碳纤维布在木结构建筑物加固中的应用

华国斌，余　晖，管国强

(浙江众安建筑特种工程有限公司，浙江 杭州 310012)



碳纤维布在木结构建筑物加固中的应用

华国斌，余晖，管国强

(浙江众安建筑特种工程有限公司，浙江 杭州 310012)

摘要：通过一个碳纤维布加固木结构建筑物的工程实例，介绍了碳纤维布在木结构建筑物加固中的应用，由于此加固方法基本上不影响木结构建筑物的外观，因此受到业主的欢迎。

关键词：碳纤维布；加固；木结构；古建筑

1木结构加固概述

木结构具有取材便利、价格便宜、施工简单等特点，是人类最早采用的结构形式之一。目前，我国仍保存有大量的木结构民居、桥梁、寺庙、楼塔等古建筑。由于木结构本身的材料缺陷和环境因素，导致木结构需要频繁地维护和修复；而建筑物使用功能和使用荷载的改变，导致木结构需要改造和增强。常见的修复和加固木结构的方法有直接用新材料或者用混凝土、钢材替换原有木结构，设斜撑加固节点、嵌缝加箍等，这些传统方法，往往会破坏木结构建筑物原有风貌，不能达到古建筑“修旧如旧”的标准，且由于其带来金属构件易腐蚀、附加重量大等缺陷，不能广泛应用于木结构的加固中。

碳纤维布(CFRP布)具有可塑性大、易剪裁成型、强度高、重量轻和易于施工等优点,较适用于非规则断面的木结构表面粘贴，且由于其对木结构外观影响较小，适合在木结构建筑物加固领域中大面积应用。国内外大量的实验研究表明：粘贴碳纤维布，能提高木结构的承载能力，并且两种材料之间具有良好的粘结性能，能够很好地协同工作。

本文通过一个碳纤维布加固木结构建筑物的工程实例，说明加固前后结构的承载力变化情况，并通过展示加固前后建筑物的外观变化，为今后想通过碳纤维布加固木结构建筑物的设计者提供参考。

2工程概况

某徽派住宅，共2层，木结构。因使用需求，2层需摆放家具，楼面使用荷载需提高到2.5 kN/m2，同时，业主要求加固改造后不能改变其木结构建筑物风格。

经计算复核，原结构2层梁承载力不能满足提高后的荷载要求(板、柱能满足)，如采用混凝土或钢结构进行托换，则改变了原有木结构建筑物的风格；如采用木结构进行托换，则施工繁琐，造价昂贵，且在托换过程中易对原有木结构形成破坏。经对现场实地勘查，原木结构现状保持较好，经计算重新复核，粘贴碳纤维纤维布后，木梁承载力能达到改造后荷载要求，且粘贴碳布后，木梁截面尺寸不发生变化，后续通过碳布表面刷油漆等方式，能表现出其木结构建筑物风格。因此业主同意采用粘贴碳布的方式对此木结构建筑物进行加固改造处理。

3计算复核

选取单根最不利木梁进行计算复核，该木梁跨度为3.6 m，所属房间面积为3.6 m×0.7 m。木梁宽度b=120mm，高度h=160mm。原木梁的抗剪承载能力在未加固前已经满足要求，这里不再重复，此计算复核主要针对的是木梁的抗弯承载力。

木材抗弯强度fm=15N/mm2

考虑折减系数，取0.7

fm=15×0.7=10.5N/mm2

根据相关文献资料，粘贴碳纤维布后，其抗弯强度约提高20%。

加固后的木材抗弯强度：

fm=10.5×1.2=12.6 N/mm2

恒载取1.5 kN/m2，活载取2.5 kN/m2。

q=1.2×1.5×0.7+1.4×2.5×0.7=3.71 kN/m

根据《木结构设计规范(GB 50005—2003)》第5.2.1条，木结构的抗弯承载力应按下式验算：

式中：fm为木材抗弯强度设计值，N/mm2；

M为受弯构件弯矩设计值，kN·m；

Wn为受弯构件净截面抵抗矩，mm3。

因此经碳纤维布加固后的木梁能满足承载力要求。

4加固方案

经计算，木梁抗弯承载力不足，需粘贴碳纤维布加固处理，木楼板、木柱虽经计算承载力满足要求，但考虑到木结构年代已久，自身存在一些病害，因此对木楼板、木柱粘贴碳纤维布进行补强处理。加固节点详图见图1～3。

图1　梁粘贴碳纤维布加固详图

图2　柱粘贴碳纤维布加固详图

图3　板粘贴碳纤维布加固详图(仰视图)

5外观对比

该建筑物为2层木结构徽派住宅，加固改造前有很强烈的古建筑风格，通过加固改造前后房屋外观及内部的对比，该风格并没有被破坏，基本上达到了“修旧如旧”的效果。见图4。

图4　加固后房屋外观及内部

6结语

本文通过一个碳纤维布加固木结构建筑物的工程实例，得出以下几点结论：

1)碳纤维布和木材能很好的共同工作,因此可用于古建筑木结构的加固或新建木结构建筑的增强。

2)当木结构建筑物因年代久远，需补强维修时，或因其使用荷载增加，但增加幅度不大时，可选用碳纤维布进行加固处理。

3)碳纤维布加固木结构建筑物，对其外观没有大的影响，基本上能达到“修旧如旧”的效果。

收稿日期：2015-12-18

作者简介：华国斌(1980—)，男，浙江杭州人，工程师，从事建筑加固改造工作。

中图分类号：TU366.2；TU746.3

文献标志码：B

文章编号：1008-3707(2016)04-0033-03

Application of the Carbon Fiber Cloth in the Wood Struture Building

HUA Guobin, YU Hui, GUAN Guoqiang