木結構古建筑的鑒定加固實例

針對木結構古建筑房屋安全性存在的問題，進行檢查、檢測、分析、驗算，提出了房屋安全鑒定加固意見。事實表明，將碳纖維加固法與木結構加固技術相結合，能使古建筑滿足新的使用要求，也能很好地保持古建筑原貌。
　　
　　中國木結構古建筑以木構梁柱系統作為承重結構。木構梁柱系統約在春秋時期興起，到漢代得以成熟。木結構大體可分為抬梁式、穿斗式、井干式，以抬梁式最為普遍。木結構構件的危險性鑒定應包括承載能力、構造與連接、裂縫和變形等內容。如某清真寺始建于明末清初，至今已使用600多年，為中國傳統四合院建筑形式，是襄陽市保存較完好的寺院，屬湖北境內規模較大，歷史最久的清真寺之一。經過一段歷史時期的使用，雖外觀較好，但內部結構較差，檢測鑒定較為困難。
　　受市民主管理委員會委托，在保持原有建筑物外貌、平面布置、結構體系和內飾風格的基礎上，提出維修加固處理方案，消除了安全隱患、保障了使用安全。為此，在勘測前制定了詳細方案、現場勘察的重點。
　　1初始調查
　　經初始調查，某清真寺寺門為三層飛檐式門樓，兩端為雙龍捧壽封火墻，門壁兩側鑲有壁花及阿拉伯文字屏，主體建筑禮拜大殿為中國宮殿式，分卷棚、正殿、窯殿3部分，勾連搭相接，建筑面積398m2，可供500人同時禮拜。禮拜正殿屋蓋為重檐梁架木結構，屋脊高度為5.2m，砌筑墻厚最大值0.5m。寺內殘碑記載，清真寺“肇自前明永樂年間”。清乾隆五十七年（1792年）重修時捐助穆斯林有222戶，可知當時樊城回民已復不少。道光二十三年（1843年），同治六年（1867年）均有重修，期間作為寺院使用。“文革”中曾遭破壞，1982年政府撥款予以全面維修。
　　近年來開齋節人流量較大，亟待全面加固修繕。但是，由于該古建筑年代久遠，無地質勘察報告，原建筑、結構設計圖紙和檢測資料缺失，對此類歷史悠久、具有文物保護價值的建筑物，進行鑒定、加固、維修困難重重。因此檢測鑒定工作方案擬定為：以鑒定標準為依據，用裂縫測寬儀、激光測量儀、全自動數字回彈儀、全站儀、錘子等設備，對其地基基礎、墻體、木柱、木梁、屋架等進行實地勘測、檢查和分析。總平面如圖1所示。
　　
　　2現場詳細勘察
　　2.1地基基礎
　　結合《文物保護法》的規定，不便于對地基基礎破壞性開挖檢測，參照附近老城區，場地土類型為軟弱土，持力層承載力較低fak=80kPa，中壓縮性土。重點檢查了基礎與承重結構連接處的現狀，發現散水勒腳有開裂、排水不暢、地基浸泡等狀況，基礎局部受腐蝕、酥碎而折斷，導致上部墻體裂縫、柱傾斜等現象。
　　2.2 砌體結構構件
　　外墻局部墻厚0.5m，青磚和粘土磚石灰砂漿砌筑。外觀檢查發現部分砌體風化、墻體開裂、傾斜，外墻面粉刷層脫落。限于當時的技術水平，砌體強度及砂漿飽滿度很低，無抗裂及構造措施，結構延性差，抗不均勻沉降所產生的附加應力及溫度應力能力差。現場重點檢測了外部承重墻體的裂縫和傾斜度。
　　經檢查表明：實測承重外墻傾斜偏差達15mm，承重墻多處出現明顯豎向或斜向裂縫，最寬處達12.5mm，具體裂縫位置、大小如圖2房屋損壞部位示意所示。
　　
　　2.3木結構構件
