基于材性检测的北方木结构古建筑年代判定方法与适宜技术研究

Dating the history of ancient buildings forms not only the basis of architectural history research, but also the precondition for evaluating the merits of heritage buildings and making conservation strategies. At present, dating ancient architecture mainly relies on archive studies, characteristic analysis or on site surveying, particularly focusing on the relevant marks, annotation and information contained in the building’s fabric and furnishing. Besides, radiocarbon (C-14) dating techniques are sometimes used as a subsidiary method although they are very expensive and often indicate a wide range of time. .The traditional architecture in China is generally made of timber structure. Shanxi, Hebei and Beijing are the areas where typical early and late timber-structured building heritage concentrates. Based on the inter-connective effect of stress wave and impendence, this study aims to examine the correlational factors between the elastic modulus and the date of wooden materials through positive and reverse simulation of typical trees and timber structure components of ancient buildings in Northern China. By doing so, this study will put forward a subsidiary method and feasible technique of dating historic timber-structured building by establishing the database and identifying the procedure of timber structure examination. This study will help to enlarge the means of historic building dating and improve the precision; it also has a scientific value in correlational research of materials and their date. This project will also benefit the study and development of innovative instrument of historic architecture dating.

古建筑存续年代不仅是建筑史学研究的基础，同时也是文物建筑价值评估与保护必备的前提条件。目前古建筑年代判定主要是依靠文献研究、形制分析或现场调研，尤其是现场建筑本体及陈设中相关年代题记信息的研究来完成。当然碳-14测试年代的方法有时也会成为佐证，但通常后者判定的时间跨度大，检测成本高。.木结构是我国传统建筑的主体，山西、河北、北京则是北方地区早晚期代表性木结构古建筑最为集中的地区。本课题希望通过应力波与阻抗仪的耦合效应展开北方古建筑木结构典型树种正、逆向仿真及遗存构件的系统化互证试验，明晰材性--弹性模量与木材存续时间的关联性，提出木构遗存材性无损检测的适宜技术与木结构古建筑年代判定的系统性方法。该课题通过材性与年代关联性科学规律的发掘不仅具有拓展古建筑断代方法提高断代准确性的价值，同时也为构建古建筑木材年表数据库，提高文物建筑保护科技水平及断代设备的制备提供基础研究的准备。

木材是木结构古建筑的主要建筑材料，研究表明木材材性与存续时间及木结构古建筑存续年代存在着一种内在相关性。目前古建筑年代判定主要是依靠文献研究、形制分析或现场调研来完成。本课题提出通过木材材性检测判定古建筑年代方法的基础性问题的研究。.主要内容：.1.为准确获得木材无损材性检测指标，利用应力波和微钻阻力仪的耦合效应对木材的材性检测指标进行剖析。分析了检测指标的变化规律，建立了合理的数值划分区间，并提出了现场检测时的优选位置。.2.为实现无损到标准检测指标的换算，利用标准力学试验方法测定静弹性模量（MOE）、抗弯强度和顺纹抗压强度，分别建立标准检测指标与无损检测指标的关系。.3.综合考虑影响木材性能退化的影响因素，以含水率为研究对象，建立了含水率和材性检测指标间关系的理论公式。.4.为获得材性与古建筑年代的关联性，依据无损检测指标的变化规律，利用QUV紫外光加速老化试验机进行了逆向仿真模拟，建立了木材无损和标准检测指标与时间的关联性规律。分析了动弹性模量（Ed）、静弹性模量的差异性，利用MOE对Ed进行修正，得到无损检测技术下木材Ed与时间的关系曲线。.重要结果：.通过一系列分析，获得了木材材性指标的变化规律，并建立了标准检测方法与无损检测方法的换算关系，提升了现场动态监测数据的可靠性；通过实验和理论分析获得了含水率与木材材性指标的理论公式。进一步明确了含水率对材性检测的影响；利用老化模拟实验获得了木材材性指标随老化时间的变化规律，完善了材性与时间关联性研究，为古建筑时间判定提供了重要支撑。.关键数据：.利用无损检测技术和标准试验方法分别获取了木材的材性指标，并根据数据建立了材性性能的变化规律及检测方法之间的关系；利用含水率与材性指标规律研究的试验采集了不同含水率及浸泡时间下材性指标的数值，并建立了修正后的理论公式；利用QUV老化箱获取了约6000h 老化时间下的试验数据，建立了系统的分析，并获取了关系材性与时间关系曲线。