修復和加固中國古代建筑結構
中國古代建筑主要由木材、石材、磚、瓷磚組成,其中瓷磚應更換,石材強度和耐久性較好,磚砌體易產生脆堿、松散、閃光,木構件多見槽腐爛、蛀蟲、開裂、彎曲閃光等損壞。以下是磚砌體和木構件中常用的幾種加固措施和方法。
一、砌體加固措施
(1)拆砌
當墻體堿腐蝕、松動、空鼓、彎曲閃光嚴重、裂縫明顯時,不能通過鑿子、挖掘和拆除進行維護時,應拆除重建筑。拆除危險墻體應盡可能按照原型、原材料、原工藝、原實踐,使其外觀、顏色、規模與原墻體協調。對于關鍵受力部位,必要時可采取新材料、新技術或增加圓梁等改進措施。
(2)灌漿加固
當墻體開裂、松散、空鼓嚴重,拆除工期長、不方便,不利于歷史風格的保存時,可采用壓力(低壓)灌漿技術進行加固。灌漿材料一般采用水泥漿,或水泥、細砂、白灰膏混合物、環氧樹脂等結構膠。
加固空鼓墻應在墻上鉆600mm間距梅花斜孔。灌漿前,用高壓氣體清除磚縫中的灰塵和雜物。墻體應通過注水加強砂漿與磚的結合。對于墻體裂縫的加固,一般采用相對較薄的微膨脹漿,沿縫隙慢慢注入,使其滲透,同時應及時清理墻體漿液,以免損壞墻體外觀,達到墻體表面修復拋光處理后的強度。
因地基原因造成墻體開裂的,應先處理地基,再修復墻體。
(3)扶壁柱法加固
當墻體穩定性和強度不足時,可采用混凝土支撐墻柱法進行加固。該方法一般用于墻內處理(見圖1),不損壞外墻的原始外觀。當前后檐墻外或內外墻無咬合時,應采用沖壓法加固(見圖2)與增加扶墻柱加固相結合。
(4)鋼筋網水泥砂漿加固
對于內墻或原有粉塵的加固,可采用鋼筋網水泥砂漿加固,即將加固的墻兩側鑿除粉塵或清洗,然后噴灑砂漿或細石混凝土(見圖3)。該方法可以大大提高磚墻的耐久性、抗剛度和墻體的延性。
二、木結構加固措施
(1)打正
該方法是將傾斜、扭轉、拔榫的構件復位,然后進行整體加固(見圖4),而不拆除木結構。一般情況下,可拆卸瓦面卸載的應卸載,榫卯處應松開木持和夾口。如果有鐵件,應松開鐵件;在矯正過程中,應根據實際情況進行分級調整,每次調整量不宜過大。撥正過程中如有異常,應立即停止,查明原因,清除故障后方可繼續施工。整體結構應修復損壞的構件,并將榫構件歸位。
(2)外包鋼加固
大木框架部分構件拔榫時,可采用外包扁鋼加固到位后的節點(見圖5)。扁鋼應做成丁字形。劈裂、腐爛嚴重的構件(一般縫寬大于30)mm)普通的嵌補或剔補維護是不夠的,需要用木條用耐水膠嵌補,在損壞段加2~3個扁鋼箍或鐵絲箍加固(見圖6)。夾角鋼或扁鋼可用于加固梁端腐爛或斷裂嚴重且不方便更換的構件。
(3)木材夾接、托接方法加固梁
木梁人墻的支撐端容易腐爛、蛀蟲等損壞。如果梁上下側的損壞深度大于梁高的1/3,小于3/5,則可在計算后進行夾接(見圖7)。木夾板的截面和材料不得低于原梁,而應采用質地直、無木結、髓心的氣干材料制成。當夾接施工困難時,可通過托接加固(見圖8)。
(4)鋼拉桿加固
當梁梁構件的剛度或承載力不足時,如果發現斷裂跡象或框架下弦的拉伸強度不足,可采用鋼拉桿加固法加固(見圖9、圖10)。加固前,應確保木材構件材料完好,無腐爛和蛀蟲。使用拉桿加固時應注意適當的張力。
(5)包鑲法和墩接法加固柱
當柱腳周圍的一半或一半以上表面腐爛,深度不超過柱徑的1/5時,可采用包裝鑲嵌的方法,即根據鑿子的深度、長度和柱弧度,在柱心周圍制備包裝鑲嵌材料,使其與柱外徑一樣光滑圓潤,然后用鐵箍將包裝鑲嵌部分包裹牢固。
柱腳槽嚴重腐爛,但不超過柱高1/4時,可采用墩接法加固。常用的方法有:木墩、鋼筋混凝土墩、石墩。
木墩接是先將凹槽部分去掉,然后根據其余部分選擇墩接的榫卯樣式,如巴掌榫、抄手榫等(見圖11)。
(6)更換柱和輔柱
更換柱,俗稱偷梁換柱,是指在不落架、不拆除與柱相關的構件和結構部分的前提下,用千斤頂或玉柱支撐梁梁,更換新柱。更換構件必須在條件允許的情況下進行。并非所有構件都不能落架更換。一般只有屋檐柱、舊屋檐柱等與其他構件穿插較少、結構簡單的構件才能更換。
(7)新化學加固
采用新的化學灌漿加固工藝,也可以在不更換的情況下加固槽腐爛和蟲蛀超過三分之一的部件,不落架大修。
(8)碳纖維布(CFRP)加固結構膠
碳纖維廣泛應用于鋼筋混凝土結構加固中,其重量輕、強度高、塑性好、耐腐蝕、耐久性好、施工性能優異、適用性好?;谶@些性能,它實際上是不規則截面傳統木構件加固的首選材料。
由于纖維布非常薄,鋼筋木構件不影響外觀,幾乎不增加附加重量,可以取代傳統鋼筋法中的鐵箍,不僅強度高得多,而且施工非常方便,不需要防腐處理,而且可以保護木材不受腐蝕。
如果用碳纖維布包裹化學灌漿填充木構件,其承載力可以大大提高。在木構件小裂縫的填充和填充中,結構膠、木屑等現代材料比傳統的維護方法簡單、快捷、有效。
(9)更換新構件
當木材構件嚴重腐爛、蛀蟲、燒損或開裂,不能修復和加固時,可以考慮更換新構件(通常是拆卸和更換)。當原部件承載力不足,撓度超過標準限值,無法修復和加固時,應更換。
文物的價值在于它的存在。只有保存文物,才能體現其歷史、藝術和科學的價值。因此,古建筑修復中的關鍵環節是加損壞嚴重的古建筑,延長其使用壽命。古建筑承載著中國悠久的傳統文化,因此保護古建筑具有很高的現實意義。