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        古建學苑

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        木結構古建維修加固,原來榫卯和柱子、梁架用到的手段都不一樣,一篇文章帶你看明白

        發布時間:2020-08-04 點擊量:380

          中國傳統木結構民居由于年代久遠,在長期的使用過程中會出現不同程度的殘損,如節點松動、木材腐朽導致的材性劣化、屋架傾斜等??傮w上,目前我國大部分地區的木結構傳統民居,需要進行抗震研究,并對其進行加固及保護。

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        加固位置及使用材料



          曾有學者用模擬試驗臺對Q235扁鋼加固榫卯節點的力學性能進行了研究,加固試驗中,考慮到扁鋼加固前后的加速度、自振頻率、阻尼等因素,用扁鋼加固的使得結構的剛度確有提高,構件剛度明顯提升(碳纖維布提高一倍,扁鋼提高二倍),榫卯節點的承載力明顯提升(碳纖維布提高一倍,扁鋼提高三倍)。

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        聊城光岳樓,加固構件清晰可見


          但是,也有專家學者就對扁鋼的加固提出了質疑。認為扁鋼增加了節點的剛度、加速度放大系數,造成能量不能吸收,使得鄰件的內力增加,加快鄰件的破壞。


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          在傳統木構建筑中加設鐵箍時,需將鐵箍嵌入木結構中,使其外皮與梁柱外皮齊平,以便油飾。同時由于鐵箍易銹蝕,使用前必須進行除銹及抗腐蝕的處 理,此道工序既費時費力,而且稍有操作不慎將導致構件新的破壞。

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        屋架與柱連接的斜撐圖

          加強木構架和木屋蓋縱橫向的穩定性:木構架房屋的橫向和縱向均應在木柱上、下柱端和樓層下部設置穿枋,并應確保穿枋貫通木構架的各個柱子,以增強木構架縱橫向的強度和剛度。


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        (a)五柱落地的木構架 、(b)三柱落地的木構架

          設置完整的木構架體系設置完整的端屋架,柱子盡量落地,不采用高石墊腳的形式,即不用硬山擱檁或墻抬梁的形式。



        木柱子的加固

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          對于木柱的干縮裂縫,當其深度不超過柱徑(或該方向截面尺寸)1/3時,可按下列嵌補方法進行修補:

          當裂縫寬度不大于3mm時,可在柱的油飾或斷白過程中,用膩子勾抹嚴實。

          當裂縫寬度在3mm~30mm時,可用木條嵌補,并用耐水性膠粘劑粘牢。


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          當裂縫寬度大于30mm時,除用木條以耐水性膠粘劑補嚴粘牢外,尚應在柱 的開裂段內加鐵箍(或碳纖維箍)2~3道。若柱的開裂段較長,則箍距不宜大于0.5m


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          對于潮濕環境下的木柱腐朽,可采用下列剔補或墩接的方法進行整修或加固處理:

          當柱心完好,僅有表層腐朽,且經驗算剩余截面尚能滿足受力要求時,可 將腐朽部分剔除干凈,經防腐處理后,用干燥木材依原樣和原尺寸修補整齊,并用耐 水性膠粘劑粘接。如系周圍剔補尚需加設鐵箍(或碳纖維箍)2~3道。


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          當柱腳腐朽嚴重,但自柱底面向上未超過柱高的1/4時,可采用墩接柱腳的 方法處理。若木柱內部腐朽、蛀空,但表層的完好厚度不小于50mm時,可采用不飽和 聚酯樹脂進行灌漿加固。當木柱嚴重腐朽、蟲蛀或開裂,而不能采用修補、加固方法 處理時,可考慮更換新柱。


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          一般來講,為了預防木構架的腐朽,屋架、大梁等承重構件的端部,不應封閉在砌體或其它通風不良的環境中,周圍應留出不小于5cm的空隙,以保證具有適當的通風條件。同時,為了防止受潮腐朽,在構件支座下,還應設防潮層或經防腐處理的墊木。木柱、木樓梯等與地面接觸的木構件,都應設置石塊墊腳,使木構件高出地面,與潮濕環境隔離。

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          另外,也有一些古建筑、和近現代仿古木結構建筑在修繕加固時采用了FRP材料,常見的FRP主要有芳綸纖維AFRP,碳纖維CFRP,玻璃纖維GFRP,玄武巖纖維BFRP。目前,加固領域主要采用的是CFRP。

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          有學者研究表明,提高幅度與CFRP層數和方式密切相關。粘貼1層CFRP布(滿布、螺旋和條帶)受壓承載力提高7.6%—16.8%,粘貼2層CFRP布的受壓承載力提高23.9%—26.1%。

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          但是,輔助加固技術屬于新型材料,是否能在一些重要的古建筑和造型、構件具有重要歷史信息的建筑上應用,還需要具體的論證。

        屋架加固

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          支撐系統可采用鋼結構,鋼構件與木構件采用螺栓加連接件連接。對于受壓桿件,可采用局部加木夾板并以螺栓連接的加固方法;對于受拉桿件,可采用局部加木夾板,也可采用鋼拉桿的加固方法。對于屋架節 點,可采用鋼夾板的加固方法。

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          當屋架中個別構件強度或穩定性不足,以致影響整個屋架承載能力時,或者使用舊料制作的屋架,構件留有孔眼削弱截面面積時,可采取構件加固的方法。

          受彎構件,上弦個別地方出現斷裂跡象,其他部分完好,可采取局部加木夾板并以螺栓連接的加固方法。受拉構件,可采取局部加木夾板加固方法或用鋼拉桿加固。

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