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摘 要：我国五千年文明史源远流长，在历史发展过程中涌现出了诸如陶瓷、丝绸、茶叶等独具特色的文化，古建筑木结构同样如此。对古建筑木结构的研究不仅能增强对各朝代经济文化的了解，更能在讨论古建筑木结构持久性和可靠性的基础上指导现代建筑的进一步发展。在此背景下，文章从古建筑木结构抗震性和材料利用等特点出发，重点讨论了古建筑木结构诸如整体加固、构件加固和新技术加固等多样化的加固方法，旨在为进一步强化对我国古建筑木结构的认知程度和提升古建筑木结构对现代建筑的指导意义带来更多的思考和启迪。
关键词：古建筑;木结构加固;性能研究
众所周知，中国古建筑大多为木结构形式，它们凭借卯、榫等独特零部件和特殊的受力性能承受住了数千年的风雨霜雪，留下了诸如五台山佛光寺、西安大雁塔、山西释迦塔等独具特色的木结构古建筑群，为了解历史文化提供了宝贵的资料。然而随着时间的推移，此类木结构古建筑群由于自然环境的侵蚀、本身材料的腐朽等多样化原因出现了安全性和可靠性大幅度降低的情况。因此，如何在保证古建筑木结构重要性质不变的基础上对其进行一定程度的加固和有关性能的研究是当代有关学者必须认真思考并付诸实践的重大议题。
1 古建筑木结构的结构特点
1.1 木材为主要建筑材料
众所周知，木材是我国古建筑结构中用途最广泛、用量最多的天然原材料之一，其作为古建筑结构弹性骨架的关键材料，构成的建筑机构在极大程度上具有良好的弹性和安全性。同时，由于我国古建筑结构的墙壁大多为非承重墙，随之而来的古建筑物便具备了独一无二的木结构形式，并在此基础上增强了其灵活性和可靠性，不仅在极大程度上满足了当时人们对建筑物的性能需求，更在一定程度上丰富了建筑物的风格样式等，为木结构中飞椽、翼角和欧尾等独特结构形式的出现奠定了一定的基础。此外，古建筑木结构体系中的核心技术即为榫卯结构，它的出现更大幅度提升了木结构建筑物的柔性特征，为古建筑物的保存及加固等打下了坚实的基础。
1.2 显著的抗震性能
通常情况下，我国木结构古建筑物在其梁柱节点等重要部位都应用了雀替、榫卯结构等特殊的工艺技巧以增强其连接的可靠性、灵活性和安全性等。此类柔性结构的工艺技巧也在极大程度上区别于当代社会的钢筋混凝土结构、钢结构等刚性结构，在建筑物的抗震性和灵活性方面有独特优势，为建筑物的长时间保存做出了一定的贡献。榫卯连接结构示意图如图1所示[1]。此外，传统木结构古建筑中大多利用梁、柱、檩、枋、斗拱等大型木结构形式以构成建筑物框架，以此承担来自屋顶、楼面等的自重荷载和来自大自然的风雨雪等附加荷载，此类结构形式最大程度上赋予了建筑物的灵活性和抗震性，为木结构古建筑的长久保存奠定了重要的基础。
2 古建筑木结构的加固方法
2.1 整体加固
一般而言，古建筑木结构整体加固的方法主要分为以下三大类：一是落架大修，也就是在全部或部分拆除落木结构框架的基础上，对建筑物木结构的破损构件或部件的破损点等进行一定的修整甚至更换等，从而在进一步安装有关部件的同时对建筑物木结构进行整体加固的方法。在此修缮过程中，有关工作人员应先根据建筑物的整体情况制订相应的拆除方案，并根据有关方案拆除瓦顶、落望板、椽、檩和梁等部件，并在此基础上进一步对破损部件进行维修和替换等。而在拆除古建筑部件的过程中，施工人员不仅应利用有关措施预防榫头的断裂和折断等，更应采取一定的保护措施防止木结构建筑物上的图案彩绘等的脱落，为还原古建筑物打下坚实的基础。此方法大多应用于梁、檩等大构件发生严重的弯曲、腐朽和断裂等情况而必须更换的建筑物。二是打牮拨正法，该方法是在不拆除古建筑物整体结构框架的基础上充分利用力的转换使倾斜、扭曲的构件恢复原位，并进一步对建筑物破损部分进行加固的方法。