古建筑木结构维护技术研究与应用

摘要：本文深入探讨了古建筑木结构的损害类型及原因，包括腐朽、虫蛀、开裂、拔榫和弯垂等。传统维护技术如剔补与墩接、支顶加固、化学灌浆和铁件加固等虽有效，但存在局限性。随着科技发展，现代技术如FRP加固、预应力加固和无损检测等被引入，提高了维护效率和效果。通过案例分析，展示了这些技术在实际应用中的成效。未来，古建筑木结构维护技术将更注重环保、高效和安全，跨学科合作也将成为重要推动力。

关键词：古建筑木结构；维护技术；传统技术；现代技术

引言

古建筑是人类文明的瑰宝，承载着丰富的历史与文化信息。木结构作为古建筑中最为常见的一种结构形式，具有独特的艺术价值和文化意义。然而，由于木材自身的特性以及长期受到自然环境和人为因素的影响，古建筑木结构常常面临各种损害与老化问题。因此，研究古建筑木结构的维护技术，对于保护这些珍贵的历史遗产具有重要意义。本文将深入探讨古建筑木结构维护技术的研究进展、应用现状以及未来发展趋势。

一、古建筑木结构的损害类型及原因分析

古建筑木结构在长期的使用过程中，会受到多种因素的侵蚀，导致各种形式的损害。这些损害类型主要包括腐朽、虫蛀、开裂、拔榫、弯垂等。

腐朽是古建筑木结构最为常见的一种损害形式。由于木材中含有大量的纤维素、半纤维素和木质素等有机物质，这些物质容易受到微生物的侵袭，导致木材腐朽。腐朽的出现会大大降低木材的性能，使构件截面受力面积减少，严重影响木结构的承载能力。常见的腐朽部位有墙内木柱柱根、部分的受弯构件以及木构架最上层的椽子、望板等。

虫蛀也是古建筑木结构常见的损害形式之一。木材中的糖分和淀粉等营养物质容易吸引各种害虫，如白蚁、天牛等。这些害虫会在木材内部蛀食，形成空洞，导致木材强度下降。虫蛀的出现不仅会影响木结构的承载能力，还会加速木材的腐朽过程。

开裂是古建筑木结构在加工制造和使用过程中常见的损害形式。由于木材在干燥过程中各部分的含水率或干燥水平不同，会导致木纤维的内外收缩不一致，从而产生纵向干缩裂缝。此外，长期受到外力作用也会使木构件产生开裂。开裂的出现会降低木构件的极限承载力和机械支撑性能，严重时甚至会导致木构件断裂。

拔榫是古建筑木结构节点处常见的损害形式。由于榫卯节点在长期的受荷下，榫头和卯口之间不断摩擦，榫头磨损使得榫头与卯口产生缝隙。木材本身的材料干缩等促使榫头与卯口之间的缝隙扩张，榫头在外力作用下拔出。拔榫的出现会使节点处的受力面积减少，降低节点的承载能力，严重时甚至会导致木结构整体倒塌。

弯垂是古建筑木结构中受弯构件常见的损害形式。由于长期受到大跨度荷载作用，加上自然老化，木梁和桁架等受弯构件的弹性模量和抗弯性能显著降低，从而产生弯垂变形。弯垂变形不仅会影响古建筑的外观，还会加速木构件的破坏过程。

二、古建筑木结构维护的传统技术

针对古建筑木结构的各种损害形式，传统上采用了多种维护技术。这些技术主要基于工匠的经验和传统工艺，具有独特的优势和局限性。

剔补与墩接加固技术是传统木结构维护中常用的方法。对于表层腐朽但受力良好、结构稳定的木柱，可以采用剔补加固技术。具体方法是先将腐朽部分剔除干净，然后进行防腐处理，再用干燥木料按原样修补并粘接。必要时还可以加设铁箍进行固定。对于柱脚部分出现严重糟朽但腐朽部分未超过木柱高度四分之一的，可以采用墩接柱脚加固技术。具体方法是先将腐朽部分剔除，然后利用木料、钢筋混凝土或石料进行拼接。木料墩接时，可采用“巴掌榫”或“抄手榫”等榫卯式样严密对缝，并设铁箍固定。

