淺論藏式古建木結構構造及加固措施

張 曉

（西藏民族大學信息工程學院， 陜西 咸陽 712082）

1 構造特點與傳力機理：

藏式古建筑以其形式多樣的色彩、或濃或淡的手筆以及豐富深厚的文化底蘊與我國的高海拔地區的藍天白云、廣袤雄渾形成了濃烈而又神秘的融合。藏式古建筑主要以白、黑、赭紅、金黃四種顏色呈現，外觀裝飾華麗[1]。藏式古建能夠將石材與木材完美結合。藏式古建木結構講究做工精湛、色彩艷麗，以中國傳統的紅色為底蘊，其上配有或雕刻或鏤空的各色圖案，顏色搭配豐富，反映出我國優秀的藏族文化特征。藏式古建筑形式最大的特點在于外墻收分，由多個單體結構構成一個結構單元，平面內多采用上下貫通的“井”式墻體。藏式建筑基礎較淺并采用石材加固（如布達拉宮采用地壟形式）。古建筑木結構的豎向承重體系由西藏地區力學性能較好的藏青木柱所構成，梁柱采用雀替（由墊木和弓木組成，如圖1）連接，可以減小實際受力過程中節點的局部破壞。同時，對于多層建筑，如圖2，木柱并非是從上而下直線貫通，每層柱下設有石材基礎（柱礎）承重，當首層建筑施工完畢后，在其樓蓋上對應位置設置二層柱礎，并逐步進行二層柱子和墻體的施工。樓蓋部分為土泥結合的形式。首先在豎向承重構件的上面密鋪圓木或半圓木，接著為碎石和卵石密鋪，起到透氣的效果，第三道鋪筑泥制墊層，最后用較厚的阿嘎土密封屋頂并通過瓦材做裝飾。整個木結構傳力明確，線路清晰。

圖1：藏式古建木結構梁柱節點構造簡圖

2 梁柱節點受力特征

2.1 豎向作用下的傳力機理及破壞特征

藏式古建木結構的受力性能主要取決于梁柱節點的性能。梁柱節點采用暗銷連接，在建筑物使用的過程中，木梁將本層樓蓋及其上部荷載傳給下部構件，是典型的上部受壓下部受拉構件。弓木沿順紋方向受彎，根據構件長度的不同，分為上部受拉或者下部受拉[2]。墊木多為上部受拉，櫨斗為橫紋承壓構件，柱為順紋承壓構件[3]，暗銷在整個木結構受力的過程中起到承壓和抵抗剪力的作用。

梁柱節點在整個受力的過程中，隨著作用的增加、時間的變化和材料的老齡化，各木材構件會產生干縮裂縫，暗銷漸漸松動，各受彎構件會產生明顯變形，且部分表面局部受力處會因風化或較大應力產生破裂，當受力過大時，墊木甚至會嵌入櫨斗之內，櫨斗發生劈裂破壞。當梁柱節點處平面內出現偏心時，節點處將發生轉動，且節點處的轉動剛度與弓木與墊木的長度正向相關，弓木和墊木內暗銷的受剪變形較大。

2.2 動荷載作用下的性能特征

藏式古建筑木結構在動荷載作用下受力較為復雜。楊娜研究發現：梁柱節點在反復循環荷載作用下的滯回曲線呈“捏縮”形狀，木節點的彈性較好，骨架曲線成 S型，在受力過程中產生了大的變形，結構的剛度隨著荷載的增加而下降，具有良好的耗能能力。由此看來藏式古建筑木結構在抗震中不僅可以產生較小的慣性力，同時還可以通過柔性化的梁柱減小整體結構的剛度，增大了結構的耗能。

3 加固改造思路

藏式古建筑木結構在使用的過程中不僅要做好材料本身的防腐防蟲蛀的保護措施，同時也要保持建筑造型和民族文化特色。對于持久荷載下的舊藏式建筑木結構可能存在已下問題：1）非受力引起的干縮裂縫；2）構件和節點承載力不足產生的裂縫；3）變形過大。

