顶推-张拉复位”、“顶升-撑拉复位”等工艺方法。

“水平顶推复位”工艺

“水平顶推复位”工艺，是在木构架的倾斜一侧设置具有一定刚度的支撑刚架，作为复位装置的支座或反力架（；采用千斤顶作为顶推装置，布置在木构架的柱顶部位；通过对柱顶施加水平推力，使整个构架恢复到正确的位置。

“水平顶推复位”工艺示意图

该工艺的复位力系简捷、工序简单，便于控制木构架的复位效果；但对支撑刚架的刚度和布置空间有较高的要求，通常适用于单层古建筑、且木构架倾斜一侧有较大的空间场地的情况。

“水平张拉复位”工艺

“水平张拉复位”工艺的原理与“水平顶推复位”工艺基本相同，但施加的复位力为水平拉力；张拉装置通常采用钢丝绳拉索，一端固定于柱顶，另一端安置在木构架需复位一侧的加载刚架上；通过对柱顶施加水平拉力，使整个构架恢复到正确的位置。

“水平张拉复位”工艺示意图

考虑到变形木构架的节点松弛，宜将张拉力系的作用点布置在木构架倾斜一侧的柱顶上（如图中B轴的柱顶）；以带动整个构架复位。

由于张拉力系的传递不受拉索长度的限制，其加载刚架不必紧贴着木构架布置，该工艺对有较大基座或外廊构架的古建筑较为适用。工程上通常利用施工脚手架兼作加载刚架，并采用斜拉索增加其刚度和稳定性，这对于两层或多层木构架古建筑更具实用性。

“顶推-张拉复位”工艺

木构架古建筑的结构为梁柱排架体系，易发生整体倾斜，且构件之间具有一定的牵连作用；将顶推装置与张拉装置综合运用，成对地布置在倾斜柱架之间，对两侧的柱子同时施加复位力系，可获得较为显著的复位效果。

某种“顶推-张拉复位”组合装置的示意图如下图所示，该装置由花篮螺栓拉索、千斤顶撑杆、节点套箍和钢板箍组成。花篮螺栓拉索安装在柱间的两侧，千斤顶撑杆沿柱间轴线布置；其中，花篮螺栓拉索用于张拉向外倾斜的柱子，千斤顶撑杆用于支顶向内倾斜的柱子。节点套箍用于连接千斤顶撑杆和花篮螺栓拉索，并防止木柱节点受力部位损坏。钢板箍安装在柱脚与地栿之间，用于固定柱底，保证柱顶有效复位。

“顶推-张拉复位”装置

由于“顶推-张拉复位”装置可以布置在柱架之间，因此“顶推-张拉复位”工艺具有在建筑物内部实施复位的优点；其施工作业不受建筑物外部场地的制约，且可以对多层木构架建筑进行逐层复位施工。但需要注意的是，“顶推-张拉复位”装置以柱脚作为固定点施加复位力，应采取有效的措施保证柱脚部位及其下部结构的稳定和安全。

“顶升-撑拉复位”工艺

对于具有大型屋盖的古建筑或多层楼阁式古建筑，作用在倾斜柱架上的竖向荷重较大，施工时施加在柱架上的复位力也相应地增大，且易使柱架节点部位的损伤加剧。“顶升-撑拉复位”工艺是利用施工中的满堂脚手架作为支座，在其上安装“顶升-撑拉”复位装置，通过竖向顶升装置支承全部或部分上部结构传递给柱架的荷重，以减少水平顶推或张拉装置施加的水平复位力，减轻柱架节点的局部应力。

用于“顶升-撑拉复位”工艺的复位-安保多功能支架示意图如下图所示，其支架采用单体刚架和工作台板组装，可根据建筑物的空间位置和复位要求灵活布置，形成稳定的施工平台和安全支撑；复位装置由竖向千斤顶、水平撑-拉杆和水平滚轴导向板组合而成，安装在工作台板上，能有效地提供木构架复位所需的竖向和水平作用力，实现复位施工的精确控制。

复位-安保支架立面示意图

施工时，先用竖向千斤顶（编号3）支顶柱头上的梁（编号8）；然后，用水平撑-拉杆（编号5）对倾斜的柱子（编号7）实施复位操作。由于竖向千斤顶安置在局部安全支架内（编号4），支顶操作时不会倾覆；且在局部安全支架和工作台板（编号2）之间安装了水平滚轴导向板，能显著地减少复位摩阻力，便于柱架复位。柔性材料（编号6）用于包裹梁的顶升部位，以减轻顶升力对木材的局部损伤。

“顶升-撑拉复位”工艺具有在建筑物内部实施复位的优点，适用于大型单层木构架古建筑的复位和修缮工程。对于多层木构架古建筑，宜根据楼层变形情况自下而上逐层复位，并应在下层木构架复位稳定之后再继续施工。

受弯构件和檩条加固

局部糟朽、拔榫、断裂、向外滚动都是受弯构件的常见病害，应先注意检查病因，如瓦顶渗漏引起的檩条糟朽，飞禽撞击引起的破损、以及斗栱外疝、托脚不稳等原因。

除剔补外，拔榫是由于两家歪闪引起，如果能拆卸后重新归安，可以用传统方法铁锔子，如果不能拆卸，可以加一块托木，或用铁质套靴套牢等。拔榫时常常有榫头折断，通常用硬木做一个新榫头，另一端也要做成银锭榫之类的新榫头插入檩子内，必要时还应用铁钉加固。

同时，这种依靠铁钉加固的结构，如遇地基不均匀沉降或地面震动，容易造成铁钉与薄硬木板和斗件底面之间的连接部位松动，其次，修缮加固时所采用的木材与原有的斗件干湿程度如不一致，在逐步干燥过程中收缩程度不同，也会造成补配的构件与原构件产生相对位移，而使整体性遭到破坏。

由于木结构的整体性，时常监测，常修常新，才能做到有备无患，防患于未然。

柱子加固工艺

劈裂加固

劈裂是木料未完全干燥引起的，一般不存在受力问题，需要用木条或竹子片嵌补，如果缝隙大在3到5厘米或以上，一般要用铁箍加固。

重力加固

由于柱子不堪重力造成的劈裂，下沉等，可能与柱子材质、纹路、受力不均有关，除了用铁箍加固外，还应考虑调整柱子荷载，如增加抱柱等。

扭力加固

由于柱子上下受力方向不同，如承椽枋插在柱子里，枋所受的横向的重力大于柱子纹路的抗剪力时，就会产生扭曲和劈裂，在用铁箍加固的同时，还要改善承椽枋对柱子的压力。

柱子糟朽维修

一般来说，在柱根糟朽不超过二分之一时，常用挖补墩接的方法进行维修，墩接常用的榫卯有：巴掌隼、抄手隼、螳螂头隼。

榫卯示意

在南方地区，由于白蚁等虫蛀，柱子还常常出现因为中空而不得不墩接更换的现象，传统上这时采用“偷梁换柱“的做法，但柱子可能会开很多卯口，所以，70年代后常用环氧树脂进行灌注。

在灌注之前，应先加固柱子周围，消除柱子受力，在选择柱子的一面，分开10道15厘米的深槽至柱子中央，将内部的虫蛀糟朽剔除干净，将裂缝和孔洞用环氧腻子密封，防止灌注时的流淌。

注意：如果柱子中空是由于白蚁等虫蛀引起的，如果不根治虫害，局部灌浆只是权宜之计，不能作为惯用手段。

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