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1、書書書 第卷第期 年月 福州大學學報（自然科學版） （） ：文章編號：（） 古建筑木結構修繕加固時木材材料強度取值探討 謝啟芳，崔雅珍，趙鴻鐵，薛建陽 （西安建筑科技大學土木工程學院，陜西西安 ） 摘要：古建筑木結構由于木材自身的缺陷以及自然與人為的破壞，都急待修繕加固木材材料強度的大小是制 定修繕加固方案、確定更換構件與否的基礎，但目前尚缺乏這方面的研究成果考慮到古建筑木材材料性能退 化，分析了古舊木材歷經(jīng)年限對木材強度的影響和橫向裂紋對木材抗彎強度的影響，提出了古建筑木結構修 繕加固時木材材料強度的取值方法，可為古建筑木結構的修繕加固提供參考 關鍵詞：古建筑木結構；木材強度；性能退化；橫向

2、裂紋 中圖分類號： 文獻標識碼： ， （，） ： ， ， ， ：； 引言 我國古建筑木結構以其巧妙的構造方法和卓越的抗震性能，引起了世界范圍的矚目，她是中華民族 乃至世界文化的重要組成部分，是祖先留給我們的寶貴文化遺產(chǎn)，具有很高的歷史、文物、藝術和科學價 值 但由于木材自身的缺陷以及自然與人為的破壞，古建筑木結構的現(xiàn)狀不容樂觀，很多古建筑都急待 修繕加固由于古建筑的一磚一瓦都有它存在的價值，因此古建筑木結構維護與加固規(guī)范（ ） 要求古建筑的修繕必須遵守不改變文物原狀的原則，修繕時必須盡量多的使用原來的建筑材料， 盡量少的更換構件為了判斷古建筑結構構件是繼續(xù)使用、或經(jīng)加固后繼續(xù)使用、還是更換，首

3、先要確定 的就是材料強度是否嚴重退化，然后根據(jù)構件承載力退化大小確定修繕加固方案可見，古建筑木結構材 料強度的取值大小對古建筑的修繕加固方案選擇具有重大影響 新建木結構的木材材料強度已有成熟的研究成果，按木結構設計規(guī)范（） 進行取值即 可對于已歷經(jīng)數(shù)百年甚至上千年的古建筑而言，其材料力學性能已顯著退化，因此其材料強度不能直接 按木結構設計規(guī)范進行取值古建筑木結構維護與加固規(guī)范雖然用材料強度修正系數(shù)考慮了古建筑 收稿日期： 通訊作者：謝啟芳（），副教授，： 基金項目：國家自然科學基金資助項目（，）；國家文物局文物保護科學和技術研究課題資助項目 （）；陜西省科技計劃資助項目（）；陜西省教育廳科研資

4、助項目（） 福州大學學報（自然科學版）第卷 的特殊性，但過于簡單且偏不安全基于此，本研究考慮古建筑的木材材料性能退化，提出了古建筑木結 構木材材料強度的取值方法 古建筑木材歷經(jīng)年限對木材強度的影響 古建筑木結構所用木材在歷經(jīng)了數(shù)百年甚至上千年之后的實際材料性能是進行修繕加固的依據(jù)，為 了研究其材料性能的變化規(guī)律，文獻利用維修古建筑木結構時更換下來的舊木構件，進行了部分 木材物理力學性能試驗日本千葉大學也對古舊木材和新木材的物理力學性能進行了試驗 ，為便于比 較，換算為含水率為后的相關數(shù)據(jù)見表、表 表 日本扁柏古木與新木換算成含水率為時的材性對比 試驗項目 經(jīng)歷 年數(shù) 換算含 水率 換算順 壓強

5、度 比值 換算靜 曲強度 比值 換算彈 性模量 比值 換算順 剪強度 比值 古 木 來 源 法隆寺 極樂院 平等院 大報恩寺 蓮華王院 燈明寺 高臺寺 罔滿院 教王護國寺 新 木 木曾產(chǎn) 奈良產(chǎn) 高野產(chǎn) 平均值 注：比值古木換算值新木換算平均值 表 日本櫸樹古木與新木換算成含水率為時的材性對比 試驗項目 經(jīng)歷 年數(shù) 換算含 水率 換算順 壓強度 比值 換算靜 曲強度 比值 換算彈 性模量 比值 換算順 剪強度 比值 古 木 來 源 極樂院 燈明寺 法華寺 高臺寺 二條城 清水寺 延歷寺 觀音寺 新 木 （） （） 平均值 注：比值古木換算值新木換算平均值 將這些試驗結果繪于圖，可以很清楚的發(fā)現(xiàn)

6、古舊木材力學性能隨時間變化的一些規(guī)律 結合文獻的分析結果及上述日本千葉大學試驗結果可以看出：古舊木材相對于新木材其強 度指標多數(shù)是降低的，特別是順紋抗拉強度和橫紋抗壓強度降低幅度最大，約達；不同地區(qū)、不同 樹種、不同年代、不同強度指標變化規(guī)律不樣 第期謝啟芳，等：古建筑木結構修繕加固時木材材料強度取值探討 圖 木材力學性能隨歷經(jīng)年限變化規(guī)律 由于各項指標的變化規(guī)律隨不同地區(qū)、不同樹種、不同年代的差異性很大，再加上試驗數(shù)據(jù)非常有 限，目前暫無較全面的研究成果，但很多強度指標降低幅度在因此本研究認為對古建筑木結構進 行修繕時，木材強度應該根據(jù)實測數(shù)據(jù)，再考慮到其它影響因素（如含水率、天然缺陷等）及

