古建筑保護設計中碳纖維復合材料運用研究

許業盛

【摘要】古建筑有著悠久的歷史和建筑文化傳承價值，我國古建筑有很多，隨著如今城市化建設與發展，對這些古建筑造成一定程度的破壞，本文圍繞古建筑的保護設計，針對古建筑被破壞的因素以及對古建筑的保護方法分析，并對碳纖維復合材料的應用進行深入探討。

【關鍵詞】古建筑;保護設計;碳纖維復合材料

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.27.

碳纖維復合材料是一種應用于木架構房屋加固的新型材料，具有高強度、高彈性模量、重量輕、耐腐蝕等良好的性能優勢，其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右。由于我國有著大量的古建筑，這些古建筑經過漫長的歲月保留下來，見證了我國歷史的滄桑變化，有著精妙的建筑結構和獨特的歷史文化魅力。但是也會遭受像自然災害、時間磨損造成的建筑老化開裂等破壞，為此，需要加強對古建筑的保護設計。

1、古建筑被破壞的因素與保護方法

1.1古建筑被破壞的因素

古建筑會受到自然和人為兩方面因素的破壞。自然因素主要包括風雨侵蝕，蟲蟻蛀蝕等，人為因素主要是由于人們缺乏保護意識和保護常識而導致的毀壞。從古建筑保護原則出發，可以從如下層面分析：首先，從古建筑的材料分析，其是由天然高分子材料構成，容易受到自然環境因素的影響，像氣溫，空氣重金屬含量，紫外線，雨水等因素，都會對木構古建筑結構性能產生影響，容易腐蝕建筑結構，讓其在一定的作用下出現老化開裂問題;其次，從古建筑的受保護的重視程度分析，古建筑易受到人為因素的影響，出于人對于自然環境的改造和古建筑保護意識薄弱，易造成對古建筑的破壞，而這種建筑一旦遭到破壞，就難以恢復，所以對于古建筑的保護要充分重視，仔細分析導致古建筑損壞的因素，確立完善的保護工作流程和相關制度措施，在對其進行保護時，工作人員需要分析其破壞原因及破壞程度，按照古建筑保護的原則和方法，針對性確立保護方案;最后，古建筑是我國重要的文化遺產，需要針對易受破壞的建筑結構加強保護措施，加強對古建筑材料分析，哪些容易受到外界因素的影響，以及受影響的程度，做好綜合分析，運用文化保護的視角，尊重古建筑的修復工作。遵循文化遺產保護原則，將古建筑原有歷史形態和結構樣式保留下來，將運用新型材料進行建筑修復，主要針對原有材料和結構被損壞部分，并結合建筑實際情況加以綜合分析，切勿將材料進行大范圍修整，從局部開始一點點擴展[1]。

1.2古建筑的保護方法

實施古建筑修復工作，尤其是木構建筑，需要明確幾個層面內容：第一，明確修繕古建筑的目的。古建筑保護要通過科學的方法防止其損毀，延長其壽命，而且需要最大限度地保存其歷史、藝術和科學價值;第二，研究保護什么的問題。保護工作者不僅需要保存建筑本體，還要結合多方面歷史綜合信息，保護古建筑原有的平面布局、藝術風格，完整地留下古建筑的各類信息;第三，遵循古建筑修復的真實性原則，針對古建筑原材料、技術工藝、結構形態設計以及所反映的歷史文化等內容經，盡可能保留原有的建筑構件和結構形態。除此之外，可以綜合政府管理以及與城市發展規劃進行綜合考量，一是政府相關職能部門充分落實古建筑保護工作，以及其所在地相關保護規劃，加以統籌考量，并且不斷改善古建筑周邊環境，確立相應的保護措施，減少外在自然因素和人為因素對古建筑的破壞[2]。二是要正確整合和處理古建筑保護與城市發展規劃的關聯性，加強政府監管機制，完善古建筑保護的法律法規。三是要全面提升當地居民對古建筑的保護意識，加強思想教育和文化遺產知識普及，嚴禁杜絕在古建筑上刻字等不文明行為，弘揚歷史文化。而對于從事古建筑保護設計的設計師而言，要不斷提升專業技能，深入對古建筑的探索與研究。在開展保護設計工作之前，要認真勘察實地環境，做好充分的資料搜集和環境調研等準備工作，并且可以結合國內外相關的古建筑保護技術和方法，融入當地的古建筑的結構特點、材料性質等信息，加以了解和整合。在古建筑修復工作中，要堅持不盲從，理性分析，選擇最佳修復方法和材料，采用先進的施工技術，促使古建筑保護工作更好地開展實施。

