针对古建筑木构件而言,《古建筑木结构维护与加固技术规范》(GB50165-92)中采用的是残损点的概念,残损点的界定依据是承重构架中的某一构件、节点或部位已经处于不能正常受力、不能正常使用或濒临破坏的状态。古建筑中木构件的残损也可以被看作是木材在长期处于不利外部环境条件下,从而引发的各类内部材性或外部形态的缺陷变化。 综合来看,绝大部分构件残损点都是由于木材的各类缺陷而造成的,将木材缺陷和构件残损点建立相互对应的关系,是确定构件残损原因的基础。
针对古建筑木构件而言,《古建筑木结构维护与加固技术规范》(GB50165-92)中采用的是残损点的概念,残损点的界定依据是承重构架中的某一构件、节点或部位已经处于不能正常受力、不能正常使用或濒临破坏的状态。古建筑中木构件的残损也可以被看作是木材在长期处于不利外部环境条件下,从而引发的各类内部材性或外部形态的缺陷变化。
综合来看,绝大部分构件残损点都是由于木材的各类缺陷而造成的,将木材缺陷和构件残损点建立相互对应的关系,是确定构件残损原因的基础。
木材缺陷和构件残损的对应关系
缺陷类型 |
分类 |
对材质的影响 |
残损点评定界限 |
节子 |
表面节、隐生节、活节、死节、漏节 |
破坏木材的均匀性和完整性,使木材力学性能降低,加工困难 |
承重构件:1)在构件的任一截面(或沿周长)任何150mm 长度所有木节尺寸的总和大于所在截面宽(或所在部位原木周长)的2/5(Ⅰ等材)或2/3(Ⅱ等材); 2)每个木节的最大尺寸大于所测部位原木周长的 1/5(Ⅰ等材)或 1/4(Ⅱ等材); 3)不允许有死节 铺作构件:不得有木节和裂缝 |
裂纹 |
端裂、纵裂 |
降低木材的力学性能,尤其是贯通型裂纹;木腐菌易由裂缝处侵入,引起腐朽和变色 |
承重构件:1)在连接的受剪面上存在裂缝;2)在连接部位的受剪面附近,裂缝深度大于构件直径的1/4(Ⅰ等材)或1/2(Ⅱ等材); 屋盖结构:不得有脱榫、劈裂或折断 |
干形缺陷 |
弯曲、树包、根部肥大、椭圆形、尖削 |
弯曲降低木材的强度,影响木材出材率,多向弯曲较单向弯曲影响更大 |
柱:弯曲矢高 δ>L 0 /250; 梁:竖向挠度最大值 ω1 ,当 h/l>1/14时,ω1>l 2 /2100h;当 h/l≤1/14 时,ω1>l/150 |
木材结构缺陷 |
扭转纹、应力木、双心或多心木、偏心材、偏枯、夹皮、树瘤、伪心材、内含边材 |
扭转纹降低木材强度,对顺纹抗拉强度、弯曲强度、抗冲击强度等影响较大; 应压木(针叶材)提高木材顺纹抗压强度和弯曲强度,降低顺纹抗拉强度和冲击韧性,纵向干缩增大,造成开裂和翘曲,减小,损害外观; 应拉木(阔叶材)提高木材顺纹抗拉强度和冲击韧性,降低顺纹抗压强度和弯曲强度,增大干缩,造成开裂和翘曲 |
1)斜纹在任何1m材长上平均倾斜高度大于80mm(Ⅰ等材)或 120mm(Ⅱ等材); 2)生长轮平均宽度大于4mm |
由真菌造成的缺陷 |
心材色变及条斑、边材变色、窒息木、腐朽、空洞 |
使木材有效承载截面衰减,严重影响木材的物理性质、力学性能,使木材重量减轻,吸水性增大,强度和硬度降低 |
柱:在任一截面上,腐朽和老化变质所占面积与整截面面积之比ρ 1)当仅有表层腐朽和老化变质时,ρ>1/5; 2)当仅有心腐时,ρ>1/7;3)当同时存在以上两种情况时,不论 ρ 大小,均视为残损点; 梁:1)当仅有表层腐朽和老化变质时,ρ>1/8;2)当仅有心腐时,不论 ρ 大小,均视为残损点; 屋盖构件:已成片腐朽 |
伤害 |
昆虫伤害(虫眼)、寄生植物引起的伤害、鸟眼、夹杂异物、烧伤、机械损伤 |
表面虫眼和虫沟对木材的利用影响不大;深度10mm以上的大虫眼和密集小虫眼及蜂窝状孔洞,破坏木材完整性,使木材力学性能和耐久性降低,并是引起木材变色和腐朽的通道 |
柱和梁:有虫蛀孔洞,或未见孔洞,但敲击有空鼓音; 屋盖构件:已成片虫蛀 |
此外,木构件的残损点除了木材自身缺陷外,还包括各构件之间的连接损坏和不当的人为修复。如柱脚和柱础的承抵状况、檩和椽之间的连接关系、历次加固修缮现状、木构架整体或局部的倾斜等。
1:屋架构件的常见残损类型
木结构古建筑中,主要的屋架构件包括椽、檩、瓜柱、角背驼峰、翼头、檐头、由戗等。其残损点主要表现为构件材质的腐朽和虫蛀,檩和椽连接处未钉钉或钉已锈蚀,椽和檩的挠度,瓜柱的倾斜、脱榫或劈裂,檐头的下垂或折断等情况(图1)。
a)椽头腐朽
b)檩端折断
c)翼角下垂
d)瓜柱歪闪
图1:屋盖构件常见残损点形式
2:铺作构件的常见残损类型
木结构古建筑中,铺作构件即为斗和栱及其附属构件。其残损点主要表现为整攒斗栱的明显变形或错位,栱翘折断、小斗脱落,大斗明显压陷、劈裂、偏斜或移位,斗栱木材发生腐朽、虫蛀或老化变质,柱头或转角斗栱有明显破坏等情况(图2)。
a)斗拱整体变形
b)大斗压裂
c)昂头腐朽
d)转角斗拱破坏
图2:铺作构件常见残损点形式
3:承重梁柱构件的常见残损类型
木结构古建筑中,主要的承重梁柱构件包括柱、梁和枋等。其残损点主要表现为材质腐朽造成的有效截面降低,柱(梁)身虫蛀、柱(梁)身木材生长缺陷,弯曲或挠度变形,断裂、劈裂或压皱等柱(梁)身损伤,历次加固造成的不良现状等情况(图3)。
柱根腐朽
柱身虫蛀
柱身节疤
柱表风化
柱身开裂
人为伤痕
柱身缺损
梁中腐朽
梁头风化
梁体开裂
梁体下挠
梁身断裂
文章来源:《古建筑木构件材质性能与残损检测关键技术研究》--李鑫,图片均为原文图片,本文仅限交流,如侵犯权益,请联系删除。
知识点:古建筑木构件的常见残损缺陷状况