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    木結構屋頂修繕保護研究

    木結構屋頂修繕保護研究

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    1?工程概況


    始建于1958年的江蘇師范大學云龍校區師源樓,為徐州市歷史建筑,總建筑面積6?015㎡,主體4層、裙房3層,主體結構采用磚混結構,頂層為磚木混合結構,四坡屋頂。


    (1)大屋面施工作法。采用豪式木屋架,在木結構檁條上釘40?mm×60?mm木椽條,椽條間距400?mm,木椽條上方鋪1層15?mm厚木望板,木望板上做1道油毛氈防水層,再做25?mm×25?mm掛瓦條,鋪平瓦屋面。


    (2)檐口作法。出檐懸挑用30?mm×40?mm平頂筋,中線間距400?mm,平頂筋下釘40?mm寬的木板條,木板條面層上再抹反手灰,緊貼平頂筋前端釘有30?mm×50?mm木條,木條外口再釘20?mm×250?mm的封檐板,屋面瓦由檐口鋪至屋脊,封檐板就成了瓦面檐口的落腳點,相當于瓦口板的功用。


    (3)四坡屋面排水體系。通過坡屋面的瓦面層將雨水排至各向屋檐檐口,通過檐口處的集水槽收集雨水,集水槽內做好返水坡度,雨水有組織的排向建筑邊角處的落水槽,從而使屋面水有秩序的排至地面,避免雨天出現較大的下水簾。


    2?使用情況及出現問題


    建成以來,該建筑一直作為教學樓使用至今,2019年9月使用單位反映屋面有多處漏雨。經過實地勘察發現,屋面不平且整體有起伏,約20?%的屋面瓦出現缺損松動,瓦件間有較大縫隙;脊線不順直,脊瓦多處松動破損,坐瓦的水泥砂漿酥堿風化失去對脊瓦的約束;檐口存在多處小面積脫落,封檐板表面油漆整體失光褪色,多處漆飾起皮脫落。


    從房屋內部看,木望板受潮腐朽變形,表面有鹽堿漬、泛白痕跡等水痕污染,病害量約占總量的90?%,木椽條表面有水痕污染,病害量約占總量的60?%,由此可推斷,油毛氈防水層的可靠程度降低,已無法防住屋面滲漏下的雨水;部分弦桿、腹桿、木檁等木構件存在干縮裂縫,弦桿與腹桿以及構架體系相互搭接處鐵扒釘、鐵板對插螺栓等金屬構件出現銹蝕(圖1)。


    圖片

    (a)                              (b)

    圖1?江蘇師范大學云龍校區師源樓出現的部分問題

    (a)屋面整體有起伏;(b)檐口存在多處小面積脫落


    為此,委托具有相應資質的鑒定單位對建筑進行殘損等級評估,本建筑殘損等級定為c'級,有中度殘損點,已影響該建筑的安全;其中木椽望殘損等級為c'級,木望板、木椽條上部受潮腐朽較普遍,已影響屋面層的結構安全;上木結構體系定為b'級。


    3?原因分析


    該建筑作為教學樓使用已有62年,且始終沒有經過大修,鑒于現場勘查情況進行原因分析如下。


    從表面看,屋面瓦間有較大縫隙、油毛氈損壞導致屋面防水幾乎失效,雨水滲入屋面層內部,進而引起木望板、木椽條等木構件出現嚴重水污染,室內出現漏雨現象。


    從更深層次分析,屋面瓦間之所以會出現縫隙,很大一部分原因是屋頂結構出現變形。弦桿、腹桿、木檁等木構件出現干縮裂縫,節點金屬構件出現松脫、銹蝕以及殘損等級評估也驗證了這一分析。長期負荷并受自然因素影響下,木材的強度會大幅減弱,金屬構件也會出現松脫、銹蝕等現象,影響屋架穩定性,引起屋面變形,進而引發屋面瓦出現起伏、瓦件間出現較大縫隙、脊瓦不順直等。同時,屋面出現滲漏后加大了對木構件的損傷,降低材料強度、破壞屋面結構,如此周而復始,形成惡性循環,如圖2所示。

    圖片

    圖2?屋頂結構變形原因分析


    綜上分析,此次滲漏問題的根本原因在于木屋架的結構變形,屋面滲漏只是表面問題。


    4?修繕過程


    4.1?主要修繕內容及秉承原則


    經過上述分析,修繕工作小組決定對建筑屋面進行揭頂修繕,本次修繕主要包括以下兩方面內容。

    (1)更換防水層及屋面瓦,解決屋面滲漏問題。


    (2)結構加固,對屋頂木結構進行修整加固,解決結構變形問題。由于本建筑為徐州市歷史建筑,承載了獨特性的歷史信息,具有獨特的文化內涵和價值,因此此次修繕秉承“修舊如舊”的理念,盡可能地做到“原材料、原形制、原工藝、原作法”,堅持不改變歷史建筑原狀、適度保護、最低限度干預的原則,排除局部險情、修整損傷部位、加固屋頂結構,保護好歷史建筑,使其處于健康的狀態,從根本上解決由于屋頂的安全隱患所帶來所有問題。


