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?!拔母铩敝性馄茐?,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??偲矫嫒鐖D1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?,F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:
 ?、?、地基、基礎加固:分別采用水泥灌漿法和增加基底截面法。
 ?、?、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。
 ?、?、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。
 ?、?、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。

來源:南方古建筑設計院

本文標簽:木結構古建筑  木結構  古建筑加固 

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