在此过程中，有关施工人员应先揭除瓦顶、落望板和部分椽结构等，并在拆除已有加固铁件和清理榫卯缝隙的基础上对破损严重的檩、梁和科斗等进行一定的复位。此类方法适用于古建筑物外部结构大体完好而仅需更换部分构件的维修工程。三是整体抬升法[2]。该方法是针对原有房屋结构室内外高度差不能满足现代使用需求，在不揭除瓦顶等建筑物大框架的基础上直接对建筑物木结构进行水平切割、整体抬升、修缮和加固的方法，适用于建筑物构架变形较小、构件位移较小的房建工程。在具体施工过程中，相关工作人员先在房屋结构柱上施工，然后在柱梁结构旁边适宜位置安装相应的液压千斤顶系统，在利用相关机械设备对房屋结构柱进行切割分离的基础上采取人工开凿的方式分离墙柱结构，最后通过液压千斤顶系统控制相应的千斤顶，借助节点托换方法向上顶升房屋整体结构。在房屋结构顶升到相应设计标高时，利用特殊试剂对新老结构进行高质量连接，保证房屋结构在整体顶升后符合使用标准。最后，工作人员拆除相应的顶升设备并对房屋结构进行一定装饰。
2.2 构件加固
古建筑木结构加固过程中可采用以下几种方法对房屋构件进行加固：一是嵌补加固法。通常情况下，古建筑中的木柱等结构往往会由于干缩产生一定的裂缝，当裂缝深度不超过柱子半径或该部件截面尺寸的1/3时，可采取嵌补的方法进行加固修整。在此过程中，若裂缝宽度较小，则可利用涂刷、油饰等方式进行一定的勾抹等;而當裂缝较大时，则可利用木条和胶粘剂等进行嵌补，当裂缝大于30毫米时，则需在嵌补的木条等构件中加上铁箍等，进一步提升其稳定性和安全性。同时，若梁柱等部件的开裂段较长时，修补人员可进一步将铁箍等嵌入柱内以保证其稳固性。二是墩接加固法[3]。该方法主要适用于柱角腐朽严重且柱底向上破损长度未超过柱高1/4的古建筑物。在古建筑木结构的墩接过程中，可依据有关部件的腐朽程度、具体腐朽部位和预备墩接材料等的不同进一步将其分为木料墩接、钢筋混凝土墩接和石料墩接三大类别。木料墩接通常利用巴掌榫、抄手榫等独特样式。在对建筑物木结构进行墩接施工时，必须严格控制墩接榫头的精确对位。钢筋混凝土墩接仅能应用于墙内的暗柱，并且柱子的高度、宽度和半径等都有严格的标准。三是偷梁换柱法。偷梁换柱主要指工作人员在对建筑工程进行大修时，在不改变房屋建筑整体架构的基础上更换大梁和柱子的重要房屋修缮方法。通常而言，偷梁换柱的方法主要有两种：一种是利用牮杆支顶和连接柱子的各种构件，在卸掉柱子荷载的基础上通过挖槽的方式取出柱基石，进而将新的柱子安上;另一种方法是利用牮杆将柱头周围的有关构件抬起，在不移动柱基石的基础上减少柱子底部的压力，从而露出管脚榫以便工作人员用新柱替换旧柱，达到有效更换古建筑木结构受损部位的目的。四是修整加固法。该方法是在不揭除瓦顶、横梁等建筑结构大框架的基础上直接对建筑物的某一部分木结构进行整体修缮和加固。一般而言，该方法适用于建筑物木构架变形较小、构件位移较小的工程。 2.3 新技术加固
随着我国经济社会的快速发展和科技水平的进一步提升，越来越多可用于古建筑木结构加固的新技术涌现，提升加固效率的同时也优化了古建筑木结构的加固效果。首先是FRP技术。该技术是利用高强度的纤维和某些化学树脂基体进行一定的结合而制成的新型材料，具有强度重量比高、易于加工、耐腐蚀性良好和方便快捷等优势。通常根据添加的增强材料的不同可将其进一步细分为玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料和芳纶纤维复合材料等。其中，碳纤维复合材料较普通材料具有更强的抗拉性能，且其在模量、膨胀系数以及比强度等方面都具有一定的优势。因此，在房屋建筑木结构的加固过程中，相关工作人员可使用碳纤维复合材料和相应木质材料进行有机结合，从而产生新的木结构材料，以有效保证古建筑木结构的承载能力达到相应荷载标准。此外，FRP技术在古建筑木结构加固中的应用主要体现在抗剪加固和抗压加固两大方面[4]。