古建筑木結構加固與保護

宋剛

在經濟全球化背景下，對古建筑的保護屬于重要的任務，也是關鍵的工程。木材由于自身易加工、耐折彎、抗壓性強等優勢，在我國古代建筑中得到了廣泛的應用。但是木材結構極易發生老化，一旦受到外力的破壞，將會導致其產生變形、開裂等。必須要綜合考慮加固手段的選擇，在不損傷建筑原體的基礎上，開展加固處理工作。

木結構加固時的注意要點

首先，分析原因，針對加固。在對古代建筑木結構桿件進行維修、加固的工藝操作過程中，需要充分地對木結構桿件的承載力進行分析，在開始進行木結構加固操作之前，還需要針對木結構的各種桿件和節點進行承重性檢測。木結構在使用中所存在的安全問題也不一定是由于受到自身條件等因素的干擾，還可能是受到了環境干擾。雖說這些問題并不清晰與明顯，但是若存在于建筑的關鍵承載部位，隨著使用時間的推移，將會產生嚴重的后果，其加固十分的關鍵。一旦建筑木結構出現問題，要及時地結合其原因針對木結構所存在的危險和安全隱患情況進行分析，根據木結構實際情況選擇合理的加固方案。

其次，明確目標、主次分明。在對木結構中可能存在的安全性問題和缺陷進行有效的分析之后，在研究制訂一個加固、維修方案的過程中，就需要更好地加強我們對于木結構中各個關鍵部件的考量，按照其中的主次分明順序來對其進行整體的修復、加固，詳見下圖1。

古建筑修復要遵循國家頒布的古建筑修建工程質量標準進行，并及時地對檢驗評定標準進行貫徹。

化學加固的木構件其建筑結構受到材料性質的影響，在長期潮濕的環境之下極易出現腐爛的現象，甚至可見明顯的木材內部被昆蟲啃食狀況，會導致木材中空。一般情況下，若木材腐爛比較嚴重，在加固期間需要先將腐爛的地方去除掉，選擇不飽和聚樹脂或者是其他的化學藥劑進行加固。針對昆蟲啃食且不易修復的狀況，要借助超聲波等現代化的精密儀器設備，實施木材的化學加固。實施化學修復之后，木材外觀與原材料無太大的差別，但抗腐蝕性較強，可將木結構的壽命提升。隨著科學技術的迅速發展，在進行加固階段，化學材料應用比較常見。利用電子超聲波等一些比較現代化、精密化的設備技術來對其本身進行不同程度的各種化學傷害補救和物理加固。經過多次使用化學材料改造以及修復而后形成的這種木質結構建筑材料雖然在外觀上和其他原材料的性質差異也并不多，但是卻仍然能夠具有更高的耐熱和超強防水和耐腐蝕性，這樣我們才能有效率地提升其在我國現代古建筑物中原木結構的性價比，延長使用壽命。隨著目前我國先進現代科學工程技術的不斷迅猛發展，在我們日常進行各種木結構主體加固的操作過程中，使用這種新型化學材料加固來對其主體進行結構加固已非常常見了，因為這種新型化學材料的加固使用相對于方便，因此這種木結構加固得到了廣泛的實際加固應用，詳見下圖2。

木結構修復中應用碳纖維增強材料（Carbon fiber reinforced materials in wood structure restoration，簡稱CFRP）。在開展修復期間，由于其結構彈性模型較低，極易出現變形。在加固期間，要選擇復合性較強的材料，并結合使用木材，建設新的結構材料，確保建筑的荷載滿足相關標準。CFRP化學性能相比普通的材料，抗拉力性能較強，具備顯著的膨脹系數優點與強度高優點。

及時對古建筑進行維修。當裂縫屬于受力裂縫或者是為傾斜裂縫等， 必須要對裂縫的強度進行計算，并結合實際情況，選擇加固或者是更換。針對梁、枋上的橫向構件，由于受力不同，其抗彎作用與抗剪作用也不相同。針對這類構建，若存在輕微裂縫，要使用鐵箍適當地對其加固。若是較寬的裂縫，在嵌補的同時，要增加鐵箍，若構建的裂縫較長，或者是腐朽不嚴重，可朝內澆筑環氧樹脂，接著使用鐵箍，進行加固。若是構建的裂縫寬度超過限定值，需要對構件的承載力進行驗算，確保受力要求符合，選擇嵌補法。針對受力要求不符合的，選擇補強法。在對木結構物體進行修補和加固時，由于木結構物體的彈性模量不是非常高，容易導致其變形或者受到嚴重影響，在對其物體進行修補和加固的同時，可以選擇復合性較強的原材料或者是木質物體。

比如：將木質建筑材料與碳纖維增強材料結合應用， 將木結構性能改善，以此保障木結構的質量，現該材料已被廣泛應用于古代建筑防水及修復工程。在碳纖維材料內，最為主要的材料類型為碳纖維片材、配套的浸漬劑橡膠，可直接將兩者混合使用，形成專門的碳纖維復合材料。耐磨性較強的碳纖維片材，可將系統作用增強，避免結構老化，要加強裂縫的處理，注重裂縫的修補，加固木結構，詳見圖3。

這類材料在其施工階段，操作流程主要包括：首先，需要對被人員修復、加固的塑料或者木材材料的表面等部位進行清洗，這樣的操作主要目的是為了方便人員涂刷其基底層樹脂，接著在表面上均勻地黏貼上少許的碳纖維布料，將其中儲存的氣泡全部擠出，并對其進行一次按壓，確保碳纖維布料黏附物的密實性，確保加固質量。

連續玄武巖纖維（CBF）應用。對修復的程序而言，其流程與手機貼膜基本相似，大致包含有3個環節：首先，在古建筑木結構表面進行全面清理，將雜質全部清除掉。使用纖維布包裹修復區域，將氣泡全部擠出，避免雜質進入其中。最終為確保纖維布表面的合理性，要適當地涂抹纖維布，延長纖維布的使用年限。除此之外，在木結構使用期間，要使用玄武巖纖維布加固，其粘貼方式主要包括連續粘貼與分段粘貼。按照側應作用方式的差異，劃分為主動與被動加固方案兩種。前者指的是在木結構內套設纖維布。后者指的是在木結構內直接使用纖維布連續粘貼，持續纏繞，在中間縫隙內注入BFS溶液，側面施加壓力，以此實現加固，見下圖5。

所以，在進行木結構材料加固期間，與建筑物修補期間，為實現木建筑結構力學性能的確保，需要不斷地將結構材料的壽命延長，實現整體質量的提升。在開展加固操作期間，要結合建筑物的特征，要結合實際的情況，就存在的問題歸納分析，深入剖析，選擇合適的加固材料，運用最佳的加固方式。

作者單位：秦始皇帝陵博物院