木结构屋顶修缮保护研究

1 工程概况

始建于1958年的江苏师范大学云龙校区师源楼，为徐州市历史建筑，总建筑面积6 015㎡，主体4层、裙房3层，主体结构采用砖混结构，顶层为砖木混合结构，四坡屋顶。

（1）大屋面施工作法。采用豪式木屋架，在木结构檩条上钉40 mm×60 mm木椽条，椽条间距400 mm，木椽条上方铺1层15 mm厚木望板，木望板上做1道油毛毡防水层，再做25 mm×25 mm挂瓦条，铺平瓦屋面。

（2）檐口作法。出檐悬挑用30 mm×40 mm平顶筋，中线间距400 mm，平顶筋下钉40 mm宽的木板条，木板条面层上再抹反手灰，紧贴平顶筋前端钉有30 mm×50 mm木条，木条外口再钉20 mm×250 mm的封檐板，屋面瓦由檐口铺至屋脊，封檐板就成了瓦面檐口的落脚点，相当于瓦口板的功用。

（3）四坡屋面排水体系。通过坡屋面的瓦面层将雨水排至各向屋檐檐口，通过檐口处的集水槽收集雨水，集水槽内做好返水坡度，雨水有组织的排向建筑边角处的落水槽，从而使屋面水有秩序的排至地面，避免雨天出现较大的下水帘。

2 使用情况及出现问题

建成以来，该建筑一直作为教学楼使用至今，2019年9月使用单位反映屋面有多处漏雨。经过实地勘察发现，屋面不平且整体有起伏，约20 %的屋面瓦出现缺损松动，瓦件间有较大缝隙；脊线不顺直，脊瓦多处松动破损，坐瓦的水泥砂浆酥碱风化失去对脊瓦的约束；檐口存在多处小面积脱落，封檐板表面油漆整体失光褪色，多处漆饰起皮脱落。

从房屋内部看，木望板受潮腐朽变形，表面有盐碱渍、泛白痕迹等水痕污染，病害量约占总量的90 %，木椽条表面有水痕污染，病害量约占总量的60 %，由此可推断，油毛毡防水层的可靠程度降低，已无法防住屋面渗漏下的雨水；部分弦杆、腹杆、木檩等木构件存在干缩裂缝，弦杆与腹杆以及构架体系相互搭接处铁扒钉、铁板对插螺栓等金属构件出现锈蚀（图1）。

(a)                              (b)

图1 江苏师范大学云龙校区师源楼出现的部分问题

（a）屋面整体有起伏；（b）檐口存在多处小面积脱落

为此，委托具有相应资质的鉴定单位对建筑进行残损等级评估，本建筑残损等级定为c'级，有中度残损点，已影响该建筑的安全；其中木椽望残损等级为c'级，木望板、木椽条上部受潮腐朽较普遍，已影响屋面层的结构安全；上木结构体系定为b'级。

3 原因分析

该建筑作为教学楼使用已有62年，且始终没有经过大修，鉴于现场勘查情况进行原因分析如下。

从表面看，屋面瓦间有较大缝隙、油毛毡损坏导致屋面防水几乎失效，雨水渗入屋面层内部，进而引起木望板、木椽条等木构件出现严重水污染，室内出现漏雨现象。

从更深层次分析，屋面瓦间之所以会出现缝隙，很大一部分原因是屋顶结构出现变形。弦杆、腹杆、木檩等木构件出现干缩裂缝，节点金属构件出现松脱、锈蚀以及残损等级评估也验证了这一分析。长期负荷并受自然因素影响下，木材的强度会大幅减弱，金属构件也会出现松脱、锈蚀等现象，影响屋架稳定性，引起屋面变形，进而引发屋面瓦出现起伏、瓦件间出现较大缝隙、脊瓦不顺直等。同时，屋面出现渗漏后加大了对木构件的损伤，降低材料强度、破坏屋面结构，如此周而复始，形成恶性循环，如图2所示。

图2 屋顶结构变形原因分析

综上分析，此次渗漏问题的根本原因在于木屋架的结构变形，屋面渗漏只是表面问题。

4 修缮过程

4.1 主要修缮内容及秉承原则

经过上述分析，修缮工作小组决定对建筑屋面进行揭顶修缮，本次修缮主要包括以下两方面内容。

（1）更换防水层及屋面瓦，解决屋面渗漏问题。

（2）结构加固，对屋顶木结构进行修整加固，解决结构变形问题。由于本建筑为徐州市历史建筑，承载了独特性的历史信息，具有独特的文化内涵和价值，因此此次修缮秉承“修旧如旧”的理念，尽可能地做到“原材料、原形制、原工艺、原作法”，坚持不改变历史建筑原状、适度保护、最低限度干预的原则，排除局部险情、修整损伤部位、加固屋顶结构，保护好历史建筑，使其处于健康的状态，从根本上解决由于屋顶的安全隐患所带来所有问题。