2、古建筑保護中碳纖維復合材料的應用

2.1碳纖維復合材料應用分析

碳纖維復合材應用于土木建筑領域具體體現在對原有建筑物的加固以及結構新建這兩大方面。根據碳纖維復合材料的應用過程分析，并進行碳纖維圖片展示，如下圖所示。

起初是運用碳纖維片材對原先存在的混凝土結構進行修復以及加固處理，這種加固工藝技術源于日本、美國以及歐洲等發達國家。結合碳纖維片材特點，具有良好的抗腐蝕、輕質、高強以及便于施工等優勢，能夠對古建筑結構的加固修復工作有著良好的施工作用，特別是提升建筑的抗震性能方面，可以有效抵御地震災害。與此同時，這種碳纖維片材具有良好的環保性能，在運用這種材料進行加固施工過程中，對自然環境的污染很小，不會對環境造成嚴重破壞和污染，而且應用的范圍廣泛，對能源消耗也比較低，是一種可以廣泛使用的新型建筑材料。如日本阪神在發生嚴重的地震災害之后，應用碳纖維復合材料對已受損的建筑物結構進行加固以及修復處理，為災后重建工作爭取了寶貴的救援時間，隨著碳纖維復合材料被廣泛運用，也促進了加固技術進一步發展。我國對于碳纖維復合材料加固混凝土技術的研究以及使用開始于1996年，主要是應用于人民大會堂以及民族文化宮等重大工程的加固修復工作中，在之后發展中，又逐漸應用到建筑結構、橋梁、隧道、地下結構以及管道等多個方面。

2.2碳纖維布加固技術應用分析

碳纖維布是一種新型材料，這種材料有著良好的性能優勢，被廣泛應用于古建筑修繕工作中，使用碳纖維布加固具有以下幾個優點：第一，具有高輕度，碳纖維布的強度是普通鋼材的10倍左右，其對古建筑修繕的效果良好;第二，運用碳纖維布加固之后可以提升建筑結構的耐腐蝕性及耐久性;第三，碳纖維布自身重量輕，可以不增加建筑結構自重，適用范圍廣泛;第四，施工便利，不需要依靠大型機械設備進行施工，而且便于操作，施工工期也短，有著可靠的經濟適用價值。

結合碳纖維加固技術適用類型分析，其適用類型廣泛，可以用于各種結構部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、簡體、殼體等結構，是木結構加固的首選材料。我國運用碳纖維修復建筑結構的第一例工程是應用于安徽省文物保護單位太白樓修繕工作中，如圖1所示。

太白樓原有的加固方式是用直徑20毫米的鋼管斜支撐每個戧角翼角梁下方和明間山墻挑檐檁下方，這種方式不僅改變了古建筑原有結構形態，而且也影響了建筑美觀性。相關建筑保護設計單位針對太白樓原有結構做好了詳細的勘察工作，經過計算分析，采用了結構膠粘貼碳纖維布的加固方式，增強梁頭的承載能力和剛度。隨著碳纖維復合材料加固技術的不斷完善，碳纖維復合材料的被應用在越來越多的木結構的加固工程中，運用這種材料加固古建筑后，進行油漆涂刷不會影響外觀，也不會增加建筑結構重量，可以有效提升古建筑的承載力、剛度和抗震性能。所以，應當積極采用新興材料和新興技術，確?？梢愿玫乇４婀沤ㄖ?，加強古建筑的加固應用。但也需要在實際應用中注意的是，對于古建筑的加固與修復，僅用于原結構或原用材料的修補加固，不得用現代材料去替換原用材料;而且需要在運用中先小范圍試驗在逐步擴大使用范圍[3]。

結語：

綜合上述對古建筑保護設計中碳纖維復合材料的應用分析，本文主要是對古建筑結構加固和結構存在缺陷的地方加以修復，結合建筑修復工程案例，提出運用新型碳纖維材料可以起到對古建筑良好的加固維護效果。根據我國現存大量的福建筑以及古建筑受損情況，運用碳纖維材料進行加固可以不改變古建筑原有構件形態，不會增加建筑原構件的質量，其抗拉性能可以很好地修復受損結構。因此，碳纖維材料對于古建筑的加固保護有著重要的應用價值。

參考文獻：

[1]王強.土木建筑工程中纖維復合材料的應用[J].城市建筑，2020，17（35）：125-127.

[2]李志才.復合材料在建筑加固工程中的應用研究[J].粘接，2020，43（07）：74-77+81.

[3]別治明，魯艷蕊.古建筑保護設計中碳纖維復合材料的應用[J].塑料科技，2020，48（07）：137-140.