古建筑木结构抽样检测和安全性评估方法

郭运勇，徐 帅

(1.德州德达城市建设投资运营有限公司，山东德州 253000；2.建筑经济杂志社，北京 100044))

安全性鉴定与评估是保护古建筑木结构这类文化遗产的重要举措。古建筑木结构现场检测中，一般会存在部分构件受检测设备、空间条件等因素影响而无法进行检测，同时，一般会因工作量、人员和设备数量等原因而采用抽样检测。因此，古建筑木结构一般都是以有限的检测结果进行安全性评估。当前，古建筑木结构安全性评估方法主要有残损点法[1]、评级法[2]和评分法[3]等，这些方法均从构件残损点开始，逐步评估得出建筑物的安全等级。将抽样检测结果和安全性评估方法有机结合起来，对于利用有限检测结果对古建筑木结构进行安全性评估并获得可靠的评估结果有着重要意义。

本文通过对现有古建筑木结构安全性评估方法的评估流程及要点进行剖析，给出应用抽样检测和安全性评估方法对古建筑木结构进行安全评估的建议。

1 抽样检测和安全性评估

影响评估结果可靠性的因素主要有：

(1)检测项目及评定标准；

(2)受检构件数量、类别和所在位置；

(3)是否考虑检测设备和操作等引起的误差；

(4)是否考虑不同构件对整体安全性的贡献差异；

(5)是否考虑不同残损类型及残损程度对构件安全性的影响差异；

(6)是否考虑无法检测构件的健康状况对整体安全性的影响；

(7)是否对充分考虑检测结果对整体安全性的影响。

采用抽样检测方法，古建筑木结构安全性评估就转化为用样本安全性去估计总体安全性的问题。上述因素1和因素2决定样本空间的可靠性，因素3决定检测手段的可靠性，因素4～因素7决定评估方法的可靠性，因此，采用抽样检测方法评估古建筑木结构的关键在于：样本、检测手段和评估方法。

2 鉴定因子安全性评估

目前古建筑木结构安全性评估方法主要有：残损点法、评级法和评分法。这些评估方法均以定性鉴定为主，以定量鉴定为主，将建筑物划分为不同级别和不同类别的鉴定因子，先分别对鉴定因子进行安全性评估，再综合得出建筑物的安全等级。因此，抽样检测和评估的关键环节是利用有限的检测结果对鉴定因子的安全等级做出合理的评价。

2.1 构件的安全性评估

2.1.1 评定方法

构件安全等级的评定方法主要有:

(1)根据检测项目的最坏残损程度评定构件的安全等级；

(2)根据达到各残损程度的检测项目数量评定构件的安全等级；

(3)分别指定各检测项目一个权重，根据各检测项目的残损程度评分求构件的综合安全评估值，评定其安全等级。这些方法对抽样检测的适用性为方法1>方法2>方法3。

2.1.2 评定注意要点

对于构件的安全等级评定应注意以下几点：

(1)同一检测项目的同一残损程度(除au级外)对于不同受力状态构件的安全性的影响是不同的；不同构件的同一安全等级(除Au级外)所对应的同一检测项目的残损程度应是不同的。例如裂缝对于梁构件的影响要远大于柱，因此梁构件安全等级为Cu级所对应的裂缝残损程度与柱构件安全等级为Cu级所对应的裂缝残损程度应该是不相同的。因此构件的各个检测项目残损程度应根据构件的类型设定不同的评定标准。

(2)若按单一检测项目进行安全性评定，均得到同一安全等级，那么这些检测项目的残损程度对构件安全性的影响应是等价的；当构件达到某一残损程度(除au级外)的检测项目达到某一数量时，会使构件的安全性继续降低。例如对于承重柱构件，残损程度均为cu级的开裂和腐朽等检测项目，应分别能够使构件安全性达到Cu级，但当残损程度达到cu级的检测项目达到某一数量时，宜让构件的安全等级降至Du级。因此，在构件安全性评估时应考虑检测项目类型、数量及残损程度对其安全等级的综合影响。

(3)对于未检测的残损类型，应不计入其残损程度对构件安全等级的影响。当采用抽样检测或受到检测设备、检测条件等限制而部分检测项目无法检测时，在评定构件的安全等级时，可认为这些残损类型不存在残损点而不计其影响。

2.2 子单元的安全性评估

2.2.1 评定方法

子单元安全等级的评定方法主要有：

(1)根据构件的最低安全等级评定子单元的安全等级；

(2)根据处于各安全等级的构件的数量或比重评定子单元的安全等级；

(3)指定各构件一个权重，根据构件的综合安全评估值求子单元的综合安全评估值，评定其安全等级。这些方法对抽样检测的适用性为方法3>方法2>方法1。

2.2.2 评定注意要点

对于子单元的安全性评定应注意以下几点：

(1)不同构件的同一安全等级(除Au级外)对于同一子单元安全等级的影响是不同的。例如对于承重木构架，安全等级为Cu级的承重柱和随梁枋对承重木构架的安全性影响不同。因此，在子单元的安全性评定中，可将构件按其对结构承载能力和变形能力的影响程度分为重要构件、一般构件或构造等，也可通过指定权重来反映这一点。

