木結構房屋典型變形和損壞問題探討

■ 周 琰 ZHOU Yan

0 引言

20 世紀早期，木結構在上海有較廣泛的應用。上海早期里弄建筑的主要承重構件均為木結構，該類建筑豎向主要由木立帖承重，木結構樓、屋蓋；后期的花園住宅等建筑中，木結構主要用于樓蓋或屋蓋中，該類建筑豎向主要由縱橫磚墻承重。由于建造年代久遠，這些木結構建筑存在蟲蛀受損或老化變形等問題，影響房屋的結構安全或正常使用，需要定期查勘、維護。

1 木結構容易出現的問題

受木材種類、含水率及木構件使用環境等因素影響，木構件容易出現蟲蛀、糟朽、變形等問題。

（1）上海市區白蟻活動比較頻繁，木結構房屋容易出現白蟻蛀蝕現象。特別是當樓屋蓋有吊頂或木柱有裝飾時，難以直觀地看出承重木構件受白蟻蛀蝕的損壞程度。

（2）部分歷史建筑坡屋面無老虎窗或通風口，木樓蓋設有吊頂，木構件采用增大截面法進行加固。在上述通風不暢等情況下，受長期使用環境的影響，木構件容易出現糟朽現象。根據損壞程度，糟朽一般為局部糟朽或木構件內部糟朽。特別是內部糟朽時，構件雖外觀完好，但此時木構件截面受損嚴重，存在嚴重的安全隱患，卻又不容易被發現。在查勘時，需要通過對構件使用環境、房屋建造年代等信息進行綜合分析，選擇合適的檢測手段來判定木構件的完損程度。

由于建筑年代久遠，木材已老化變形，木樓蓋往往存在不同程度的變形問題，導致樓面不平整，對正常使用或結構安全帶來一定影響。在查勘時，首先要明確樓蓋變形的原因，是房屋整體不均勻沉降引起的，還是局部變形引起的；再根據變形原因、變形程度，判斷其對結構安全的影響程度，給出合理的處理建議。

2 工程概況

徐匯區某校舍為一幢3 層磚木結構房屋，建于20 世紀初，2007 年被認定為徐匯區第三批區級文物保護單位。該建筑底層為博物館，二、三層為教室，閣樓為儲藏室，東西各設置一樓梯，其中，東側為鋼筋混凝土樓梯，西側為木結構樓梯；房屋一～三層南側均設有一寬約2 m 的外走廊[1]（圖1）。

圖1 某校舍一層建筑平面示意圖

該建筑為磚木結構，豎向主要由外圍磚墻和內部的木柱承重，承重墻體厚度為一磚或一磚半。其中，一層木柱截面尺寸主要為250 mm×250 mm，二層及三層木柱截面尺寸為195 mm×195 mm。建筑二、三層及閣樓水平承重構件以木梁、木擱柵和木樓板為主，且木擱柵兩端與木柱交接處設有木牛腿。屋架為三角形木屋架，閣樓擱柵擱置于屋架下弦上，圓木檁條；屋面瓦為黏土紅瓦。

因房屋建造年代久遠，2008 年，使用單位發現房屋存在明顯不均勻沉降、滲漏水等問題。2009 年，由專業單位進行了修繕設計和施工，其主要修繕內容有：①地基基礎糾偏加固；②對原木柱采用四周木夾板加固，并對原木梁采用兩側鋼夾板加固；③墻體加固。

3 木構件白蟻蛀蝕

繼上次修繕10 余年后，使用單位發現一層的木墻裙、木柱外包裝飾構件等部位存在較嚴重的白蟻蛀蝕現象；但由于樓蓋設有雙層吊頂等原因，無法直接觀測承重木構件的白蟻蛀蝕情況。考慮到房屋存在大量的承重木構件，且作為博物館和教學樓使用，為確保公共安全，對木樓蓋的白蟻蛀蝕損壞程度和范圍進行了檢測。

外觀檢測結果表明，木樓蓋主要存在如下損壞：①天花吊頂多處滲漏，設備管道多處存在嚴重結露現象，部分木擱柵有受潮痕跡；②樓蓋多處木梁存在白蟻蛀蝕痕跡（圖2），個別木梁裂縫處存在白蟻蟻穴，蟲蛀情況嚴重；③多處木牛腿有明顯白蟻蟻路，且蟲蛀情況嚴重（圖3）；④裝飾木構件存在白蟻痕跡，如木墻裙存在大量白蟻活動痕跡。

