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技术知识

木结构加固

标签:    浏览次数:     时间:2022-03-10 11:57:04

木结构加固

       我国保存下来的古代建筑星罗棋布,分布在全国各地,其中,大多数是木质结构。由于木材本身为有机化合物,除易燃外,还易腐烂和虫蛀。在微生物和气候的长期影响下,木质结构会发生变形、弯曲、龟裂等现象,很难长久保存。现存的一些木质结构建筑都已岌岌可危,需要继续加固维修。      

      但是,木质结构本身较脆弱,出于文物古建保护原则,不宜对结构表面进行改变。故而加固方案的选择需慎之又慎。

 

打牮拨正工艺

      传统的“打牮拨正”通常包含两项基本工艺:其一是“打牮”,是用“牮杆”(杠杆或千斤顶)抬起下沉的构件或支顶倾斜的构件,使其复位;其二是“拨正”,是用“拉索”牵引倾斜、脱榫的构件,使其复位。

 

      对整体变形木构架的“打牮拨正”,可根据纠偏复位力系的布置和不同机械装置的运用,采用“水平顶推复位”、“水平张拉复位”、“顶推-张拉复位”、“顶升-撑拉复位”等工艺方法。

 木结构加固(图1)

“水平顶推复位”工艺

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      “水平顶推复位”工艺,是在木构架的倾斜一侧设置具有一定刚度的支撑刚架,作为复位装置的支座或反力架(;采用千斤顶作为顶推装置,布置在木构架的柱顶部位;通过对柱顶施加水平推力,使整个构架恢复到正确的位置。 

      该工艺的复位力系简捷、工序简单,便于控制木构架的复位效果;但对支撑刚架的刚度布置空间有较高的要求,通常适用于单层古建筑、且木构架倾斜一侧有较大的空间场地的情况。

木结构加固(图3)图片

“水平张拉复位”工艺

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      “水平张拉复位”工艺的原理与“水平顶推复位”工艺基本相同,但施加的复位力为水平拉力;张拉装置通常采用钢丝绳拉索,一端固定于柱顶,另一端安置在木构架需复位一侧的加载刚架上;通过对柱顶施加水平拉力,使整个构架恢复到正确的位置。

     考虑到变形木构架的节点松弛,宜将张拉力系的作用点布置在木构架倾斜一侧的柱顶上(如图中B轴的柱顶);以带动整个构架复位。

       由于张拉力系的传递不受拉索长度的限制,其加载刚架不必紧贴着木构架布置,该工艺对有较大基座外廊构架的古建筑较为适用。工程上通常利用施工脚手架兼作加载刚架,并采用斜拉索增加其刚度和稳定性,这对于两层或多层木构架古建筑更具实用性。

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“顶推-张拉复位”工艺

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      木构架古建筑的结构为梁柱排架体系,易发生整体倾斜,且构件之间具有一定的牵连作用;将顶推装置与张拉装置综合运用,成对地布置在倾斜柱架之间,对两侧的柱子同时施加复位力系,可获得较为显著的复位效果。

      某种“顶推-张拉复位”组合装置的示意图如下图所示,该装置由花篮螺栓拉索千斤顶撑杆节点套箍钢板箍组成。花篮螺栓拉索安装在柱间的两侧,千斤顶撑杆沿柱间轴线布置;其中,花篮螺栓拉索用于张拉向外倾斜的柱子,千斤顶撑杆用于支顶向内倾斜的柱子。节点套箍用于连接千斤顶撑杆和花篮螺栓拉索,并防止木柱节点受力部位损坏。钢板箍安装在柱脚与地栿之间,用于固定柱底,保证柱顶有效复位。

木结构加固(图9)


      由于“顶推-张拉复位”装置可以布置在柱架之间,因此“顶推-张拉复位”工艺具有在建筑物内部实施复位的优点;其施工作业不受建筑物外部场地的制约,且可以对多层木构架建筑进行逐层复位施工。但需要注意的是,“顶推-张拉复位”装置以柱脚作为固定点施加复位力,应采取有效的措施保证柱脚部位及其下部结构的稳定和安全。

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“顶升-撑拉复位”工艺

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      对于具有大型屋盖的古建筑或多层楼阁式古建筑,作用在倾斜柱架上的竖向荷重较大,施工时施加在柱架上的复位力也相应地增大,且易使柱架节点部位的损伤加剧。“顶升-撑拉复位”工艺是利用施工中的满堂脚手架作为支座,在其上安装“顶升-撑拉”复位装置,通过竖向顶升装置支承全部或部分上部结构传递给柱架的荷重,以减少水平顶推或张拉装置施加的水平复位力,减轻柱架节点的局部应力。

