碳纖維布在木結構建筑物加固中的應用

華國斌，余　暉，管國強

(浙江眾安建筑特種工程有限公司，浙江 杭州 310012)

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碳纖維布在木結構建筑物加固中的應用

華國斌，余暉，管國強

(浙江眾安建筑特種工程有限公司，浙江 杭州 310012)

摘要：通過一個碳纖維布加固木結構建筑物的工程實例，介紹了碳纖維布在木結構建筑物加固中的應用，由于此加固方法基本上不影響木結構建筑物的外觀，因此受到業主的歡迎。

關鍵詞：碳纖維布；加固；木結構；古建筑

1木結構加固概述

木結構具有取材便利、價格便宜、施工簡單等特點，是人類最早采用的結構形式之一。目前，我國仍保存有大量的木結構民居、橋梁、寺廟、樓塔等古建筑。由于木結構本身的材料缺陷和環境因素，導致木結構需要頻繁地維護和修復；而建筑物使用功能和使用荷載的改變，導致木結構需要改造和增強。常見的修復和加固木結構的方法有直接用新材料或者用混凝土、鋼材替換原有木結構，設斜撐加固節點、嵌縫加箍等，這些傳統方法，往往會破壞木結構建筑物原有風貌，不能達到古建筑“修舊如舊”的標準，且由于其帶來金屬構件易腐蝕、附加重量大等缺陷，不能廣泛應用于木結構的加固中。

碳纖維布(CFRP布)具有可塑性大、易剪裁成型、強度高、重量輕和易于施工等優點,較適用于非規則斷面的木結構表面粘貼，且由于其對木結構外觀影響較小，適合在木結構建筑物加固領域中大面積應用。國內外大量的實驗研究表明：粘貼碳纖維布，能提高木結構的承載能力，并且兩種材料之間具有良好的粘結性能，能夠很好地協同工作。

本文通過一個碳纖維布加固木結構建筑物的工程實例，說明加固前后結構的承載力變化情況，并通過展示加固前后建筑物的外觀變化，為今后想通過碳纖維布加固木結構建筑物的設計者提供參考。

2工程概況

某徽派住宅，共2層，木結構。因使用需求，2層需擺放家具，樓面使用荷載需提高到2.5 kN/m2，同時，業主要求加固改造后不能改變其木結構建筑物風格。

經計算復核，原結構2層梁承載力不能滿足提高后的荷載要求(板、柱能滿足)，如采用混凝土或鋼結構進行托換，則改變了原有木結構建筑物的風格；如采用木結構進行托換，則施工繁瑣，造價昂貴，且在托換過程中易對原有木結構形成破壞。經對現場實地勘查，原木結構現狀保持較好，經計算重新復核，粘貼碳纖維纖維布后，木梁承載力能達到改造后荷載要求，且粘貼碳布后，木梁截面尺寸不發生變化，后續通過碳布表面刷油漆等方式，能表現出其木結構建筑物風格。因此業主同意采用粘貼碳布的方式對此木結構建筑物進行加固改造處理。

3計算復核

選取單根最不利木梁進行計算復核，該木梁跨度為3.6 m，所屬房間面積為3.6 m×0.7 m。木梁寬度b=120mm，高度h=160mm。原木梁的抗剪承載能力在未加固前已經滿足要求，這里不再重復，此計算復核主要針對的是木梁的抗彎承載力。

木材抗彎強度fm=15N/mm2

考慮折減系數，取0.7

fm=15×0.7=10.5N/mm2

根據相關文獻資料，粘貼碳纖維布后，其抗彎強度約提高20%。

加固后的木材抗彎強度：

fm=10.5×1.2=12.6 N/mm2

恒載取1.5 kN/m2，活載取2.5 kN/m2。

q=1.2×1.5×0.7+1.4×2.5×0.7=3.71 kN/m

根據《木結構設計規范(GB 50005—2003)》第5.2.1條，木結構的抗彎承載力應按下式驗算：

式中：fm為木材抗彎強度設計值，N/mm2；

M為受彎構件彎矩設計值，kN·m；

Wn為受彎構件凈截面抵抗矩，mm3。

因此經碳纖維布加固后的木梁能滿足承載力要求。

4加固方案

經計算，木梁抗彎承載力不足，需粘貼碳纖維布加固處理，木樓板、木柱雖經計算承載力滿足要求，但考慮到木結構年代已久，自身存在一些病害，因此對木樓板、木柱粘貼碳纖維布進行補強處理。加固節點詳圖見圖1～3。

圖1　梁粘貼碳纖維布加固詳圖

圖2　柱粘貼碳纖維布加固詳圖

圖3　板粘貼碳纖維布加固詳圖(仰視圖)

5外觀對比

該建筑物為2層木結構徽派住宅，加固改造前有很強烈的古建筑風格，通過加固改造前后房屋外觀及內部的對比，該風格并沒有被破壞，基本上達到了“修舊如舊”的效果。見圖4。

圖4　加固后房屋外觀及內部

6結語

本文通過一個碳纖維布加固木結構建筑物的工程實例，得出以下幾點結論：

1)碳纖維布和木材能很好的共同工作,因此可用于古建筑木結構的加固或新建木結構建筑的增強。

2)當木結構建筑物因年代久遠，需補強維修時，或因其使用荷載增加，但增加幅度不大時，可選用碳纖維布進行加固處理。

3)碳纖維布加固木結構建筑物，對其外觀沒有大的影響，基本上能達到“修舊如舊”的效果。

收稿日期：2015-12-18

作者簡介：華國斌(1980—)，男，浙江杭州人，工程師，從事建筑加固改造工作。

中圖分類號：TU366.2；TU746.3

文獻標志碼：B

文章編號：1008-3707(2016)04-0033-03

Application of the Carbon Fiber Cloth in the Wood Struture Building

HUA Guobin, YU Hui, GUAN Guoqiang