就抗压加固而言，可进一步利用玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料横向围绕在柱结构古建筑周围，借此提升木柱的抗压承载力。而利用玻璃纤维复合材料进一步加固桥梁工程的木桩时，可在木桩结构性能严重恶化的情形下进一步提升木桩的极限承载力等性能。其次是预应力加固技术。该方法是在建筑物构件承受有关荷载前，预先对其施加一定的压应力以抵消构件在承受外部荷载后产生的拉应力，从而增强构件的承载力和刚度，并对构件的结构振动和弹性变形等进行一定的遏制。采用预应力技术对古建筑木结构进行一定的加固时，可利用碳纤维布等材料在木梁受拉区产生的拉应力使木梁整体结构具备相应的预应力，进而提升木结构的承载力、刚度和强度等。图2即为碳纤维布的示意图。最后是纳米材料加固技术。该方法主要是利用碳纳米管树脂对古建筑木结构有关腐烂、虫蛀部位和重要节点等进行一定的修缮。维修人员在利用此方法修缮古建筑时，可将碳纳米管树脂均匀涂抹于木结构表面，从而有效提升木料的抗弯能力和承載力。
3 结语
总之，古建筑木结构历经千年沧桑而屹立不倒，不管是从其对历史研究和科学研究的重要性而言，还是从古建筑木结构作为先祖留给后人的宝贵财富的纪念意义而言，它的存在都有不容忽视的重要价值。因此，加强对古建筑木结构有关性能的深入研究，并在此基础上进一步对某些破损的木结构古建筑进行一定程度的修缮，最大程度上将其完整地保存，不仅能对我国有关时期的历史研究、文化研究和科学研究做出一定的贡献，更能为现代建筑结构的优化带来一定的价值。
参考文献
[1]杨茹元，孙友富，张晓凤，等.木结构古建筑加固技术的应用及进展[J].林产工业，2018（6）：3-7.
[2]王耀国，郭小东，苏经宇，等.残损对木结构古建筑的影响及加固方法[J].低温建筑技术，2015（6）：40-42.
[3]赵鸿铁，张风亮，薛建阳，等.古建筑木结构的结构性能研究综述[J].建筑结构学报，2012（8）：1-10.
[4]周乾，闫维明，李振宝，等.古建筑木结构加固方法研究[J].工程抗震与加固改造，2009（1）：84-90.
【作者简介】乔勇（1986—），男，甘肃灵台人，工程师，从事文物修缮行业十年，擅长古建筑维修保护、石窟和石刻保护、土遗址保护修缮。
关键词：古建筑;木结构加固;性能研究
众所周知，中国古建筑大多为木结构形式，它们凭借卯、榫等独特零部件和特殊的受力性能承受住了数千年的风雨霜雪，留下了诸如五台山佛光寺、西安大雁塔、山西释迦塔等独具特色的木结构古建筑群，为了解历史文化提供了宝贵的资料。然而随着时间的推移，此类木结构古建筑群由于自然环境的侵蚀、本身材料的腐朽等多样化原因出现了安全性和可靠性大幅度降低的情况。因此，如何在保证古建筑木结构重要性质不变的基础上对其进行一定程度的加固和有关性能的研究是当代有关学者必须认真思考并付诸实践的重大议题。
1 古建筑木结构的结构特点
1.1 木材为主要建筑材料
众所周知，木材是我国古建筑结构中用途最广泛、用量最多的天然原材料之一，其作为古建筑结构弹性骨架的关键材料，构成的建筑机构在极大程度上具有良好的弹性和安全性。同时，由于我国古建筑结构的墙壁大多为非承重墙，随之而来的古建筑物便具备了独一无二的木结构形式，并在此基础上增强了其灵活性和可靠性，不仅在极大程度上满足了当时人们对建筑物的性能需求，更在一定程度上丰富了建筑物的风格样式等，为木结构中飞椽、翼角和欧尾等独特结构形式的出现奠定了一定的基础。此外，古建筑木结构体系中的核心技术即为榫卯结构，它的出现更大幅度提升了木结构建筑物的柔性特征，为古建筑物的保存及加固等打下了坚实的基础。
1.2 显著的抗震性能
