中国古代建筑是中华文明非常重要的组成部分,体现了中华历史长河中人民积累的关于自然科学知识、人文知识的结晶,包括了技术、艺术、美学、宗教、礼制、价值观等广泛的文明成果。
中国古代建筑是世界上公认的三大建筑体系之一和唯一以木结构为主的建筑体系。大量表现在宫殿、官府、宗庙、园林、陵墓,以及民间宅舍、祠堂等,也包括一些高层佛塔和桥梁等。主要以木材、砖瓦为砌筑材料,以木构架结构为主要的结构方式。此结构方式,由立柱、横梁、顺檩等主要构件建造而成,各个构件之间的结点以榫卯相吻合,构成富有弹性的框架。
古建筑木结构
无损检测内容与评价方法
古建筑木结构缺陷包括木结构缺陷和木构件缺陷两类。木结构缺陷包括歪斜、拔榫、脱榫、下沉、坍塌、构件缺失等;木构件缺陷包括腐蚀、空洞、裂纹、变形、虫蛀、节子、材料缺失等。 古建筑木结构无损检测的基本流程分为准备和检测两个阶段。准备阶段包括信息收集、实地观察、初步报告撰写3步,检测阶段包括几何测量、结构分析、详细检查、检查报告撰写4步。 2020年,中国工程建设标准化协会出台T/CECS 714-2020《古建筑木结构检测技术标准》,其中对木构件性能检测、木构件缺陷和损伤检查与检测两部分内容中明确提出使用应力波测定和微钻阻力检测法进行检测。 应力波检测法 木材的声学特性是应力波无损检测的物理基础,当木材的一端受到敲击作用(机械作用)时,木材内部就会产生应力波(机械波)的传播,通过特定的设备和装置测定应力波传播时间的变化来判断木材的性质,如腐朽、缺陷以及计算木材的动弹性模量等。木材应力波无损检测技术包括横向应力波技术和纵向应力波技术。 微钻阻力检测法 通过记录仪器的金属探针以匀速的方式钻入被测物,记录路径上所遭遇的阻力变化曲线,其大小随各树种密度的不同而变化。根据检测得到的阻力曲线,定性地判断木材内部的腐朽状况。但此方法不能定量地评价由腐朽引起的木材物理力学性质衰减程度。 X射线法 为了准确了解木结构内部的损伤情况,可采用X射线检测法对房屋木结构内部缺陷进行检测。 X射线法是利用X射线穿透木材的特性,根据木材内部不同结构对X射线吸收程度的差异,在成像板或探测器上形成影像。通过分析这些影像,可以清晰地观察到木材内部的纹理、节疤、腐朽、虫蛀以及内部连接件的状况等信息,能够在不破坏木材整体结构完整性的前提下,精准地检测出隐藏在木材内部的缺陷和异常情况。 X射线影像可清晰展示内部金属件和木节疤,但白蚁蛀蚀不严重时,影像不明显。 内窥镜法 含水率检测 将探针扎入木材被测部位,待数显稳定后即可从读取含水率数值。 虫蛀检测 虫蛀检测包含两部分内容:一是检测构件内部是否存在虫蛀孔,如果仅有虫蛀孔洞,而没有白蚁活动迹象,则虫蛀空洞实际上是缺陷的一种形式,对木构件及结构的影响主要体现在截面面积的缺损,参考缺陷检测方法。 二是寻找木构件中是否存在白蚁活体并确定其活动区域,如果存在白蚁活体活动迹象,则有可能对构件及建筑主体结构造成不可估量的危害,必须进行全面检测和治理,可通过温度、湿度、雷达等多种形式进行白蚁活体探测。 对微钻阻力法、内窥镜法和X射线法进行简单对比,其各自的优缺点比较如下: 检测方法 优点 缺点 微钻阻力法 可测得缺陷在钻入路径上的位置和长度。 只能检测到钻入路径上的缺陷; 当内部缺陷较大时,为获得较准确的缺陷情况,需要测试多条钻入路径。 内窥镜法 可清晰看出内部缺陷种类; 可测得内部缺陷或节点内部几何尺寸。 测试前需要钻孔,对构件造成损伤。 X射线成像法 可看出木构件内部金属件、节疤、较大尺寸的裂缝和内部孔洞。 检测时需要保证足够的安全距离(拍摄方向30m)。 在实际应用中,专业人员需要根据木结构的类型、检测目的和预算等因素,选择合适的检测方法或组合多种方法进行综合检测。这样不仅能够全面、准确地了解木结构的内部质量状况,还能够为木结构建筑或制品的安全性、可靠性与耐久性提供有力的保障,为历史建筑的保护和利用发挥重要作用。 古建筑木结构缺陷 隐藏缺陷检测与评估 木材发生腐朽需要同时具备4个前提条件: 古建筑木结构 性能检测与评估研究进展 木材的自然老化是一个复杂的化学过程,受多种环境因素的影响,同时木材具有高度变异性,不同树种化学组分相对含量具有较大差别。虽然有较多关于自然老化对木材物理力学性能参数的影响研究,但是目前尚无明晰的自然老化对古建筑木材力学性能的影响规律。 自然老化对木材力学性能影响研究结果 古建筑木结构 无损检测研究展望 今后古建筑木结构无损检测研究可以重点关注三个方向: 适合现场使用的木构件隐藏缺陷无损检测方法精度的提高; 古建筑木材保有力学性能无损检测的便捷化; 新技术的引入。