7、可靠度進行 強度折減如確實因保護需要不能取樣測試時，應考慮古建筑歷經(jīng)年限的不利影響而對強度進行折減 表 東北紅松試樣抗彎強度測試結果 試樣類型無裂紋試樣有裂紋試樣 試樣個數(shù) 抗彎強度均值 標準差 變異系數(shù) 有無裂紋試樣抗彎強度比值 注：有裂紋試樣按凈高度計算抗彎強度 橫向裂紋對木材抗彎強度的影響 需修繕古建筑木結構的受彎構件通常有糟 朽等橫向缺陷，相當于橫向裂紋為了考察橫 向裂紋對木材抗彎強度的影響，作了有、無橫 向裂紋東北紅松木材抗彎強度的對比試驗試 樣分為兩組，按木材抗彎強度實驗方法 制 作試樣，每組試樣有個試件，長度為順紋方 向；第組為無裂紋完好試驗，尺寸為 ；第組為帶橫向裂紋試樣，尺

8、寸為，在試樣中央沿弦向割制深的邊緣裂紋，試樣在開裂紋處的凈截面仍 為，如圖所示試驗采用日產(chǎn)型木材萬能試驗機進行測定，加載方案如圖 所示抗彎強度計算結果見表 圖 帶裂紋試樣圖 圖 木材抗彎強度加載方案 福州大學學報（自然科學版）第卷 上述測試結果的變異系數(shù)很小，所得測試結果穩(wěn)定可用東北紅松有、無裂紋試樣抗彎強度比值的試 驗結果為，這與文獻對白樺和柞木得到的試驗結果（有無裂紋試樣抗彎強度比值分別為和 ）基本一致從測試結果及文獻結果均可以看出，橫向裂紋對木材試樣的抗彎強度有很大的不利 影響因此，對于有橫向裂紋的受彎構件，其抗彎強度需考慮橫向裂紋的影響，建議有橫向裂紋木材抗彎 強度取的折減系數(shù) 古建筑

9、木材強度取值建議 基于古舊木材歷經(jīng)年限和橫向裂紋對木材強度的不利影響，評估古建筑木結構時，對于古舊木材，木 材材料強度除需按木結構設計規(guī)范要求考慮折減外，還需要考慮古建筑木材歷經(jīng)年限，可在古建筑木 結構維護與加固規(guī)范考慮木材老化折減系數(shù)的基礎上，乘以的折減系數(shù)，即可按表的折減系數(shù)考 慮古建筑木材歷經(jīng)年限的影響對于木材抗彎強度，如有橫向裂紋，還需考慮橫向裂紋對木材抗彎強度的 影響，采用的強度折減系數(shù) 表古建筑木材強度考慮歷經(jīng)年限的折減系數(shù) 古建筑歷經(jīng)年限順紋抗壓強度抗彎和順紋抗剪強度彈性模量和橫紋承壓強度 對于古建筑木結構修繕加固是更換的新木材，雖然新木材的強度暫時較高，但考慮到進過數(shù)百年后 新

10、木材也將變成古舊木材，因此新木材的強度應采用相同樹種的古舊木材的強度作為修繕加固時的依據(jù) 如更換用的新木材無法采用與原構件相同樹種木材，則需選用強度等級不低于原構件的新木材代替，其 強度設計值仍采用原構件古舊木材強度 結論 為確定古建筑的修繕加固方案，需確定古建筑木材材料強度，本研究經(jīng)分析得出以下結論： ）對于已歷經(jīng)數(shù)百年甚至上千年的古建筑而言，其木村材料力學性能已顯著退化，木材材料強度不 能直接按木結構設計規(guī)范進行取值 ）古建筑歷經(jīng)年限對木材強度具有重要不利影響，對古舊木材，可在古建筑木結構維護與加固規(guī) 范考慮木材老化折減系數(shù)的基礎上，乘以的折減系數(shù)來考慮古建筑歷經(jīng)年限的影響 ）對修繕加固用

11、新木材，應采用相同樹種的古舊木材的強度作為修繕加固時的強度指標 ）橫向裂紋對木材抗彎強度有重要不利影響，可采用的強度折減系數(shù)來考慮這種影響 參考文獻： 謝啟芳，趙鴻鐵，薛建陽，等中國古建筑木結構榫卯節(jié)點加固的試驗研究土木工程學報，（）： 中華人民共和國建設部古建筑木結構維護與加固規(guī)范北京：中國建筑工業(yè)出版社， 中華人民共和國建設部木結構設計規(guī)范北京：中國建筑工業(yè)出版社， 古建筑木結構維護與加固規(guī)范編制組古建筑木結構用材的樹種調查及其主要材性的實測分析四川建筑科學研 究，（）： 陳國瑩古建筑舊木材材質變化及影響建筑變形的研究古建園林技術，（）： 國家技術監(jiān)督局木材抗彎強度試驗方法北京：中國標準出版社， 王麗宇木材裂紋擴展及其斷裂行為的研究北京：中國環(huán)境科學出版社， （責任編輯：林曉）