古建筑木结构多发残损的特征及防控分析

图2 木构件的开裂

木材开裂与其含水率及木材本身的生物质材料特性有关，尤其是木材使用前如果未干燥至当地的平衡含水率，或者干燥方法不当使得木材内外存在一定的含水率梯度，使用后随着时间推移水分散失，木材将产生收缩开裂。一般来说，檩的开裂多从端头边缘位置开始；梁和枋经过了机械加工，在加工过程中应力得以释放，从而在一定程度上可降低开裂发生的概率。在原材料相同情况下，所加工的木构件越小，木材应力释放得越多，内外含水率梯度更容易均衡，开裂概率及程度越低。

从古建筑用木材开裂的树种统计结果（表1）来看，常用木材树种中容易产生开裂的有落叶松等，这是因为落叶松等木材的弦径干缩比较大（弦径干缩比＞2.0），更容易产生干缩变形。同理，云杉等木材的弦径干缩比较小，因此相对于落叶松等木材不容易产生干缩变形 [14-15] 。此外，早晚材差异、密度等因素也会在一定程度上影响木材的开裂。

表1 古建筑木结构常用树种的分布及干缩性

2.2 大跨度的梁和枋是否存在断裂迹象应被关注

古建筑木梁和枋承受的荷载方向以竖向为主，当梁、枋界面尺寸较小或随着时间的推移在长期荷载作用下，木梁、枋在竖向可能会产生过大变形，进而发生断裂，如图3所示。因此，对于大跨度梁、枋构件，若发现变形时，应测定其竖向挠度，并检测其受力点是否有断裂迹象。

图3 木构件的竖向变形及断裂

2.3 埋墙柱为腐朽残损多发区域

古建筑木结构的腐朽大多发生在埋墙柱（包括半露明柱和墙内暗柱），以北京某古建筑群木柱的勘察统计结果为例，中度以上腐朽的木柱中，埋墙柱占比超过了62.29%；重度腐朽的木柱中，埋墙柱占比超过了75.00%。这充分说明，埋墙柱是木结构古建筑中容易发生腐朽的木构件，应作为检测和监测的重点。对于此类位置木构件，因裸露空间较少难以进行木柱内部整体扫描；对具有一定裸露空间的，可以使用阻抗仪等刺入式探测手段，利用有限的裸露空间通过发散探测分析木材腐朽体量，如图4所示。

图4 埋墙柱及探测方法

不具备检测操作条件的埋墙柱，可尝试采取排气孔等开口探针刺探，必须要破开墙体进行勘察。木材腐朽是因为木材本身的生物质材料特性，随着使用时间的推移不可避免会出现材质的下降，其次木材是由纤维素、半纤维素、木质素等有机高分子组成的，这种材料是一些木腐菌和昆虫的营养物质，在合适的温、湿度条件下危害生物便会加速繁殖，使木材发生腐朽，造成木结构损毁。一般来说，木构件易发生腐朽的位置多为潮湿和通风不良的区域，比如埋墙柱和隐蔽的漏雨区域，这是因为墙体中立柱或漏雨区域构件长期处于潮湿环境，形成了危害生物的繁殖条件。

2.4 檩构件隐蔽处易产生不易察觉的腐朽

檩构件隐蔽处指的是檩条与椽子望板交接处，大多数檩构件处于建筑高处，往往因位置关系不易于被勘察。檩构件隐蔽处产生腐朽是瓦面或者该位置结构松动等原因，导致雨水从屋顶渗入后首先进入椽子望板，然后接触到脊檩、金檩或正心檩等构件，长期交替的潮湿致使残损。如图5所示，腐朽的檩条上有漏雨痕迹。

图5 木构件的腐朽

判定檩构件隐蔽处是否存在腐朽：1）认真刺探每一根檩的隐蔽部位，确定其表面是否存在腐朽；2）观察是否存在雨水痕迹，当某处构件上存在雨水痕迹，该处区域内的构件均应详细刺探，以确定是否存在腐朽和其他残损。

2.5 木材虫害大多表现为陈旧性蛀孔

木材虫害是木结构古建筑的一大安全隐患，一般在木结构材质状况勘查中很难发现活虫，而是由它们造成的木材危害状，常见的形式为陈旧性蛀孔及残留蛀屑，如图6所示。陈旧性蛀孔是指原有虫蛀，现在已没有活虫危害，这种情况在古建筑木结构中比较多见。蛀孔、蛀屑的存在往往为木材腐朽菌的滋生创造了良好条件，因此，木构件的腐朽和虫蛀多是伴生的。

