木结构检测鉴定中的承载力复核解析

随着社会经济的发展，大量新建木结构建筑出现，同时我国保有大量传统木结构建筑，木结构建筑的检测鉴定的需求日渐增长，包括安全性鉴定、抗震鉴定和危险性鉴定。

张雷明博士作为技术顾问参加了杭州某知名寺庙大雄宝殿和藏经阁和五观堂木结构设计，约2010年建成。因为需要装修改造，2022年浙江省某单位对藏经阁和五观堂进行安全性鉴定，遗憾的是鉴定报告中未对结构整体做承载力分析，仅对特定构件进行了承载力验算，如此对房屋整体进行鉴定评级的依据相对不足。

1. 木结构承载力复核的几个基本问题

首先对木结构承载力复核涉及的几个基本问题做一介绍。类似于传统的钢筋混凝土结构、钢结构和砌体结构，木结构承载力复核中涉及主要规范、结构材料、设计指标、结构分析及验算复核。

木结构的类型大致可分为轻型木结构和重型木结构，其中轻型木结构是指主要由木构架墙，木楼盖和木屋盖系统构成的结构体系；相对而言，重型木结构是使用大截面结构构件，可以替代传统的钢筋混凝土结构和钢结构。相较于采用截面尺寸较小且层数不超3层的轻型木建筑来说，重型木结构建筑具有可装配、大跨度、高层数等特点。

1) 结构材料

木结构所用材料主要为木材，其本质是一种生物有机材料，主要特点是有明显的蠕变和松弛现象，存在结疤、虫眼等缺陷，力学特性上横纹和顺纹存在显著差异，表现为横观各向异性：横向、径向和弦向差异显著。木材的强度和韧性受密度、含水率、温度和缺陷影响，同时与荷载作用方向及持续时间有关

2) 木材的设计指标

依据其加工深度不同，可以分为原木、锯材、规格材及工程木，其强度等级与不同的加工深度有关。目前重木结构中用得比较多的原木和工程木，源自同样树种的木材，原木与深度加工的胶合木(又称工程木)的强度可能相差一倍以上，其原因主要是经过工程组合后的胶合木分散了原木中的缺陷因此大幅度提高了强度的可预测性。

木材强度指标的选用，还与荷载作用方向与木材纹路夹角、构件截面尺寸有关。

2. 木结构的结构分析

木结构的结构分析首先要做模型简化，其中梁柱构件可以简化为杆件，墙板可以简化为墙构件，连接节点通常不能传递弯矩，只能简化为铰接节点，除非节点构造加强(比如传统梁柱节点的雀替)，可以简化为刚接节点。必要时木结构需要设置斜支撑，以解决其几何稳定性问题。

木结构中的轻木结构主要由木构架墙、木楼盖和木屋盖系统组成，可以简化为剪力墙体系或者墙承重体系，因此其分析类似于砌体结构。作地震作用计算时常采用底部剪力法。

木结构中的重木结构，主要由木梁和木柱组成，因为木结构梁柱节点一般只能作为铰接节点，因此需要配置适当支撑或者节点加强构造，此时结构体系可以简化为框架结构体系(可能有支撑)。当有层合板等作为竖向承重构件并参与抗侧力作用时，可以简化为框架剪力墙结构。此类结构通常建立空间模型进行整体分析。因此常规的结构分析软件均能进行木结构的结构分析。

3. 木结构的设计验算

木结构不同的组成类型，可以采取不同的设计验算方法。

1) 轻木结构

轻木结构类似砌体结构，其平面布置宜规则、竖向质量和刚度变化宜均匀；同时要有必要的锚固和支撑，主要是抗风揭问题。

依据《木结构设计标准》(GB 50005-2017)第9.1.5条规定，“轻型木结构的剪力墙应承受由地震作用或风荷载产生的全部剪力。各剪力墙承担的水平剪力可按面积分配法和刚度分配法进行分配。”第9.1.10条规定，“各剪力墙承担的楼层水平作用力宜按剪力墙从属面积上重力荷载代表值的比例进行分配。当按面积分配法和刚度分配法得到的剪力墙水平作用力的差值超过15％时，剪力墙应按两者中最不利情况进行设计。”这种设计方法称为抗侧力的工程设计法。

对于3层及3层以下的轻型木结构建筑，依据《木结构设计标准》(GB 50005-2017)第9.1.6条规定，当满足一定条件时，可按构造要求进行抗侧力设计，其规定如第9.1.6~9.1.9条。这种设计方法称为抗侧力的构造设计法。

这里需要注意的是抗风和抗震的构造要求有所不同，对跨层墙、柱的验算，需要考虑其偏心和计算长度变化的影响。

2) 重木结构

重木结构类似钢筋混凝土结构或钢结构，因此对其总体布置和设计指标都有一定要求。

《多高层木结构建筑技术标准》(GB/T 51226-2017)第6.1.3条规定：“多高层木结构不应采用严重不规则的结构体系”“应防止部分结构或构件的破坏导致整个结构体系丧失承载能力”。第6.1.11条采用一个类似于刚重比的指标控制结构整体稳定性。

《多高层木结构建筑技术标准》(GB/T 51226-2017)第6.1.7条、《木结构设计标准》(GB 50005-2017)第4.1.10条对结构顶点位移和层间位移限值做出规定；《多高层木结构建筑技术标准》(GB/T 51226-2017)第6.6.5条、《木结构设计标准》(GB 50005-2017)第4.3.17条对受压构件长细比限值做出规定。

《木结构设计标准》(GB 50005-2017)第4.3.15条对受弯构件的挠度限值做出规定，其限值接近于钢筋混凝土构件的挠度限值。

其余构件、连接节点包括地基基础验算依据相关规范进行即可。

4. 木结构的检测鉴定案例

上海钧测承接的某项目三栋楼建设于2012年，建筑主要使用功能为儿保门诊、亲子活动室、办公室、员工活动中心、会议室等，结构形式均为轻型木结构。

按上海市《轻型木结构建筑技术规程》DG/TJ08-2059-2009第4.2.1条相关规定，本工程各单体平面布置条件满足要求可以按构造设计法进行设计复核，本次安全性鉴定按构造设计法对承载力进行评定。同时，与上海交通大学建筑设计研究院木结构设计研究所合作采用专业轻木结构分析软件做了对比分析，表明强度和变形各方面满足现行规范要求。