　　通過檢測屋蓋系統結構構造，查明5-10/J-M軸為三角形木屋架，矢高1.6m,上弦桿為100X150mm，下弦桿為150X200mm，木桁條斷面為Ф100～150 mm，等距擱置。木結構材質，年代久遠，部分木柱、木梁有老化、空鼓、腐朽、蟲蛀、脹裂等現象，其中8/L軸處木梁板局部下撓94mm。局部木結構損壞如圖3所示。
　　
　　3 檢測驗算與分析判斷
　　3.1地基基礎
　　根據相關資料，一般情況下地基經過幾百年壓縮，持力層較密實，地基承載力有所提高，但即使持力層承載力特征值可以提高30%，并經修正計算該古建筑的地基承載力仍小于在豎向軸心荷載作用下，墻、柱基底面最大壓應力的要求。
　　地基土壓縮固結、沉降是長期漸變的過程，該建筑鄰近漢江邊，在豐水期地下水位上升，地基易受浸泡，以及鄰近現代建筑施工、降水等原因的影響，地基沉降待加固完畢后，應進一步沉降觀察。
　　綜上所述，地基基礎已不能滿足現行規范的要求，需加固處理。
　　3.2 砌體結構
　　外墻高厚比及軸壓強度驗算：外墻墻厚240～500mm，實測磚為MU5，砂漿為M2.5,室外至檐口為4.5m，則最薄處高厚比β=4.5/0.24=18.75>14=[β] 不滿足要求，最厚處高厚比β=4.5/0.5=9<14=[β]滿足要求，其中[β]詳GB 50003-2001表6.1.1注3取值。按軸壓強度驗算，垂直荷載較小，強度足夠。墻體強度，經驗算，在豎向軸心荷載作用下，承載力能滿足要求，但局部高厚比不滿足要求。按照現行《砌體結構設計規范》GB 50003-2001，磚MU5，砂漿M2.5不能滿足規范的最低要求，磚≥MU10、砂漿≥M10。承重墻體裂縫、傾斜目前已經基本穩定，通過裂縫修繕加固，能滿足。
　　綜上所述，砌體結構不滿足安全使用要求，應采取補強加固措施。
　　部分承重墻體裂縫檢測、驗算、評級如表1所示；部分承重外墻傾斜檢測、驗算、評級如表2所示。
　　表1部分承重墻體裂縫檢測、驗算、評級表
　　序號 位置 裂縫形式 最大裂縫寬度（mm） 評定等級
　　1 7-8/M軸 圓形拱窗上下口斜向 2.2 Td
　　2 8-10/K-M軸 拱窗上口斜向 12.5 Td
　　3 5-7/J-M軸 窗下口斜向 6.3 Td
　　4 7/G-J軸 斜向 10.6 Td
　　5 1-2/E軸 窗下口斜向 10.5 Td
　　6 2/A軸 豎向 1.3 Fd
　　注：依據《危險房屋鑒定標準》JGJ125-99第4.3.4-2條判別，Td級為危險構件，Fd級為非危險構件。
　　表2部分承重外墻傾斜檢測、驗算、評級表
　　序號 檢測位置 實測外傾偏差（cm） 傾斜率（%） 評定等級
　　1 7-8/M軸 0.3 0.083 Fd
　　2 8-10/K-M軸 1.5 0.417 Fd
　　3 5-7/J-M軸 0.85 0.236 Fd
　　4 7/G-J軸 1.25 0.347 Fd
　　5 1-2/E軸 1.1 0.306 Fd
　　6 2/A軸 0.2 0.056 Fd
　　注：依據《危險房屋鑒定標準》JGJ125-99第4.3.4-6條判別， Fd級為非危險構件；層高按3.6m最不利取值。
　　
　　3.3 木結構
　　木梁板局部下撓撓度94mm>42.67mm =L/150=6400/150，符合《危險房屋鑒定標準》JGJ125-99，第4.4.4-3條Td級；部分木桁條存在順紋干縮、鼓脹裂縫；部分節點有松動現象；木檁板局部油漆脫落、松動、破損、塌陷以及老化，個別木桿件有明顯白蟻侵蝕痕跡。
