木材是人類建筑史上應用時間最長的建筑材料之一，已有數千年的使用歷史，木結構是單純或主要由木材承受荷載的結構，在中國現存的古建筑中，木結構占有相當大的比例。據不完全統計，北京現有國保、市保、區(qū)保等文物建筑1700余處，其中木結構建筑有1200余處，約占71%。然而木材作為木結構建筑最主要的組成部分，由于其生物材料特性，容易發(fā)生開裂、蟲蛀和腐朽等缺陷^[1-2]，尤其在屋頂漏雨、空氣潮濕時，腐朽發(fā)生率更高、速度更快^[3]；同時木構件在長期局部受壓情況下也會產生構件變形或節(jié)點破壞等問題^[4-6]，嚴重時甚至導致構件斷裂，這些都成為結構隱患。長時間實踐證明，古建筑的修繕大都緣起于木結構的損壞^[7-8]，而木結構的損壞又多是由于木材本身的損壞造成的。因此，為保護這些古建筑，保存歷史文化信息，除做好現有的古建筑木結構日常保護和修復加固工作外^[9-11]，開展相應的勘察統計與研究工作同樣不可或缺^[12-13]。鑒于此，筆者基于北京、浙江、江蘇等地木結構古建筑勘察情況，總結古建筑木結構最容易殘損的位置和主要殘損類型，分析殘損產生的原因，并提出避免殘損發(fā)生的措施，為更有效地保護木結構古建筑提供技術支撐。

1. 古建筑木結構殘損勘察技術

古建筑木結構勘察技術是指以外部損傷檢查、內部損傷探測、病蟲害檢測、木材強度檢測和木材取樣分析為基礎的木構件現狀評估，以及結合結構布局調查和建模的木結構建筑整體安全狀況評價，并根據殘損點分析，提出構件針對性保護以及預防性保護措施的技術，如圖1所示。其中，殘損勘察技術包括外部損傷檢查、內部損傷探測、病蟲害檢測和取樣分析等多方面，構件開裂、腐朽、變形、蟲蛀等均為殘損。

圖1 古建筑木結構現場勘察技術

2. 古建筑木結構殘損結果與分析

筆者前期對北京、浙江、江蘇等多地木結構古建筑的勘察結果表明，木結構古建筑的木構件或多或少地存在一定程度的殘損，其中占比最高的為構件開裂，該類型殘損在所有殘損中的占比大于50%；其次為構件腐朽，占比雖低，但危害較大；此外，構件的變形和蟲蛀也偶有出現。本文以前期多處古建筑木結構的勘察數據為基礎，對多發(fā)殘損進行相關統計和分析。

2.1 大多數的構件開裂并不影響結構安全

古建筑木結構最常見的殘損為干縮裂縫，幾乎所有木結構建筑的柱、梁、檁、枋等構件會出現一定程度的開裂，如圖2所示。一般的開裂不會影響結構安全，其表征分析可通過探針刺探深度、尺量長寬進行判定。

圖2 木構件的開裂

木材開裂與其含水率及木材本身的生物質材料特性有關，尤其是木材使用前如果未干燥至當地的平衡含水率，或者干燥方法不當使得木材內外存在一定的含水率梯度，使用后隨著時間推移水分散失，木材將產生收縮開裂。一般來說，檁的開裂多從端頭邊緣位置開始；梁和枋經過了機械加工，在加工過程中應力得以釋放，從而在一定程度上可降低開裂發(fā)生的概率。在原材料相同情況下，所加工的木構件越小，木材應力釋放得越多，內外含水率梯度更容易均衡，開裂概率及程度越低。

從古建筑用木材開裂的樹種統計結果（表1）來看，常用木材樹種中容易產生開裂的有落葉松等，這是因為落葉松等木材的弦徑干縮比較大（弦徑干縮比＞2.0），更容易產生干縮變形。同理，云杉等木材的弦徑干縮比較小，因此相對于落葉松等木材不容易產生干縮變形^[14-15]。此外，早晚材差異、密度等因素也會在一定程度上影響木材的開裂。

