木結(jié)構(gòu)古建維修加固,原來(lái)榫卯和柱子、梁架用到的手段都不一樣,一篇文章帶你看明白
中國(guó)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)民居由于年代久遠(yuǎn),在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的殘損,如節(jié)點(diǎn)松動(dòng)、木材腐朽導(dǎo)致的材性劣化、屋架傾斜等??傮w上,目前我國(guó)大部分地區(qū)的木結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)民居,需要進(jìn)行抗震研究,并對(duì)其進(jìn)行加固及保護(hù)。
加固位置及使用材料
曾有學(xué)者用模擬試驗(yàn)臺(tái)對(duì)Q235扁鋼加固榫卯節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能進(jìn)行了研究,加固試驗(yàn)中,考慮到扁鋼加固前后的加速度、自振頻率、阻尼等因素,用扁鋼加固的使得結(jié)構(gòu)的剛度確有提高,構(gòu)件剛度明顯提升(碳纖維布提高一倍,扁鋼提高二倍),榫卯節(jié)點(diǎn)的承載力明顯提升(碳纖維布提高一倍,扁鋼提高三倍)。
聊城光岳樓,加固構(gòu)件清晰可見(jiàn)
但是,也有專家學(xué)者就對(duì)扁鋼的加固提出了質(zhì)疑。認(rèn)為扁鋼增加了節(jié)點(diǎn)的剛度、加速度放大系數(shù),造成能量不能吸收,使得鄰件的內(nèi)力增加,加快鄰件的破壞。
在傳統(tǒng)木構(gòu)建筑中加設(shè)鐵箍時(shí),需將鐵箍嵌入木結(jié)構(gòu)中,使其外皮與梁柱外皮齊平,以便油飾。同時(shí)由于鐵箍易銹蝕,使用前必須進(jìn)行除銹及抗腐蝕的處 理,此道工序既費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且稍有操作不慎將導(dǎo)致構(gòu)件新的破壞。
屋架與柱連接的斜撐圖
加強(qiáng)木構(gòu)架和木屋蓋縱橫向的穩(wěn)定性:木構(gòu)架房屋的橫向和縱向均應(yīng)在木柱上、下柱端和樓層下部設(shè)置穿枋,并應(yīng)確保穿枋貫通木構(gòu)架的各個(gè)柱子,以增強(qiáng)木構(gòu)架縱橫向的強(qiáng)度和剛度。
(a)五柱落地的木構(gòu)架 、(b)三柱落地的木構(gòu)架
設(shè)置完整的木構(gòu)架體系:設(shè)置完整的端屋架,柱子盡量落地,不采用高石墊腳的形式,即不用硬山擱檁或墻抬梁的形式。
木柱子的加固
對(duì)于木柱的干縮裂縫,當(dāng)其深度不超過(guò)柱徑(或該方向截面尺寸)1/3時(shí),可按下列嵌補(bǔ)方法進(jìn)行修補(bǔ):
當(dāng)裂縫寬度不大于3mm時(shí),可在柱的油飾或斷白過(guò)程中,用膩?zhàn)庸茨▏?yán)實(shí)。
當(dāng)裂縫寬度在3mm~30mm時(shí),可用木條嵌補(bǔ),并用耐水性膠粘劑粘牢。
當(dāng)裂縫寬度大于30mm時(shí),除用木條以耐水性膠粘劑補(bǔ)嚴(yán)粘牢外,尚應(yīng)在柱 的開(kāi)裂段內(nèi)加鐵箍(或碳纖維箍)2~3道。若柱的開(kāi)裂段較長(zhǎng),則箍距不宜大于0.5m
對(duì)于潮濕環(huán)境下的木柱腐朽,可采用下列剔補(bǔ)或墩接的方法進(jìn)行整修或加固處理:
當(dāng)柱心完好,僅有表層腐朽,且經(jīng)驗(yàn)算剩余截面尚能滿足受力要求時(shí),可 將腐朽部分剔除干凈,經(jīng)防腐處理后,用干燥木材依原樣和原尺寸修補(bǔ)整齊,并用耐 水性膠粘劑粘接。如系周?chē)扪a(bǔ)尚需加設(shè)鐵箍(或碳纖維箍)2~3道。
當(dāng)柱腳腐朽嚴(yán)重,但自柱底面向上未超過(guò)柱高的1/4時(shí),可采用墩接柱腳的 方法處理。若木柱內(nèi)部腐朽、蛀空,但表層的完好厚度不小于50mm時(shí),可采用不飽和 聚酯樹(shù)脂進(jìn)行灌漿加固。當(dāng)木柱嚴(yán)重腐朽、蟲(chóng)蛀或開(kāi)裂,而不能采用修補(bǔ)、加固方法 處理時(shí),可考慮更換新柱。
一般來(lái)講,為了預(yù)防木構(gòu)架的腐朽,屋架、大梁等承重構(gòu)件的端部,不應(yīng)封閉在砌體或其它通風(fēng)不良的環(huán)境中,周?chē)鷳?yīng)留出不小于5cm的空隙,以保證具有適當(dāng)?shù)耐L(fēng)條件。同時(shí),為了防止受潮腐朽,在構(gòu)件支座下,還應(yīng)設(shè)防潮層或經(jīng)防腐處理的墊木。木柱、木樓梯等與地面接觸的木構(gòu)件,都應(yīng)設(shè)置石塊墊腳,使木構(gòu)件高出地面,與潮濕環(huán)境隔離。
另外,也有一些古建筑、和近現(xiàn)代仿古木結(jié)構(gòu)建筑在修繕加固時(shí)采用了FRP材料,常見(jiàn)的FRP主要有芳綸纖維AFRP,碳纖維CFRP,玻璃纖維GFRP,玄武巖纖維BFRP。目前,加固領(lǐng)域主要采用的是CFRP。
有學(xué)者研究表明,提高幅度與CFRP層數(shù)和方式密切相關(guān)。粘貼1層CFRP布(滿布、螺旋和條帶)受壓承載力提高7.6%—16.8%,粘貼2層CFRP布的受壓承載力提高23.9%—26.1%。
但是,輔助加固技術(shù)屬于新型材料,是否能在一些重要的古建筑和造型、構(gòu)件具有重要?dú)v史信息的建筑上應(yīng)用,還需要具體的論證。
屋架加固
支撐系統(tǒng)可采用鋼結(jié)構(gòu),鋼構(gòu)件與木構(gòu)件采用螺栓加連接件連接。對(duì)于受壓桿件,可采用局部加木夾板并以螺栓連接的加固方法;對(duì)于受拉桿件,可采用局部加木夾板,也可采用鋼拉桿的加固方法。對(duì)于屋架節(jié) 點(diǎn),可采用鋼夾板的加固方法。
當(dāng)屋架中個(gè)別構(gòu)件強(qiáng)度或穩(wěn)定性不足,以致影響整個(gè)屋架承載能力時(shí),或者使用舊料制作的屋架,構(gòu)件留有孔眼削弱截面面積時(shí),可采取構(gòu)件加固的方法。
受彎構(gòu)件,上弦個(gè)別地方出現(xiàn)斷裂跡象,其他部分完好,可采取局部加木夾板并以螺栓連接的加固方法。受拉構(gòu)件,可采取局部加木夾板加固方法或用鋼拉桿加固。