中國保存的古建筑分布在全國各地,其中大部分是木結(jié)構(gòu)。由于木材本身是一種有機(jī)化合物,除了易燃外,它還容易腐爛和蛀蟲。在微生物和氣候的長期影響下,木結(jié)構(gòu)會(huì)變形、彎曲、開裂,難以長期保存。一些現(xiàn)有的木結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)處于危險(xiǎn)之中,需要繼續(xù)加固和維護(hù)。
但木結(jié)構(gòu)本身比較脆弱,由于古代文物的保護(hù)原則,不宜改變結(jié)構(gòu)表面。因此,加固方案的選擇應(yīng)謹(jǐn)慎。
撥正工藝
傳統(tǒng)的矯正通常包括兩個(gè)基本過程:一是打正,即用杠桿(杠桿或千斤頂)抬起下沉構(gòu)件或支架傾斜構(gòu)件進(jìn)行復(fù)位;二是拉正,即用拉索牽引傾斜和榫頭的構(gòu)件進(jìn)行復(fù)位。
對整體變形木構(gòu)架的“打牮撥正”,可根據(jù)糾偏復(fù)位力系的布置和不同機(jī)械裝置的運(yùn)用,采用“水平頂推復(fù)位”、“水平張拉復(fù)位”、“頂推-張拉復(fù)位”、“頂升-撐拉復(fù)位”等工藝方法。
水平頂推復(fù)位工藝
水平頂推復(fù)位工藝是在木框架傾斜側(cè)設(shè)置具有一定剛度的支撐剛度框架,作為復(fù)位裝置的支撐或反向框架(;以千斤頂為頂推裝置,布置在木框架的頂部;通過對柱頂施加水平推力,將整個(gè)框架恢復(fù)到正確的位置。
該工藝復(fù)位力簡單,工藝簡單,易于控制木框架的復(fù)位效果;但對剛性框架的剛度和布局空間要求較高,通常適用于單層古建筑,木框架傾斜側(cè)空間較大。
水平張拉復(fù)位工藝
水平張力復(fù)位工藝的原理與水平頂推復(fù)位工藝基本相同,但施加的復(fù)位力為水平張力;張拉裝置通常采用鋼絲繩,一端固定在柱頂,另一端放置在木框架復(fù)位側(cè)的加載剛架上;通過對柱頂施加水平張力,將整個(gè)框架恢復(fù)到正確位置。
考慮到變形木框架的節(jié)點(diǎn)松弛,張力系的作用點(diǎn)應(yīng)布置在木框架傾斜側(cè)的柱頂(如圖中B軸的柱頂);以驅(qū)動(dòng)整個(gè)框架的復(fù)位。
由于張力系統(tǒng)的傳輸不受拉伸長度的限制,其加載剛性框架不必靠近木結(jié)構(gòu)布局,該工藝更適用于基礎(chǔ)較大或走廊框架較大的古建筑。在工程中,施工腳手架通常用作加載剛性框架,斜拉索用于提高剛度和穩(wěn)定性,這對兩層或古建筑更實(shí)用。
頂推-張拉復(fù)位工藝
木結(jié)構(gòu)古建筑結(jié)構(gòu)為梁柱排架系統(tǒng),易整體傾斜,構(gòu)件之間有一定的牽連作用;頂推裝置與張拉裝置綜合應(yīng)用,成對布置在傾斜柱架之間,兩側(cè)柱同時(shí)施加復(fù)位力系統(tǒng),可獲得更顯著的復(fù)位效果。
頂推-張拉復(fù)位組合裝置的示意圖如下圖所示,由花籃螺栓拉索、千斤頂支撐桿、節(jié)點(diǎn)套箍和鋼板箍組成?;ɑ@螺栓拉索安裝在柱間兩側(cè),千斤頂支撐桿沿柱間軸線布置;其中,花籃螺栓拉索用于向外傾斜的柱,千斤頂支撐桿用于向內(nèi)傾斜的柱。用于連接千斤頂支撐桿和花籃螺栓拉索,防止木柱節(jié)點(diǎn)受力部位損壞。鋼箍安裝在柱腳與地面之間,用于固定柱底,確保柱頂有效復(fù)位。
頂推-張拉復(fù)位裝置
由于頂推-張拉復(fù)位裝置可布置在柱架之間,頂推-張拉復(fù)位工藝具有在建筑內(nèi)復(fù)位的優(yōu)點(diǎn);其施工作業(yè)不受建筑外部場地的限制,可逐層復(fù)位多層木結(jié)構(gòu)建筑。但需要注意的是,頂推-張拉復(fù)位裝置應(yīng)采取有效措施,確保柱腳及其下部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。