對于干縮裂縫，一部分是由于非受力作用引起的，可以通過定期涂刷油漆或外表材料（前提是不破壞藝術性和使用性能）來進行改善；例如，木柱柱身的貫通裂縫可以采用鐵箍或嵌入銀錠來加固。

另一部分是由于承載力不足所引起的。①對于梁來言：中和軸附近的縱向裂縫是由于梁截面剪應力超過了截面抗剪承載力所致，梁立面上多條平行裂縫是由于兩端產生相對位移所致，梁底出現直裂縫可能是暗銷處沿Z向的拉應力所致，梁端處或構件的交接處由于局部應力過大產生裂縫。②對于弓木和墊木，由于變截面處的剪應力過大，可能會產生水平裂縫，沿厚度方向的壓力分布不均勻，可能會導致底部的裂縫；同時由于荷載的不均勻和初始缺陷，可能會出現雀替歪閃的現象。③對于木柱：櫨斗處在變截面處，局部壓應力過大會產生微裂縫甚至是劈裂等現象。柱腳處在柱礎之內，由于濕度的增加會加大了受潮污損的可能性，加之柱身的扭轉增大了柱腳與柱礎的摩擦力，嚴重時導致柱身的失穩。對于承載力不足引起的破壞可以通過外包纖維布或木材、設置加勁肋、外包鋼板等方法進行加固。采用木材設置加勁肋的方式對構件的外觀整體影響較大，對于次要的古建筑木結構可以采用；外包碳纖維布對梁柱構件可以從抗彎抗剪的應力應變和撓度上得到一定的改善，根據不同的破壞性能采取不同的粘貼方式，可以更加靈活方便地改善舊古建筑木結構的受力性能。

當結構產生過大的變形時，不僅單一構件的力學性能有所下降，對于整個結構來說可能破壞了協調關系，出現過多的局部集中應力等現象。例如，①隨著荷載的增加，墊木可能會產生優先于結構整體破壞的剪切變形；②木柱的扭曲和雀替的歪閃。因此，當結構的變形過大時，要定期的檢測結構構件的剛度退化情況，在不影響適用性能的前提下增加約束數量。通過外包鋼板的方法可以減小梁跨中撓度約20%-30%，改變整個結構的應力分布，是結構的受力變形處在一個新的、更加安全合理的狀態。

4 小結

現階段研究表明：藏式古建木結構不僅是珍貴絢麗，底蘊豐富、文化厚重的藝術品，同時結構的變形性能較好，傳力方式較為合理。由于舊古建木結構隨著時間和使用環境的共同作用出現了不同損傷，因此，“如何在不破壞藝術性的基礎上保證它的安全可靠性”這一問題成為國內很多學者關注的焦點。大量的真型與仿真實驗關于藏式古建木結構的加固研究主要集中在“如何提高單個構件的撓度變形”、“如何用新型的材料提高整個結構的力學及變形性能”等。但是存在以下幾個方面可能需要更多的學者關注，如不同種木材料（如藏青楊、樟子松）結構采用不同的加固方式對應的二次破壞特征有何區別、柱體與柱礎的施工方法方式對柱體破壞情況和結構整體變形的有何影響、人群荷載對木結構靜力和動力性能有何影響等等。總體來說，對于藏式古建木結構，研究比較成熟，但其作為具有文化意義、民族特色建筑藝術品應該受到更多的保護和更加深入的研究。

[1]邊巴，李文博. 談尼洋河風光帶藏式建筑裝飾[J].山西建筑，2014，40（3）：224-225.

[2]楊娜，閆會春. 典型藏式古建木構梁柱連接傳力機理分析[J]. 北京交通大學學報，2012，36（4）：76-81.

[3]楊娜. 藏式古建木構梁柱連接力學性能試驗研究及有限元分析[D]. 北京交通大學，2011.