木结构加固(图12)

       用于“顶升-撑拉复位”工艺的复位-安保多功能支架示意图如下图所示,其支架采用单体刚架和工作台板组装,可根据建筑物的空间位置和复位要求灵活布置,形成稳定的施工平台和安全支撑;复位装置由竖向千斤顶、水平撑-拉杆和水平滚轴导向板组合而成,安装在工作台板上,能有效地提供木构架复位所需的竖向和水平作用力,实现复位施工的精确控制。

      施工时,先用竖向千斤顶(编号3)支顶柱头上的梁(编号8);然后,用水平撑-拉杆(编号5)对倾斜的柱子(编号7)实施复位操作。由于竖向千斤顶安置在局部安全支架内(编号4),支顶操作时不会倾覆;且在局部安全支架和工作台板(编号2)之间安装了水平滚轴导向板,能显著地减少复位摩阻力,便于柱架复位。柔性材料(编号6)用于包裹梁的顶升部位,以减轻顶升力对木材的局部损伤。

       “顶升-撑拉复位”工艺具有在建筑物内部实施复位的优点,适用于大型单层木构架古建筑的复位和修缮工程。对于多层木构架古建筑,宜根据楼层变形情况自下而上逐层复位,并应在下层木构架复位稳定之后再继续施工。

木结构加固(图13)

 

 

受弯构件和檩条加固

 

木结构加固(图14)

 

      局部糟朽、拔榫、断裂、向外滚动都是受弯构件的常见病害,应先注意检查病因,如瓦顶渗漏引起的檩条糟朽,飞禽撞击引起的破损、以及斗栱外疝、托脚不稳等原因。

 

木结构加固(图15)

 

      除剔补外,拔榫是由于两家歪闪引起,如果能拆卸后重新归安,可以用传统方法铁锔子,如果不能拆卸,可以加一块托木,或用铁质套靴套牢等。拔榫时常常有榫头折断,通常用硬木做一个新榫头,另一端也要做成银锭榫之类的新榫头插入檩子内,必要时还应用铁钉加固。

 

木结构加固(图16)

 

      同时,这种依靠铁钉加固的结构,如遇地基不均匀沉降或地面震动,容易造成铁钉与薄硬木板和斗件底面之间的连接部位松动,其次,修缮加固时所采用的木材与原有的斗件干湿程度如不一致,在逐步干燥过程中收缩程度不同,也会造成补配的构件与原构件产生相对位移,而使整体性遭到破坏。

 木结构加固(图17) 

      由于木结构的整体性,时常监测,常修常新,才能做到有备无患,防患于未然。

 

柱子加固工艺

 

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劈裂加固

      劈裂是木料未完全干燥引起的,一般不存在受力问题,需要用木条或竹子片嵌补,如果缝隙大在3到5厘米或以上,一般要用铁箍加固。

 

木结构加固(图19)

重力加固
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      由于柱子不堪重力造成的劈裂,下沉等,可能与柱子材质、纹路、受力不均有关,除了用铁箍加固外,还应考虑调整柱子荷载,如增加抱柱等。

木结构加固(图21)


 

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力加固

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      由于柱子上下受力方向不同,如承椽枋插在柱子里,枋所受的横向的重力大于柱子纹路的抗剪力时,就会产生扭曲和劈裂,在用铁箍加固的同时,还要改善承椽枋对柱子的压力。

 木结构加固(图24)

 

 

柱子糟朽维修

  

      一般来说,在柱根糟朽不超过二分之一时,常用挖补墩接的方法进行维修,墩接常用的榫卯有:巴掌隼、抄手隼、螳螂头隼。 

     南方地区,由于白蚁等虫蛀,柱子还常常出现因为中空而不得不墩接更换的现象,传统上这时采用“偷梁换柱“的做法,但柱子可能会开很多卯口,所以,70年代后常用环氧树脂进行灌注

 

木结构加固(图25)

 

      在灌注之前,应先加固柱子周围,消除柱子受力,在选择柱子的一面,分开10道15厘米的深槽至柱子中央,将内部的虫蛀糟朽剔除干净,将裂缝和孔洞用环氧腻子密封,防止灌注时的流淌。

      如果柱子中空是由于白蚁等虫蛀引起的,如果不根治虫害,局部灌浆只是权宜之计,不能作为惯用手段。 

 

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