    4.2?施工過程


    4.2.1?拆除

    依次拆除屋面瓦、掛瓦條、油毛氈、木望板等屋面覆蓋層,露出木屋架,拆除過程中對屋面瓦按規格、損壞程度分別碼放,進行分類整理。


    4.2.2?木構件保護層修復

    對裸露的木屋架進行除灰除塵、涂抹2遍桐油、噴涂白蟻防治劑,新置換的木椽條、木望板、掛瓦條等木構件涂刷兩遍桐油、噴涂白蟻防治劑后才能安裝。


    4.2.3?結構修整加固

    屋面揭頂后首先檢查木構件情況,設計人員對木梁、弦桿、腹桿、木檁、木椽條、木望板等木構件進行一一甄別,對不同情況提出針對性的修整加固方案。

    (1)木構件加固。木構件裂縫超過GB/T?50165—2020《古建筑木結構維護與加固技術規程》要求的進行環氧樹脂木條嵌補,并用碳纖維布進行粘貼箍牢加固等,確保滿足受力要求下舊料的最大利用。

    屋面揭頂后,發現木屋架與墻體連接良好、木梁基本完好,木檁、弦桿主要出現裂縫問題,僅少量部位被雨水侵蝕,經加固后可以滿足受力要求。經統計,共139處裂縫,裂縫寬度為0.4~2.0?mm,主要集中在0.5~1.0?mm,此區間的裂縫占所有裂縫的71.02?%。經設計人員現場甄別,主要采用綁扎法和加緊法進行加固,用環氧樹脂嵌縫后再采用碳纖維布箍牢、增加抱箍、兩梁交接松動處用木楔塞緊等加固保護措施。


    (2)更換木構件。糟朽、劈裂、撓度下彎超過修繕加固標準的木構件按原木材品種原形制進行添配。經甄別,木椽條、木望板、掛瓦條受潮腐朽嚴重,決定更換有水痕、糟朽的木椽條,并在原木椽條空檔處新加1道尺寸相同的木椽條;木望板和掛瓦條全部更換,尺寸與原尺寸相同。


    (3)節點處理。重新緊固鐵扒釘、對穿螺栓等金屬構件,表面涂抹除銹防銹漆;對于銹蝕嚴重處,重新增加金屬構件,表面涂抹防銹劑;對于節點松脫較為嚴重處,用木楔塞緊或增加鐵扒釘等金屬構件,對節點松動處進行有效的扒結或錨固。


    4.2.4?防水層修繕

    拆除已失效的防水材料,用SBS防水卷材代替油毛氈作為防水材料敷設在木望板表面。


    4.2.5?屋面瓦施工

    更換全新的木質掛瓦條,固定在SBS防水卷材表面,將屋面瓦固定在掛瓦條上。為保持原有立面效果,盡量使用原有屋面瓦。最終更換的屋面瓦面積約300?㎡,占屋面總面積17?%,新置換的屋面瓦從附近農村購買,外表面盡可能保持一致,并穿插使用,盡量保證視覺上的一致性。


    4.2.6?檐口修復

    檢修封檐板、檐口方木、木板條等檐部木構件,修補殘損木料、更換糟朽變形的木料,重做木料表面油漆;原狀保留反手灰,局部病害處針對性修補。反手灰表面油漆選用灰白色,與周邊檐口近似,保證整體環境的協調統一。


    5?修繕要點


    5.1?保持原有結構體系不變

    木梁、木檁、木椽條、木望板、屋面瓦的結構體系得以完全保留。修復時對結構的所有木構件進行一一甄別,盡量保留原有材料,對于損害嚴重的木構件進行加固或更換。


    5.2?盡量保留原有施工工藝

    屋面瓦修復時,仍采用木質掛瓦條掛瓦施工的工藝,檐口部分仍采用木板條表面抹反手灰的做法。


    5.3?用現代化材料對結構進一步加固

    屋面揭頂后,根據甄別情況,將開裂的木檁、弦桿、腹桿用環氧樹脂嵌縫、碳纖維布粘貼箍牢等,增強可靠性,使結構加強,保證使用安全;所有木構件噴涂白蟻防治劑,增強耐久性。


    5.4?用現有較好材料代替原有較落后材料

    在修繕過程中,大部分材料仍沿用原有材料品種,僅防水材料發生了變化。原有防水材料油毛氈在市場上已不多見,且經長期實踐,防水性一般,經修繕工作小組研究決定,用SBS防水卷材代替油毛氈作為防水材料。


    6?修繕保護成果


    工程完工至今已歷經兩個雨季,每次大雨天氣學?;ú块T都會對頂層每個房間進行檢查,未發現一處漏雨現象。防雷、排水等設施恢復原狀,均正常運行。此次修繕不僅解決了漏雨問題,更對建筑物結構進行重新加固,使歷史建筑重新煥發生機,保證了歷史建筑保護與再利用的可持續性。


    7?結論


    對于木結構建筑的修繕要重點關注結構問題,木材在長期負荷和自然因素影響下強度會大幅減弱,引發結構問題。因此要加強對木結構房屋的維護,定期涂抹防護劑、金屬除銹防銹漆,進行白蟻防治等,如發現節點處金屬構件出現松脫,及時緊固。


    屋面滲漏是建筑物較常見的病害之一,引起的原因非常復雜,可能是防水層本身,也可能是其他問題,必須根據建筑物的特點,從根本上尋找原因才能徹底解決問題。


    歷史建筑的修繕不僅要解決建筑物存在的質量問題,更要考慮如何保護建筑物的歷史信息。修繕前要充分了解歷史建筑的構造、材料、施工工藝及其承載的文化內涵,秉承“修舊如舊”的理念,盡可能做到原材料、原形制、原工藝、原作法。


    摘自《建筑技術》2023年5月,劉 寧


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