　　綜上所述，木結構不滿足安全使用要求，應采取補強加固措施。
　　3.4房屋現狀抗震評估該房屋重修于18世紀末，襄陽城區抗震設防烈度為6度，按7度設防，設計及建造時并無結構抗震構造措施，故在抗震構造上有較多缺陷。按國家現行《建筑抗震鑒定標準》GB50023-2009對房屋抗震構造與結構系統進行分析，主要有有以下方面不符合要求：①、砌體、砂漿強度不滿足抗鑒標5.2.2條的要求；②、木構件腐朽、嚴重開裂而可能喪失承載能力，符合抗鑒標10.1.9條；③、磚墻和磚砌圓形拱窗，無抗震構造措施，符合抗鑒標10.2.3條。
　　以上不足是先天性缺陷，不滿足現行抗震設計或抗震鑒定標準，應按抗鑒標的要求進行加固。經歷幾百年的歷史，遭受過遠震的考驗，具有一定的抗震性能，因此在結構整體性不符合抗震要求時，應增加構造措施。
　　
　　4 原因分析
　　該寺由于建造年代較早，受外界因素及自身因素的影響，如散水開裂、自然排水、基礎下臥層浸水松軟，地基局部出現不均勻沉降、墻體局部開裂傾斜，木結構屋架腐朽、蟲蛀、瓦屋面局部下陷，木柱、木梁局部空鼓、蟲蛀，木檁板局部油漆脫落、松動、破損、塌陷以及老化，個別桿件明顯有白蟻侵蝕痕跡，危及安全使用。
　　導致墻體開裂和傾斜的主要因素細分為：①、地基承載力不滿足上部荷載要求，且持力層為中壓縮性土，沉降量較大；②、周圍鄰近建筑（如回民小學教學樓）地基施工時的影響；③、室外散水勒腳開裂，排水不暢致地基浸泡；④、臨漢江邊，早晚溫差較大，溫度應力的影響。
　　
　　5鑒定結論
　　依據國家行業標準《危險房屋鑒定標準》JGJ125-99之規定及評定原則，結合房屋歷史狀態、環境影響、發展趨勢及構件損壞程度、數量比例、可修復性等，綜合評定該房為C級，即局部承重構件承載力不能滿足要求，不能確保住用安全，構成局危房。
　　
　　6加固處理建議
　　為保障房屋使用安全，結合《文物保護法》的規定，現根據《市危險房屋管理暫行辦法》第八條之規定，按以下處理意見，迅速采取措施，及時修繕加固處理：
　　①、地基、基礎加固：分別采用水泥灌漿法和增加基底截面法。
　　②、砌體結構加固：所有裂縫均采用注漿封閉，部分外墻內側增加60mm厚鋼筋砼，磚砌圓形拱采取鋼絲網加固防塌落。
　　③、木結構加固：按照古建筑木結構修舊如舊的原則，先對各木構件進行白蟻滅治，再采用碳纖維粘貼法加固梁柱節點、化學灌漿法加固腐朽柱腳、附加鋼連接件法加固個別變形過大構件等措施。
　　④、其它：應拆除周圍搭建的房屋，修繕散水、排水溝，確保不滯水、滲透、浸泡地基持力土層；外墻面粉刷層照原樣修復；增加檐口出挑長度，防止雨水飄入室內。
　　具體詳細的加固修繕施工方案，應由有設計資質的部門，出具正式施工圖設計，并由有資質的施工單位實施，施工過程中應加強對該房屋的觀察。
　　
　　7結束語
　　該房屋歷經百年，受外界和自身的影響，地基、基礎、墻體、木構件、屋蓋等均存在不安全隱患，應該按照修舊如舊的原則進行加固、補強處理，使清真寺市級文物保護建筑，延長使用年限。事實表明，將碳纖維加固法與木結構加固技術相結合，能使古建筑滿足新的使用要求，也能很好地保持古建筑原貌。