頂升-撐拉復(fù)位工藝
對于具有大屋頂?shù)墓沤ㄖ蚨鄬油な焦沤ㄖ饔糜趦A斜柱架的垂直荷載較大,施工過程中施工在柱架上的復(fù)位力也相應(yīng)增加,容易加重柱架節(jié)點(diǎn)的損壞。頂升支撐復(fù)位工藝是以施工中的全腳手架為支撐,在其上安裝頂升支撐復(fù)位裝置,通過垂直頂升裝置支撐全部或部分上部結(jié)構(gòu)傳遞給柱架的荷載,減少水平頂升或拉伸裝置施加的水平復(fù)位力,減少柱架節(jié)點(diǎn)的局部應(yīng)力。
復(fù)位安全多功能支架示意圖如下圖所示,支架采用單剛架和工作臺(tái)組裝,可根據(jù)建筑空間位置和復(fù)位要求靈活布置,形成穩(wěn)定的施工平臺(tái)和安全支撐;復(fù)位裝置由垂直千斤頂、水平支撐拉桿和水平輥導(dǎo)板組成,安裝在工作臺(tái)上,可有效提供木框架復(fù)位所需的垂直和水平力,準(zhǔn)確控制復(fù)位施工。
頂升-拉伸復(fù)位工藝具有在建筑內(nèi)復(fù)位的優(yōu)點(diǎn),適用于大型單層木結(jié)構(gòu)古建筑的復(fù)位和修復(fù)工程。對于多層木結(jié)構(gòu)古建筑,應(yīng)根據(jù)樓層變形自下而上復(fù)位,下層木結(jié)構(gòu)復(fù)位穩(wěn)定后繼續(xù)施工。
彎曲構(gòu)件和檁條加固
局部腐爛、榫頭、斷裂、向外滾動(dòng)是彎曲構(gòu)件的常見病害。首先要注意檢查原因,如瓦頂滲漏引起的檁條腐爛、鳥類撞擊造成的損壞、支架外疝、支撐腳不穩(wěn)定等。
除去除補(bǔ)品外,榫頭是由兩個(gè)彎曲的閃光燈引起的。如果拆卸后可以重新安裝,可以使用傳統(tǒng)的鐵方法。如果不能拆卸,可以加一塊木頭,或者用鐵靴蓋住。榫頭經(jīng)常斷裂,通常用硬木做新榫頭,另一端也做銀錠榫等新榫頭插入檁條,必要時(shí)也用釘子加固。
同時(shí),如果基礎(chǔ)沉降不均勻或地面振動(dòng)不均勻,鐵釘與薄硬板、斗底面之間的連接部分容易松動(dòng)。其次,修復(fù)加固中使用的木材與原斗干濕度不一致,在逐漸干燥過程中收縮程度不同,也會(huì)導(dǎo)致補(bǔ)充構(gòu)件與原構(gòu)件的相對位移,破壞整體性。
由于木結(jié)構(gòu)的完整性,經(jīng)常監(jiān)測,經(jīng)常修復(fù)和新,可以做好準(zhǔn)備,防患于未然。
柱加固工藝
劈裂加固
劈裂是由于木材不完全干燥造成的。一般來說,沒有受力問題,需要用木條或竹片填充。如果間隙大于3-5cm或以上,通常需要用鐵箍加固。
重力加固
由于柱不能承受重力造成的裂紋、下沉等,可能與柱材料、線條、力不均勻有關(guān),除了鐵箍加固外,還應(yīng)考慮調(diào)整柱荷載,如增加柱等。
扭力加固
由于柱的上下應(yīng)力方向不同,如果承椽插入柱中,當(dāng)橫向重力大于柱線的抗剪力時(shí),會(huì)產(chǎn)生扭曲和分裂。在用鐵箍加固的同時(shí),還應(yīng)提高承椽對柱的壓力。
柱子爛了
一般來說,當(dāng)柱根腐爛不超過一半時(shí),通常采用挖墩的方法進(jìn)行維修。墩接常用的榫卯有:巴掌獵鷹、抄手獵鷹和螳螂獵鷹。
榫卯示意
在南方,由于白蟻和其他蛀蟲,柱子經(jīng)常因?yàn)橹锌斩坏貌桓鼡Q。傳統(tǒng)上,偷梁換柱是在這個(gè)時(shí)候使用的,但柱子可能會(huì)打開很多毛孔。因此,環(huán)氧樹脂常用于20世紀(jì)70年代后的灌注。
灌注前,應(yīng)加強(qiáng)柱周圍,消除柱力。在選擇柱的一側(cè),將10個(gè)15厘米的深槽分開到柱的中心,清除內(nèi)部蛀蟲,用環(huán)氧膩?zhàn)用芊饬芽p和孔洞,防止灌注過程中流動(dòng)。
注:如果柱中空是由白蟻和其他昆蟲引起的,如果不治愈害蟲,局部灌漿只是權(quán)宜之計(jì),不能作為一種常見的手段。