表1 古建筑木結構常用樹種的分布及干縮性

2.2 大跨度的梁和枋是否存在斷裂跡象應被關注

古建筑木梁和枋承受的荷載方向以豎向為主，當梁、枋界面尺寸較小或隨著時間的推移在長期荷載作用下，木梁、枋在豎向可能會產生過大變形，進而發(fā)生斷裂，如圖3所示。因此，對于大跨度梁、枋構件，若發(fā)現變形時，應測定其豎向撓度，并檢測其受力點是否有斷裂跡象。

圖3 木構件的豎向變形及斷裂

2.3 埋墻柱為腐朽殘損多發(fā)區(qū)域

古建筑木結構的腐朽大多發(fā)生在埋墻柱（包括半露明柱和墻內暗柱），以北京某古建筑群木柱的勘察統計結果為例，中度以上腐朽的木柱中，埋墻柱占比超過了62.29%；重度腐朽的木柱中，埋墻柱占比超過了75.00%。這充分說明，埋墻柱是木結構古建筑中容易發(fā)生腐朽的木構件，應作為檢測和監(jiān)測的重點。對于此類位置木構件，因裸露空間較少難以進行木柱內部整體掃描；對具有一定裸露空間的，可以使用阻抗儀等刺入式探測手段，利用有限的裸露空間通過發(fā)散探測分析木材腐朽體量，如圖4所示。

圖4 埋墻柱及探測方法

不具備檢測操作條件的埋墻柱，可嘗試采取排氣孔等開口探針刺探，必須要破開墻體進行勘察。木材腐朽是因為木材本身的生物質材料特性，隨著使用時間的推移不可避免會出現材質的下降，其次木材是由纖維素、半纖維素、木質素等有機高分子組成的，這種材料是一些木腐菌和昆蟲的營養(yǎng)物質，在合適的溫、濕度條件下危害生物便會加速繁殖，使木材發(fā)生腐朽，造成木結構損毀。一般來說，木構件易發(fā)生腐朽的位置多為潮濕和通風不良的區(qū)域，比如埋墻柱和隱蔽的漏雨區(qū)域，這是因為墻體中立柱或漏雨區(qū)域構件長期處于潮濕環(huán)境，形成了危害生物的繁殖條件。

2.4 檁構件隱蔽處易產生不易察覺的腐朽

檁構件隱蔽處指的是檁條與椽子望板交接處，大多數檁構件處于建筑高處，往往因位置關系不易于被勘察。檁構件隱蔽處產生腐朽是瓦面或者該位置結構松動等原因，導致雨水從屋頂滲入后首先進入椽子望板，然后接觸到脊檁、金檁或正心檁等構件，長期交替的潮濕致使殘損。如圖5所示，腐朽的檁條上有漏雨痕跡。

圖5 木構件的腐朽

判定檁構件隱蔽處是否存在腐朽：1）認真刺探每一根檁的隱蔽部位，確定其表面是否存在腐朽；2）觀察是否存在雨水痕跡，當某處構件上存在雨水痕跡，該處區(qū)域內的構件均應詳細刺探，以確定是否存在腐朽和其他殘損。

2.5 木材蟲害大多表現為陳舊性蛀孔

木材蟲害是木結構古建筑的一大安全隱患，一般在木結構材質狀況勘查中很難發(fā)現活蟲，而是由它們造成的木材危害狀，常見的形式為陳舊性蛀孔及殘留蛀屑，如圖6所示。陳舊性蛀孔是指原有蟲蛀，現在已沒有活蟲危害，這種情況在古建筑木結構中比較多見。蛀孔、蛀屑的存在往往為木材腐朽菌的滋生創(chuàng)造了良好條件，因此，木構件的腐朽和蟲蛀多是伴生的。

圖6 木構件蛀孔及蛀屑

從分類學角度來說，危害古建筑木結構的昆蟲主要分為：蛀木甲蟲（包括天牛、粉蠹、長蠹、竊蠹等）、白蟻和木蜂。若現場勘察發(fā)現活蟲，進行蟲體鑒定分析，并針對性防治即可。對于現場勘察未發(fā)現活蟲，但具有明顯危害狀的構件，可以根據蟲孔、蟲道、蛀屑以及整體危害狀的表現形式進行鑒定，如圖7所示。一般來說，小蟲孔多為粉蠹類等蠹蟲危害所致，數量不多時，對木材使用影響不大。鉆蛀大蟲孔的蛀蟲有天牛和木蜂，木蜂鉆蛀直徑可達1cm以上，兩者的區(qū)分除蟲孔和整體危害狀外，對蟲道和殘留蛀屑進行顯微觀察和殘體提取，可以更好地鑒別。白蟻是既不同于天牛和木蜂，也不同于蠹蟲的另一類重要害蟲，白蟻蛀入木材內部，喜好蛀食木材較柔軟的部分，故木材被害成溝狀、深縫狀，嚴重時整個木材僅殘存片狀或條狀。長期現場勘察發(fā)現，木材遭受害蟲蛀蝕已嚴重損壞的，即使反復查勘也很難發(fā)現活蟲。因此，木構件的危害狀及現場木屑，成為鑒定害蟲種類的重要依據。