通常情况下，我国木结构古建筑物在其梁柱节点等重要部位都应用了雀替、榫卯结构等特殊的工艺技巧以增强其连接的可靠性、灵活性和安全性等。此类柔性结构的工艺技巧也在极大程度上区别于当代社会的钢筋混凝土结构、钢结构等刚性结构，在建筑物的抗震性和灵活性方面有独特优势，为建筑物的长时间保存做出了一定的贡献。榫卯连接结构示意图如图1所示[1]。此外，传统木结构古建筑中大多利用梁、柱、檩、枋、斗拱等大型木结构形式以构成建筑物框架，以此承担来自屋顶、楼面等的自重荷载和来自大自然的风雨雪等附加荷载，此类结构形式最大程度上赋予了建筑物的灵活性和抗震性，为木结构古建筑的长久保存奠定了重要的基础。
2 古建筑木结构的加固方法
2.1 整体加固
一般而言，古建筑木结构整体加固的方法主要分为以下三大类：一是落架大修，也就是在全部或部分拆除落木结构框架的基础上，对建筑物木结构的破损构件或部件的破损点等进行一定的修整甚至更换等，从而在进一步安装有关部件的同时对建筑物木结构进行整体加固的方法。在此修缮过程中，有关工作人员应先根据建筑物的整体情况制订相应的拆除方案，并根据有关方案拆除瓦顶、落望板、椽、檩和梁等部件，并在此基础上进一步对破损部件进行维修和替换等。而在拆除古建筑部件的过程中，施工人员不仅应利用有关措施预防榫头的断裂和折断等，更应采取一定的保护措施防止木结构建筑物上的图案彩绘等的脱落，为还原古建筑物打下坚实的基础。此方法大多应用于梁、檩等大构件发生严重的弯曲、腐朽和断裂等情况而必须更换的建筑物。二是打牮拨正法，该方法是在不拆除古建筑物整体结构框架的基础上充分利用力的转换使倾斜、扭曲的构件恢复原位，并进一步对建筑物破损部分进行加固的方法。在此过程中，有关施工人员应先揭除瓦顶、落望板和部分椽结构等，并在拆除已有加固铁件和清理榫卯缝隙的基础上对破损严重的檩、梁和科斗等进行一定的复位。此类方法适用于古建筑物外部结构大体完好而仅需更换部分构件的维修工程。三是整体抬升法[2]。该方法是针对原有房屋结构室内外高度差不能满足现代使用需求，在不揭除瓦顶等建筑物大框架的基础上直接对建筑物木结构进行水平切割、整体抬升、修缮和加固的方法，适用于建筑物构架变形较小、构件位移较小的房建工程。在具体施工过程中，相关工作人员先在房屋结构柱上施工，然后在柱梁结构旁边适宜位置安装相应的液压千斤顶系统，在利用相关机械设备对房屋结构柱进行切割分离的基础上采取人工开凿的方式分离墙柱结构，最后通过液压千斤顶系统控制相应的千斤顶，借助节点托换方法向上顶升房屋整体结构。在房屋结构顶升到相应设计标高时，利用特殊试剂对新老结构进行高质量连接，保证房屋结构在整体顶升后符合使用标准。最后，工作人员拆除相应的顶升设备并对房屋结构进行一定装饰。
2.2 构件加固
古建筑木结构加固过程中可采用以下几种方法对房屋构件进行加固：一是嵌补加固法。通常情况下，古建筑中的木柱等结构往往会由于干缩产生一定的裂缝，当裂缝深度不超过柱子半径或该部件截面尺寸的1/3时，可采取嵌补的方法进行加固修整。在此过程中，若裂缝宽度较小，则可利用涂刷、油饰等方式进行一定的勾抹等;而當裂缝较大时，则可利用木条和胶粘剂等进行嵌补，当裂缝大于30毫米时，则需在嵌补的木条等构件中加上铁箍等，进一步提升其稳定性和安全性。同时，若梁柱等部件的开裂段较长时，修补人员可进一步将铁箍等嵌入柱内以保证其稳固性。二是墩接加固法[3]。该方法主要适用于柱角腐朽严重且柱底向上破损长度未超过柱高1/4的古建筑物。在古建筑木结构的墩接过程中，可依据有关部件的腐朽程度、具体腐朽部位和预备墩接材料等的不同进一步将其分为木料墩接、钢筋混凝土墩接和石料墩接三大类别。木料墩接通常利用巴掌榫、抄手榫等独特样式。在对建筑物木结构进行墩接施工时，必须严格控制墩接榫头的精确对位。钢筋混凝土墩接仅能应用于墙内的暗柱，并且柱子的高度、宽度和半径等都有严格的标准。三是偷梁换柱法。偷梁换柱主要指工作人员在对建筑工程进行大修时，在不改变房屋建筑整体架构的基础上更换大梁和柱子的重要房屋修缮方法。