一种木结构构件加固方法

技术领域

本发明涉及一种木结构构件加固方法，尤其是木结构梁、柱加固方法。利用冷弯薄壁型钢轻质高强的特点，提高木结构构件的抗震、防火、抗腐蚀性能等。

背景技术

木结构具有施工周期短、节能环保等优点，因而被广泛应用于建筑工业领域。在实际工程中，由于使用环境和使用功能的改变，木结构往往出现需要加固的情况。木材的顺纹抗压强度设计值一般为10~16MPa，顺纹抗拉强度设计值一般为8.0~10MPa，顺纹抗剪强度设计值一般为1.3~1.7MPa，冷弯薄壁型钢材料的抗拉和抗剪强度设计值一般在205Mpa和120MPa以上，因而冷弯薄壁型钢材料抗拉强度为木材的10~20倍以上，抗剪强度为其70倍以上。另外，冷弯薄壁型钢还具有耐腐蚀性好、抗震性能好、易加工成型等优点，因而用冷弯薄壁型钢对木结构进行加固能极大地提高其承载力，同时改善其耐腐蚀性能及抗震性能。

我国作为一个木结构建筑大国，在新建建筑中木结构应用越来越广泛。国内外许多学者对木结构节点连接、力学性能进行了深入研究，使其性能得到极大的提高。然而木结构构件容易受虫蛀和腐蚀，且其抗火性能较差等问题尚未得到有效解决，现有木结构建筑很多破损严重，严重影响结构的耐久性、安全性，急需进行维修和加固。

针对木结构现有的加固方法大致可分为嵌补加固法、木墩接加固法、换柱加固法和 FRP加固法等。其中嵌补加固法指在柱产生裂缝时，利用木条和胶粘剂等方式进行镶嵌粘补，此方法是为了恢复木构件的受力截面，而此时构件相当于由两部分组成，故受力性能不如原构件；木墩接加固法主要适用于木结构柱，适用范围较窄，只适用于柱角腐朽严重且木柱底向上破损长度不超过柱高1/4的建筑；换柱加固法即用新的木结构柱替换旧木结构柱，施工条件苛刻，此方法要求先卸去作用在柱上所有荷载，对一些荷载分布复杂的木结构建筑来说施工困难，并且安全系数较低；FRP加固法即利用高性能纤维增强复合材料(Fiber reinforced plastics , FRP)，主要包括GFRP、CFRP、AFRP、BFRP等，对木结构进行加固，此加固方法虽然能较大提高木柱承载力，但往往使用的FRP材料价格昂贵，成本高，且对木构件防火及防腐性能没有提升。以上多种方法存在费时、费力，且经济成本较高的缺点。

冷弯型钢是指以热轧或冷轧钢带为原料，在常温状态下经压力加工制成的各种复杂断面型材，亦称薄壁型钢，是轻型建筑结构钢材的一种。冷弯型钢生产已有100多年历史，中国于1958年在上海建成第一套冷弯型钢生产机组，至80年代末已有30多套成型机组，生产近100个品种、年产量为20多万吨。目前的冷弯型钢的生产技术已经较为成熟。如今全世界冷弯型钢年产量在800-1000万吨，约占钢材料的3％，其中30%用于建筑方面。最新标准GB/T 6725-2008中增加了冷弯型钢产品屈服强度等级分类、增加了细晶粒钢、增加了产品的力学性质等具体考核指标。

发明内容

目的是提供一种加固木结构柱的方法，为了满足实际工程中木结构构件现场加固的需要，将冷弯薄壁型钢构件外包于木结构构件表面，充分发挥冷弯薄壁型钢轻质高强的特点，实现加固的目的。

本发明所采用的技术方案是：一种木结构构件的加固方法，包括木结构构件、冷弯薄壁型钢构件和自攻螺钉，冷弯薄壁型钢构件外包于木结构构件表面，并通过自攻螺钉进行连接，形成组合构件，达到共同受力的效果，充分发挥冷弯薄壁型钢屈服强度高的优势，实现加固的目的。

上述木结构构件经过该装置加固后，具有较好的抗震性能，尤其是对于木结构建筑及木结构古建筑进行加固时，该装置可提高建筑整体的抗震能力。

上述木结构构件经过该装置加固后，具有较好的防火性能，尤其对于一些干旱容易发生火灾的地区，在对木构件进行加固后，能较好的提高木结构建筑物的防火能力，降低火灾发生的概率。

本发明的效益是：提供了一种用冷弯薄壁型钢对木结构构件进行加固的方法，施工方便，成本低廉，同时也有助于改善木结构构件的抗火性能、耐腐蚀性能及抗震性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1为本发明示意图；

图2为剖面图；

图1中：1.自攻螺钉，2.冷弯薄壁型钢构件，3.木结构构件。

具体实施方式

如图1、图2所示，将冷弯薄壁型钢构件2外包于木结构构件3表面，并用一定间距的自攻螺钉1进行连接，形成组合构件，实现加固的目的。

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

图1中构件3可以是木结构柱子或木结构横梁等构件。

图1中1自攻螺钉可以根据实际情况选择，自攻螺钉主要用于一些较薄板件的连接与固定，其穿透能力一般不超过 6mm，最大不超过12mm，因此在不同情况下，根据使用不同厚度的冷弯薄壁型钢可以选择直径级数、螺纹数量不同的自攻螺钉。

已有实验证明，当自攻螺钉间距小于屈服半波长度λｃ时，随着螺钉间距的增大，截面短柱的极限承载能力呈下降趋势；当自攻螺钉间距等于半波长度 λｃ时，截面短柱的极限承载能力增大不明显；当螺钉间距大于屈服半波长度λｃ时，截面极限承载能力则呈下降趋势。因此，本发明中，自攻螺钉的间距控制在半波长度λｃ为宜。

图1中的构件2为冷弯薄壁型钢，可以根据木构件的裂缝程度、腐蚀程度来选择不同厚度、形状的冷弯薄壁型钢。

在安装时，针对构件的裂缝，无论裂缝的大小，须先清除裂缝中残留的积存物，当裂缝小于3mm 时，可以用腻子把裂缝勾抹严实，当裂缝介于3mm和 30mm之间，并有贯通的趋势时，可以使用碎木条镶嵌和使用粘合剂将木结构粘牢，当裂缝的宽度大于30mm时，必须嵌补裂缝，在完成预备操作后，使用冷弯薄壁型钢对开裂段进行加固，以此来提高和恢复构件的强度和刚度。针对构件的腐朽，如果木构件只有表层木材被腐蚀，内部木材料保存完好，在安装冷弯薄壁型钢时，需先将腐朽部分清除，同时对构件表面进行防腐、清净处理后，按照木构件的缺口形状选择相适应的冷弯薄壁型钢，并用自攻螺钉固定。

针对遭受虫害或真菌破坏的木材，可以采用化学处理的方法来提高木结构的抗虫害的能力。针对木结构的腐蚀，可以在木构件表面涂上防朽剂，让其在通风的状态下风干。在对木构件进行处理后，可以在构件上安装本发明，冷弯型钢和自攻螺钉本身具有很好的抗腐蚀能力，可以很好的保护木结构，提高木结构抗腐蚀的能力。

本发明与已有加固木结构的方法相比具有较大的优势，不仅加固了木构件，大大提高了木构件承载力，加强了木结构的抗震、抗腐蚀的性能，同时还解决了木结构防火性能差的问题，显著提高木构件承载力和耐久性。同时，相对于FRP等加固法，本发明更易于施工，成本更低，性价比高。