支顶加固技术也是传统木结构维护中常用的方法。通过在梁架下方增设小木柱或铁钩等附加支座，可以有效改善木梁的内力分布，提高其承载能力。这种加固方法能够显著减小古建筑梁架的挠度，但需要注意的是，它会改变整体结构的传力体系。如果需要更换构件，可能需要卸除荷载并“落架”，这可能对构件乃至整体结构造成不可弥补的损伤。

化学灌浆技术是一种针对木构件内部缺陷的加固方法。通过将低黏度树脂配制成灌浆材料，加压注入木材内部，可以修补木构件的缺陷、增强强度，并提升防腐、防虫能力及尺寸稳定性。化学灌浆技术适用于木构件中较大的开裂或因虫蛀、腐朽导致的内部中空等情况。但需要注意的是，它对木材内部细小裂缝的修补效果有限。

铁件加固技术在传统木结构维护中也得到了广泛应用。对于长期承受荷载并遭受雨水侵蚀的梁、柱等构件，可以采用铁箍与铆钉进行加固。铁箍的核心约束作用能够显著提高构件的强度和刚度。对于榫卯节点处出现的拔榫现象，也可以采用铁片进行连接或拉结，并用铆钉固定。然而，铁件加固技术也存在一些问题。由于木材具有干缩湿胀性，铁件容易发生变形和生锈，从而威胁整体结构的安全。此外，传统的铁件加固技术还可能对木构件造成破坏，引发新的安全隐患。

三、古建筑木结构维护的现代技术

随着科技的发展和新材料的应用，古建筑木结构维护技术也在不断创新和完善。现代维护技术不仅提高了维护效率和效果，还更好地保护了古建筑的历史原貌和艺术风格。

FRP（Fiber Reinforced Polymer/Plastic）加固技术是一种新型的木结构加固方法。FRP材料具有高强度、轻质、耐腐蚀等优点，在航空航天、建筑等多个领域得到了广泛应用。在木结构古建筑加固中，FRP材料可用于抗弯、抗剪和抗压加固。通过将FRP材料粘贴于木梁底部或埋设其中，可以有效减缓木梁在受拉时的脆性破坏，降低木材缺陷对受弯性能的不利影响，进而提升木梁的刚度和耐久性。此外，FRP材料还可以用于木柱的加固。通过横向缠绕玻璃纤维布（GFRP）或碳纤维布（CFRP），可以显著提高木柱的抗压承载力和延性。

预应力加固技术为木结构提供了新的加固方案。该技术通过在受弯构件承受荷载前预先施加压应力，以抵消部分拉应力，从而提高构件的承载力与刚度，并有效抑制结构振动和弹性变形。预应力加固技术最初应用于混凝土结构，近年来在木结构领域也得到了应用。通过在木梁受拉区域粘贴碳纤维布并施加预应力，可以显著提升木梁的承载能力、刚度和延性。

无损检测技术也为古建筑木结构维护提供了新的手段。利用X射线、超声波和激光等现代科学手段，可以对大木结构进行无损探伤。这些技术能够精确地测定木构件损害的部位、大小和损害程度等，为制定科学的维护方案提供了重要依据。此外，无损检测技术还可以用于监测古建筑木结构的长期性能变化，为预防性保护提供技术支持。

四、结论

古建筑木结构作为历史文化遗产的重要组成部分，其维护技术对于保护这些珍贵遗产至关重要。传统维护技术虽有一定效果，但难以满足现代维护需求。现代技术的引入，如FRP加固、预应力加固和无损检测等，为古建筑木结构维护提供了新的解决方案。未来，应继续加强技术研发和创新，注重环保、高效和安全，同时加强跨学科合作，推动古建筑木结构维护技术的不断发展和完善，为保护和传承历史文化遗产做出更大贡献。

参考文献

[1]张子政. 某木结构古建筑迁建工程结构安全性鉴定[J]. 安徽建筑，2024，31（5）：162-164.

[2]李灿，赵庆双. 以光岳楼为例浅析古建筑木结构破坏及防护[J]. 中小企业管理与科技，2020（36）：188-189.

作者简介：杨国力，男，汉族，陕西省西安市人，大学本科，中级工程师。