圖2 某校舍木梁有白蟻蛀蝕痕跡

圖3 某校舍木牛腿存在蟻路、設備管道結露

根據現場檢測結果，樓蓋設有雙層吊頂，且吊頂內管道有結露現象，導致木構件周邊環境潮濕且通風條件差，是誘發白蟻蛀蝕的主要原因。為了解木構件內部是否存在白蟻現象，并進一步明確白蟻蟻蝕受損程度，根據《木結構現場檢測技術標準》（JGJ/T 488—2020），結合木構件外觀受損檢測結果，有針對性地通過手工敲擊選取典型測點，并采用木材阻抗儀對木構件進行缺陷檢測。阻抗儀鉆入速度均設置為150 cm/min，鉆頭旋轉速度均設置為2 500 r/min，其深入檢測結果如下：①大多數木梁白蟻蛀蝕損壞主要分布在構件表層，個別木梁構件內部存在蛀蝕情況；②木牛腿白蟻蛀蝕損壞普遍較為嚴重，多處構件內部木質有明顯疏松，截面承載力有較大損傷（圖4、5）。

圖4 某校舍典型木梁阻抗曲線示意圖（未見構件內部存在明顯缺陷）

由此可知，對于木結構房屋，當發現有白蟻蛀蝕現象，且木構件所處環境潮濕、通風條件差時，應選擇采用木材阻抗儀法、超聲波法等手段，對木構件內部受損情況進行進一步探測，以明確木構件受白蟻蛀蝕的深度，確定構件承載力降低程度。

4 木構件糟朽

該校舍在2009 年修繕時，曾采用四周設置木夾板的方式，對木柱進行增大截面法加固（圖6）。在木樓蓋檢測時，對木柱的外觀完損情況進行了檢測，除了發現增設的木夾板局部有裂縫外，未見白蟻蛀蝕等損傷。但考慮到加固的木柱為復合受力構件，原有木柱的完好程度對整個木柱的承載力有明顯影響，為此，亦采用木材阻抗儀對木柱的內部缺陷情況進行檢測。

圖5 某校舍典型木牛腿阻抗曲線示意圖（構件內部存在大面積缺陷，表明蛀蝕嚴重）

圖6 某校舍木柱加固截面示意圖

由于檢測時房屋仍在使用中，為減少對房屋的影響，未采用局部打開加固木夾板（或局部擴孔探測），進而檢測原木柱受損程度的破損方法；而是采用木材阻抗儀鉆頭從加固木夾板表面一直向木柱內部鉆動，根據阻抗曲線判斷木構件是否有內部缺陷的非破損方法。

根據阻抗曲線（圖7），在起始10 cm 的鉆頭推進范圍內，木柱外側加固木板阻抗曲線普遍基本連續，未見阻抗曲線有明顯異常；鉆頭深入原有木柱后，阻抗曲線出現明顯異常。上述結果表明，加固用的木夾板及其內部沒有明顯缺陷，但原有木柱存在多處缺陷，且缺陷分布無明顯規律。

圖7 某校舍典型木柱阻抗曲線示意圖

本次檢測無擴孔探測等破損檢測條件，無法區分原有木柱缺陷受損原因；而木材空洞缺陷、木材糟朽及白蟻蛀蝕損壞均可能導致木柱阻抗曲線出現上述異常。調取2008 年的文物建筑勘察報告，檢測報告未提及原有木柱或木梁存在缺陷；且根據當時的檢測照片（圖8），未見木構件有明顯受損。本次檢測時，除個別柱外表有白蟻蛀蝕現象外，未見其它柱存在白蟻現象。綜上，初步判斷原有木柱缺陷為木構件糟朽現象，主要是由于原有木柱被木夾板包裹后導致的不通風等原因造成的。

圖8 某校舍修繕前木柱、木梁檢測照片（2008）

除了上述案例中木柱出現糟朽的情況外，木材糟朽現象常常發生在封閉的坡屋頂等部位，木構件外觀看似完好，但其材質已經發生明顯變化，導致強度降低；或構件內部已出現缺陷，應引起足夠重視。在定期查勘或檢測時，應進行深入探測，避免木構件出現明顯的糟朽現象。

5 木樓蓋變形

木樓蓋的變形主要表現為以下幾個方面：①房屋整體不均勻沉降導致上部結構整體傾斜，從而使不同樓層、不同區域的樓面產生相同的高差規律；②個別木立帖或大梁受損，導致部分區域的木樓蓋變形；③木擱柵或木地板等木構件老化、變形，使得樓面出現局部不均勻高差現象。