4.2 施工过程

4.2.1 拆除

依次拆除屋面瓦、挂瓦条、油毛毡、木望板等屋面覆盖层，露出木屋架，拆除过程中对屋面瓦按规格、损坏程度分别码放，进行分类整理。

4.2.2 木构件保护层修复

对裸露的木屋架进行除灰除尘、涂抹2遍桐油、喷涂白蚁防治剂，新置换的木椽条、木望板、挂瓦条等木构件涂刷两遍桐油、喷涂白蚁防治剂后才能安装。

4.2.3 结构修整加固

屋面揭顶后首先检查木构件情况，设计人员对木梁、弦杆、腹杆、木檩、木椽条、木望板等木构件进行一一甄别，对不同情况提出针对性的修整加固方案。

（1）木构件加固。木构件裂缝超过GB/T 50165—2020《古建筑木结构维护与加固技术规程》要求的进行环氧树脂木条嵌补，并用碳纤维布进行粘贴箍牢加固等，确保满足受力要求下旧料的最大利用。

屋面揭顶后，发现木屋架与墙体连接良好、木梁基本完好，木檩、弦杆主要出现裂缝问题，仅少量部位被雨水侵蚀，经加固后可以满足受力要求。经统计，共139处裂缝，裂缝宽度为0.4~2.0 mm，主要集中在0.5~1.0 mm，此区间的裂缝占所有裂缝的71.02 %。经设计人员现场甄别，主要采用绑扎法和加紧法进行加固，用环氧树脂嵌缝后再采用碳纤维布箍牢、增加抱箍、两梁交接松动处用木楔塞紧等加固保护措施。

（2）更换木构件。糟朽、劈裂、挠度下弯超过修缮加固标准的木构件按原木材品种原形制进行添配。经甄别，木椽条、木望板、挂瓦条受潮腐朽严重，决定更换有水痕、糟朽的木椽条，并在原木椽条空档处新加1道尺寸相同的木椽条；木望板和挂瓦条全部更换，尺寸与原尺寸相同。

（3）节点处理。重新紧固铁扒钉、对穿螺栓等金属构件，表面涂抹除锈防锈漆；对于锈蚀严重处，重新增加金属构件，表面涂抹防锈剂；对于节点松脱较为严重处，用木楔塞紧或增加铁扒钉等金属构件，对节点松动处进行有效的扒结或锚固。

4.2.4 防水层修缮

拆除已失效的防水材料，用SBS防水卷材代替油毛毡作为防水材料敷设在木望板表面。

4.2.5 屋面瓦施工

更换全新的木质挂瓦条，固定在SBS防水卷材表面，将屋面瓦固定在挂瓦条上。为保持原有立面效果，尽量使用原有屋面瓦。最终更换的屋面瓦面积约300 ㎡，占屋面总面积17 %，新置换的屋面瓦从附近农村购买，外表面尽可能保持一致，并穿插使用，尽量保证视觉上的一致性。

4.2.6 檐口修复

检修封檐板、檐口方木、木板条等檐部木构件，修补残损木料、更换糟朽变形的木料，重做木料表面油漆；原状保留反手灰，局部病害处针对性修补。反手灰表面油漆选用灰白色，与周边檐口近似，保证整体环境的协调统一。

5 修缮要点

5.1 保持原有结构体系不变

木梁、木檩、木椽条、木望板、屋面瓦的结构体系得以完全保留。修复时对结构的所有木构件进行一一甄别，尽量保留原有材料，对于损害严重的木构件进行加固或更换。

5.2 尽量保留原有施工工艺

屋面瓦修复时，仍采用木质挂瓦条挂瓦施工的工艺，檐口部分仍采用木板条表面抹反手灰的做法。

5.3 用现代化材料对结构进一步加固

屋面揭顶后，根据甄别情况，将开裂的木檩、弦杆、腹杆用环氧树脂嵌缝、碳纤维布粘贴箍牢等，增强可靠性，使结构加强，保证使用安全；所有木构件喷涂白蚁防治剂，增强耐久性。

5.4 用现有较好材料代替原有较落后材料

在修缮过程中,大部分材料仍沿用原有材料品种，仅防水材料发生了变化。原有防水材料油毛毡在市场上已不多见，且经长期实践，防水性一般，经修缮工作小组研究决定，用SBS防水卷材代替油毛毡作为防水材料。

6 修缮保护成果

工程完工至今已历经两个雨季，每次大雨天气学校基建部门都会对顶层每个房间进行检查，未发现一处漏雨现象。防雷、排水等设施恢复原状，均正常运行。此次修缮不仅解决了漏雨问题，更对建筑物结构进行重新加固，使历史建筑重新焕发生机，保证了历史建筑保护与再利用的可持续性。

7 结论

对于木结构建筑的修缮要重点关注结构问题，木材在长期负荷和自然因素影响下强度会大幅减弱，引发结构问题。因此要加强对木结构房屋的维护，定期涂抹防护剂、金属除锈防锈漆，进行白蚁防治等，如发现节点处金属构件出现松脱，及时紧固。

屋面渗漏是建筑物较常见的病害之一，引起的原因非常复杂，可能是防水层本身，也可能是其他问题，必须根据建筑物的特点，从根本上寻找原因才能彻底解决问题。

历史建筑的修缮不仅要解决建筑物存在的质量问题，更要考虑如何保护建筑物的历史信息。修缮前要充分了解历史建筑的构造、材料、施工工艺及其承载的文化内涵，秉承“修旧如旧”的理念，尽可能做到原材料、原形制、原工艺、原作法。

摘自《建筑技术》2023年5月，刘 宁