古建木构件承载能力的确定

阴 王卫滨 周海宾 代 伟

摘 要：木构件承载能力确定是古建筑木结构安全性鉴定的核心工作，而后者是木质文物古建修缮保护的重要工作之一。本文简要介绍了影响木构件承载能力的病害及其表征所需的特征尺寸，描述了当前检测各种特征尺寸的先进技术手段及方法，分析了各种病害对木构件承载能力的影响行为，提出了确定木构件最大承载力的计算思路和程序，进而科学指导古建木构件现场材质勘查工作。

关键词：古建木构件 承载能力 病害 无损检测

中国古建筑是中华文化的典型代表、重要组

[1][2]。古建成和主要载体，亦是世界宝贵的文化遗产筑中数量最多且最具特色的是古木结构，特别是

857山西古建筑木结构，如佛光寺东大殿（公元

1056年）和应县佛宫寺释迦塔（公元 年），都是世界闻名的建筑瑰宝。然而，由于木材本身的特殊性，使其更易受到外部环境因素的作用。在历经几百年甚至上千年的服役期中，由于木材自身缺陷、干燥作用、荷载作用、生物侵害、动物侵害，以及自然老化等单重或多重病害因素影响，直接会改变木构件的承载行为。因此，科学准确地获取木构件当前的承载能力，对于保持古建木构件的结构完整性至关重要。

[3]~[6]很关于古建木构件所用木材的材性研究多，基本上是利用替换获得古建木构件进行无疵小试样力学性质测试，并与当代新木材的力学性质相比较，分析木材随时间的力学变化规律。尽管这种破坏性试验结果较为准确，但无法适用于在役木构件的现场检测。阻抗仪、应力波等现代无损技术被逐步运用于对古建木构件病害的勘测调查

[7][8]。通过这些检测手段，可以初步判断木构件中内部的材质状态和可能存在的腐朽。但是，这些检测结果没有得到很好的后续分析和实践应用，以至于预测的材质状态无法转化为木构件承载能力的判断依据。本论文旨在建立木构件常见病害特征参数与木构件承载能力之间的相互关系，从而使古建木构件现场材质勘查更具有实际意义和作用。

一、影响木构件承载能力的病害

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表 给出了影响木构件承载能力的病害类型。木节是包被在树干中枝条的基部，有活节、半活节和死节之分。活节和死节的存在都会不同程度地降低木材的强度。木节对轴心受压构件承载力的影响，取决于节子的质地及木材因节子而形

1/15成的局部斜纹理；当斜纹理大于 时，应考虑木节对轴心受压承载力的影响[9]。木节对受弯构件承载力的影响，除木节的分布变异以外，还与木节的尺寸有关。

斜纹理是木材纤维的排列方向与树轴或材面成一角度。在原木中斜纹理呈螺旋状，其扭转角度自边材向髓心逐渐减小。斜纹理对木构件承载能力的影响程度，决定于斜纹理与施力方向之间夹角的大小以及构件类型。一般来说，斜纹理对受弯构件承载能力的影响大于轴心受压构件。

裂纹是木材纤维发生分离，根据裂纹的部位和方向分轮裂和径裂。轮裂在有些树木生长过程中会发生，或者木构件在长期使用过程中受内、外力相互作用木材纤维组织发生横向分离而造成。

表 影响木构件承载能力的病害类型

生长缺陷 木节、斜纹理干燥、荷载作用 裂纹 生物、动物侵害 腐朽、虫蛀孔洞

物理降解 表层老化