在使用過程中，若發現樓面有相對高差，應在查勘或檢測時，對房屋上部結構的傾斜情況及樓面相對高差情況進行全面測量，明確樓面出現相對高差的原因。當房屋出現整體傾斜，且樓面相對高差與上部結構傾斜規律相同時，應根據房屋變形發展情況（沉降是否穩定）及上部結構傾斜率，選擇是否對地基基礎進行加固糾偏。對于房屋整體無明顯傾斜規律情況下，若木樓蓋局部變形，應首先查明相關樓面木構件或豎向承重構件的完好情況，并根據樓蓋局部變形的程度，對癥修繕處理。

5.1 房屋整體變形

上述校舍在2008 年勘察檢測時，發現樓面存在明顯的南高北低相對高差現象（圖9、10）。因此，對上部結構傾斜情況進行了測量，發現房屋整體向東、向北傾斜，其中向北傾斜率較大，最大傾斜率18.70‰。樓面相對高差測量結果與上部結構傾斜規律一致，表明樓面相對高差情況是房屋整體不均勻沉降造成的。由于傾斜率較大，在2009 年修繕時對房屋進行了地基基礎加固糾偏，解決地基承載力不足及樓面相對高差問題。

圖9 某校舍修繕前二層樓面相對高差測量結果示意圖（2008）

5.2 木樓蓋局部變形

某聯接式里弄住宅位于上海市徐匯區，為一幢3 層磚木結構房屋，建造于上世紀20—30 年代。房屋豎向主要由橫墻或木立帖承重，木結構樓、屋蓋。該幢房屋中間某戶二層樓面出現明顯的相對高差現象[2]。

該戶一層北側原為廚房，中部為樓梯間，南側為客堂間；二層樓梯間北側為亭子間，南側為臥室［圖11（1）］。經現場踏勘，其二層南間西南角木樓蓋存在局部下沉、變形現象；南間西墻南段存在明顯的下沉、傾斜現象，頂角線折斷，填充墻局部下移45 mm［圖11（2）］。

對房屋整體變形情況進行測量，未見其存在明顯的傾斜現象。采用DSZ2 型精密水準儀對二層南間樓面相對高差進行測量，結果表明，二層南間樓面東北角高、西南角低，樓面最大傾斜率為26.6‰［圖11（3）］。

圖10 某校舍修繕前三層樓面相對高差測量結果示意圖（2008）

圖11 某里弄住宅中間戶二層檢測情況

綜合分析上述完損檢測結果和變形測量結果，二層南間墻體南段存在下沉現象，填充墻體本身與木立帖構架脫開，導致二層南間樓面出現局部下沉、變形損壞。上述樓蓋變形為局部變形，建議在墻體修繕施工時，首先對該區域的樓蓋木擱柵及木立帖進深大料進行進一步檢查，對損壞的木構件采取更換、加固等方式進行處理，然后再對樓面進行修繕。

6 結語

綜上所述，木構件老建筑容易出現的蟲蛀、糟朽、變形等問題，可能影響房屋的結構安全或正常使用，需要定期查勘、維護。

（1）對于存在白蟻蟻害的木結構房屋，應定期對木結構的蛀蝕受損情況進行查勘。當木構件所處環境潮濕、通風條件差時，除外觀檢查外，還應采用木材阻抗儀法、超聲波法等手段，對木構件內部受損情況進行進一步檢測，以明確木構件內部受損程度。

（2）部分木構件位于封閉的吊頂或坡屋頂內部，無通風條件、空氣悶熱，或部分構件采用增大截面法進行加固。若長期處于上述環境中，木構件容易出現糟朽損壞，即使其外觀完好，但其表面甚至內部的木材材質已經發生明顯變化，強度降低。在定期查勘或檢測時，應引起足夠重視，采取合理手段，查明木構件是表面局部糟朽還是內部糟朽，明確其損壞程度。

（3）受房屋整體性較差、木材老化變形等因素影響，木樓蓋容易產生樓面相對高差問題，在查勘或檢測時，應對房屋的上部結構傾斜情況、樓面相對高差情況進行全面測量，明確樓面出現相對高差的原因。由房屋整體不均勻沉降導致樓面產生相對高差問題時，應根據房屋變形發展情況、上部結構傾斜率，選擇是否對地基基礎進行加固糾偏；對于木樓蓋的局部變形，應首先查明相關樓面木構件或豎向承重構件的完好情況，并根據樓蓋局部變形的程度，對癥進行修繕。