通常而言，偷梁换柱的方法主要有两种：一种是利用牮杆支顶和连接柱子的各种构件，在卸掉柱子荷载的基础上通过挖槽的方式取出柱基石，进而将新的柱子安上;另一种方法是利用牮杆将柱头周围的有关构件抬起，在不移动柱基石的基础上减少柱子底部的压力，从而露出管脚榫以便工作人员用新柱替换旧柱，达到有效更换古建筑木结构受损部位的目的。四是修整加固法。该方法是在不揭除瓦顶、横梁等建筑结构大框架的基础上直接对建筑物的某一部分木结构进行整体修缮和加固。一般而言，该方法适用于建筑物木构架变形较小、构件位移较小的工程。 2.3 新技术加固
随着我国经济社会的快速发展和科技水平的进一步提升，越来越多可用于古建筑木结构加固的新技术涌现，提升加固效率的同时也优化了古建筑木结构的加固效果。首先是FRP技术。该技术是利用高强度的纤维和某些化学树脂基体进行一定的结合而制成的新型材料，具有强度重量比高、易于加工、耐腐蚀性良好和方便快捷等优势。通常根据添加的增强材料的不同可将其进一步细分为玻璃纤维复合材料、碳纤维复合材料和芳纶纤维复合材料等。其中，碳纤维复合材料较普通材料具有更强的抗拉性能，且其在模量、膨胀系数以及比强度等方面都具有一定的优势。因此，在房屋建筑木结构的加固过程中，相关工作人员可使用碳纤维复合材料和相应木质材料进行有机结合，从而产生新的木结构材料，以有效保证古建筑木结构的承载能力达到相应荷载标准。此外，FRP技术在古建筑木结构加固中的应用主要体现在抗剪加固和抗压加固两大方面[4]。就抗压加固而言，可进一步利用玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料横向围绕在柱结构古建筑周围，借此提升木柱的抗压承载力。而利用玻璃纤维复合材料进一步加固桥梁工程的木桩时，可在木桩结构性能严重恶化的情形下进一步提升木桩的极限承载力等性能。其次是预应力加固技术。该方法是在建筑物构件承受有关荷载前，预先对其施加一定的压应力以抵消构件在承受外部荷载后产生的拉应力，从而增强构件的承载力和刚度，并对构件的结构振动和弹性变形等进行一定的遏制。采用预应力技术对古建筑木结构进行一定的加固时，可利用碳纤维布等材料在木梁受拉区产生的拉应力使木梁整体结构具备相应的预应力，进而提升木结构的承载力、刚度和强度等。图2即为碳纤维布的示意图。最后是纳米材料加固技术。该方法主要是利用碳纳米管树脂对古建筑木结构有关腐烂、虫蛀部位和重要节点等进行一定的修缮。维修人员在利用此方法修缮古建筑时，可将碳纳米管树脂均匀涂抹于木结构表面，从而有效提升木料的抗弯能力和承載力。
3 结语
总之，古建筑木结构历经千年沧桑而屹立不倒，不管是从其对历史研究和科学研究的重要性而言，还是从古建筑木结构作为先祖留给后人的宝贵财富的纪念意义而言，它的存在都有不容忽视的重要价值。因此，加强对古建筑木结构有关性能的深入研究，并在此基础上进一步对某些破损的木结构古建筑进行一定程度的修缮，最大程度上将其完整地保存，不仅能对我国有关时期的历史研究、文化研究和科学研究做出一定的贡献，更能为现代建筑结构的优化带来一定的价值。
参考文献
[1]杨茹元，孙友富，张晓凤，等.木结构古建筑加固技术的应用及进展[J].林产工业，2018（6）：3-7.
[2]王耀国，郭小东，苏经宇，等.残损对木结构古建筑的影响及加固方法[J].低温建筑技术，2015（6）：40-42.
[3]赵鸿铁，张风亮，薛建阳，等.古建筑木结构的结构性能研究综述[J].建筑结构学报，2012（8）：1-10.
[4]周乾，闫维明，李振宝，等.古建筑木结构加固方法研究[J].工程抗震与加固改造，2009（1）：84-90.
【作者简介】乔勇（1986—），男，甘肃灵台人，工程师，从事文物修缮行业十年，擅长古建筑维修保护、石窟和石刻保护、土遗址保护修缮。