图6 木构件蛀孔及蛀屑

从分类学角度来说，危害古建筑木结构的昆虫主要分为：蛀木甲虫（包括天牛、粉蠹、长蠹、窃蠹等）、白蚁和木蜂。若现场勘察发现活虫，进行虫体鉴定分析，并针对性防治即可。对于现场勘察未发现活虫，但具有明显危害状的构件，可以根据虫孔、虫道、蛀屑以及整体危害状的表现形式进行鉴定，如图7所示。一般来说，小虫孔多为粉蠹类等蠹虫危害所致，数量不多时，对木材使用影响不大。钻蛀大虫孔的蛀虫有天牛和木蜂，木蜂钻蛀直径可达1cm以上，两者的区分除虫孔和整体危害状外，对虫道和残留蛀屑进行显微观察和残体提取，可以更好地鉴别。白蚁是既不同于天牛和木蜂，也不同于蠹虫的另一类重要害虫，白蚁蛀入木材内部，喜好蛀食木材较柔软的部分，故木材被害成沟状、深缝状，严重时整个木材仅残存片状或条状。长期现场勘察发现，木材遭受害虫蛀蚀已严重损坏的，即使反复查勘也很难发现活虫。因此，木构件的危害状及现场木屑，成为鉴定害虫种类的重要依据。

图7 木构件危害状

木材害虫多是在建筑初建或修缮时，由于原木加工处理不当而被带入建筑中的，因使用木材未严格干燥且未进行防虫处理，害虫得以生长和繁殖。此外，古建筑室内布置隔断或布局改造时木质装饰材料使用不当，也可能带入木材害虫，这种情况亦不少见。有些虫害的发生也与建筑周围环境相关，如建筑物周围存在树木花草茂密的地方更容易发生木蜂危害，白蚁多发地区易出现白蚁危害。

除常见害虫蛀蚀外，部分木构件上存在蝙蝠粪便、鸟类粪便等，如图8所示。这些残留不会严重影响木结构的安全，但会产生一定的表层腐朽。此外，部分木构件的连接区域也曾发现泥蜂巢，泥蜂不钻蛀木头，对木构件无危害。

图8 蝙蝠及泥蜂危害

3. 建 议

1）古建筑内使用任何木质材料均应进行科学合理的干燥。

木材的干燥既可以减少木材开裂的发生，又可以灭杀可能潜藏在木材中的部分木材害虫。木构件的修缮、更换以及木质装修材料使用前，均应进行科学合理的干燥，使其达到使用地区的平衡含水率。从材料源头上保证木结构不出现残损隐患，是非常重要的一环。

2）古建筑上层构件部分区域设置温湿度监控。

在材料质量符合要求情况下，保证良好使用环境也尤为重要。对于非立柱构件而言，最重要的是确保屋面没有雨水渗入，当难以避免雨水渗入时，应做好重点区域温湿度的监控，以确保及时察觉和处理隐患。监控木构件所处环境的相对湿度，及时发现引起环境湿度变化的雨水渗入点，对保护古建筑木结构至关重要。

3）古建筑木柱的处理将是研究的重点。

古建筑木柱的安全始终是建筑安全重中之重。对于露明柱可以采取柱础隔离其与地面的接触，而对于埋墙柱而言，不可避免地需要接触到墙体，在通风不良和潮湿的条件下，如何从材料、工艺等方式入手，防止或延缓埋墙柱腐朽的发生，将是以后研究的重点。

4）古建筑木结构的虫害防治应该防重于治。

古建筑木结构的虫害防治除主动防御外，还应结合区域特征进行预防保护，如出现天牛危害建筑应定期在木料表面进行药剂处理，避免天牛等成虫产卵，建筑物周围存在树木花草茂密的地方应警惕木蜂危害，而白蚁多发区域可以设置防护层或诱杀坑进行预防或预警。

5）古建筑木构件应逐步建立健康档案。

随着时间的推移，古建筑木构件由于生物质材料特性均会产生一定的残损，对所有木构件尤其是存在一定残损的木构件，进行残损信息数字化，同时对该构件进行相应的树种鉴定和木材强度测定，以此构建古建筑木构件残损及相关材质信息的数据档案，从而为科学研究和修缮设计提供快速的个体查询和信息提取渠道。这也是保护木结构古建筑及保存历史信息的有效方式。

参考文献（略）

文章摘自：袁霄 陈勇平 郭文静《古建筑木结构多发残损的特征及防控分析》木材科学与技术第35卷第5期2021年9月

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