(2)同一构件的同一安全等级对不同结构形式的同类子单元的影响可能不同。如穿斗式木结构中的枋对结构整体性和承载能力的影响要大于抬梁式木结构中的枋。因此，在子单元的安全性评定中，可根据不同结构类型的建筑物划定不同的重要构件集、一般构件集，或建立不同的权重向量。

(3)当采用抽样检测时，宜计入未检测构件的安全等级对子单元安全等级的影响(尤其是当未检测构件为重要构件时)，未检测的构件应按不低于所检测构件的最低安全等级和不高于Bu级处理。若不考虑未检测构件的安全等级，则评估结果具有很强的片面性。木结构古建筑均年代久远，构件的安全等级基本不会达到au级；对于未检测构件来说，其安全等级的下限取值不应低于已检测构件的最低安全等级，从而保证鉴定和检测的必要性和合理性。本文建议，未检测构件的安全等级可取其相邻或接近的相同受力状态的构件中的最高安全等级，但不宜为au级。

2.3 鉴定单元的安全性评估

鉴定单元安全等级宜取子单元中的最低安全等级。一般地，鉴定单元可划分为承重子单元和非承重子单元，鉴定单元的安全等级宜主要由承重子单元的安全等级决定，而非承重子单元的安全等级宜用于修正最后的评估结果。

3 工程案例

本文选用工程为某皇陵隆恩门。隆恩门为五开间两进七架梁木构架，重檐歇山黄琉璃顶，有斗栱铺作层，山墙为下肩腰线石干摆上身城砖糙砌抹灰，台基为青白色石须弥座，南北各连三连面六级垂带踏跺，立面图见图1。

隆恩门于1953年揭瓦屋顶维修，1979年装修明柱，2010年檐柱、中柱表层清理，并补做脱落缺失地仗。

图1 隆恩门南立面

3.1 检测和评估方案

本文以隆恩门整栋建筑物为1个鉴定单元，再分为地基和台基、承重木构架和围护结构3个子单元，本次检测以构件的残损为主。根据初步调查情况发现，木构件的残损类型主要为材质糟朽疏松、干缩裂缝，部分构件缺失，存在少量脱榫和偏移情况。所以构件取糟朽疏松、开裂和偏移作为检测项目，木构架的整体性根据构件的脱榫、缺失等情况进行判定，由于当前还没有关于古建筑木结构的安全性评定标准，因此按GB 50292-1999《民用建筑可靠性鉴定标准》[2]中关于木构件安全等级评定标准进行检测和鉴定。

现场检测设备有卡尺、橡皮锤、FAKOPP应力波、ILM阻抗仪(进针速度100)、三维激光扫描仪等。受检测设备和检测空间的限制，只对柱、七架梁、五架梁等构件使用仪器进行检测。斗栱、檩、椽的安全等级依据相邻构件的安全等级和现场观测情况进行判断。

3.2 现场检测结果

现场部分检测结果列于表1。

表1 检测结果

3.3 安全评估结果

采用评分法计算承重木构架的综合安全评估值。按1为完好无损、0.9为存在不影响功能的残损、0.7为轻度残损、0.5为中度残损、0.3为重度残损、0.1为丧失功能、0为破坏或缺失的评分标准对构件的安全性进行打分，安全等级与评分值的对应关系为[0.9，1]-au级、[0.7，0.9)-bu级、[0.3，0.7)-cu级、[0，0.3)-du级。

取构件集空间(角柱，檐柱，金柱，七架梁，五架梁，三架梁，平身科斗拱，柱头科斗拱，角科斗拱，檐檩，下金檩，上金檩，脊檩)，每个构件集中最低评分分别为(0.7，0.3，0.9，0.5，0.7，0.9，0.5，0.3，0.3，0.9，0.9，0.9，0.9)，根据标度法求得各构件集的权重分别为(0.12，0.10，0.10，0.08，0.07，0.05，0.05，0.07，0.8，0.08，0.07，0.07，0.08)，按加权求和法计算得承重木构架的综合安全评估值为0.66，安全等级为Cu级，与残损点法和评级法的评估结果相同。上述计算过程中，构件集的划分越细，结果的可靠性越高。

根据地基和台基和围护结构的现场调查情况，均未出现显著影响其承载功能和变形功能的残损，因此均评为Bu级，则隆恩门的安全等级为Csu级。

3.4 加固维修建议

本次检测发现部分柱根部木材疏松槽朽严重，建议进行墩接；部分梁的铁箍上的销钉脱落，建议补全，并对梁表面的裂缝进行嵌补或注胶修复。存在瓜柱碎裂，应替换新构件。还应补全缺失的两根枋和斗拱上的零件。对槽朽的椽条，应进行替换。

4 结论

(1)当采用抽样检测方法对古建筑木结构进行安全性鉴定和评估时，样本空间、检测手段和评估方法地选择对安全性评估结果的可靠性影响较大。

(2)采用抽样检测时，检测项目应根据相关资料和现场调研选择容易出现残损点的残损类型；构件应选取对建筑物整体安全性影响较大且易于检测的构件。