圖7 木構件危害狀

木材害蟲多是在建筑初建或修繕時，由于原木加工處理不當而被帶入建筑中的，因使用木材未嚴格干燥且未進行防蟲處理，害蟲得以生長和繁殖。此外，古建筑室內布置隔斷或布局改造時木質裝飾材料使用不當，也可能帶入木材害蟲，這種情況亦不少見。有些蟲害的發(fā)生也與建筑周圍環(huán)境相關，如建筑物周圍存在樹木花草茂密的地方更容易發(fā)生木蜂危害，白蟻多發(fā)地區(qū)易出現白蟻危害。

除常見害蟲蛀蝕外，部分木構件上存在蝙蝠糞便、鳥類糞便等，如圖8所示。這些殘留不會嚴重影響木結構的安全，但會產生一定的表層腐朽。此外，部分木構件的連接區(qū)域也曾發(fā)現泥蜂巢，泥蜂不鉆蛀木頭，對木構件無危害。

圖8 蝙蝠及泥蜂危害

3. 建 議

1）古建筑內使用任何木質材料均應進行科學合理的干燥。

木材的干燥既可以減少木材開裂的發(fā)生，又可以滅殺可能潛藏在木材中的部分木材害蟲。木構件的修繕、更換以及木質裝修材料使用前，均應進行科學合理的干燥，使其達到使用地區(qū)的平衡含水率。從材料源頭上保證木結構不出現殘損隱患，是非常重要的一環(huán)。

2）古建筑上層構件部分區(qū)域設置溫濕度監(jiān)控。

在材料質量符合要求情況下，保證良好使用環(huán)境也尤為重要。對于非立柱構件而言，最重要的是確保屋面沒有雨水滲入，當難以避免雨水滲入時，應做好重點區(qū)域溫濕度的監(jiān)控，以確保及時察覺和處理隱患。監(jiān)控木構件所處環(huán)境的相對濕度，及時發(fā)現引起環(huán)境濕度變化的雨水滲入點，對保護古建筑木結構至關重要。

3）古建筑木柱的處理將是研究的重點。

古建筑木柱的安全始終是建筑安全重中之重。對于露明柱可以采取柱礎隔離其與地面的接觸，而對于埋墻柱而言，不可避免地需要接觸到墻體，在通風不良和潮濕的條件下，如何從材料、工藝等方式入手，防止或延緩埋墻柱腐朽的發(fā)生，將是以后研究的重點。

4）古建筑木結構的蟲害防治應該防重于治。

古建筑木結構的蟲害防治除主動防御外，還應結合區(qū)域特征進行預防保護，如出現天牛危害建筑應定期在木料表面進行藥劑處理，避免天牛等成蟲產卵，建筑物周圍存在樹木花草茂密的地方應警惕木蜂危害，而白蟻多發(fā)區(qū)域可以設置防護層或誘殺坑進行預防或預警。

5）古建筑木構件應逐步建立健康檔案。

隨著時間的推移，古建筑木構件由于生物質材料特性均會產生一定的殘損，對所有木構件尤其是存在一定殘損的木構件，進行殘損信息數字化，同時對該構件進行相應的樹種鑒定和木材強度測定，以此構建古建筑木構件殘損及相關材質信息的數據檔案，從而為科學研究和修繕設計提供快速的個體查詢和信息提取渠道。這也是保護木結構古建筑及保存歷史信息的有效方式。

參考文獻（略）

文章摘自：袁霄 陳勇平 郭文靜《古建筑木結構多發(fā)殘損的特征及防控分析》木材科學與技術第35卷第5期2021年9月

北京大學古建筑營造設計文化研修班-12月開課