中国木结构古建筑是中华文明的典型代表,在艺术、文化、建筑、结构、材料和施工技术等方面都有卓越的创造与贡献。存留于世的木结构古建筑均存在不同程度的损伤,木材劣化及其进一步诱发的其它残损使得木结构古建筑的保护受到重点关注。古建筑中木材常表现为环境作用下微观结构的降解及荷载作用下的机械损伤。虽然对古建筑构件木材的力学物理性能开展了广泛研究,但很少从微观角度去解读,而宏观的损伤常起因于木材细胞壁结构的衰减,从微观尺度进行深入研究是其劣化分析的基础性要求。了解和掌握古建筑木结构构件材性的劣化机理并提出相应的保护措施,可为古建筑的长久保存及后续修缮决策提供理论基础,具有实际工程指导意义。本文以山西省应县木塔为研究对象,梳理历年多次测量的大量图表,并进行了实地勘察,得到了各柱、各层及整体结构的残留变形状况,提出了木塔结构功能需求下需要修复的关键性指标,分析了第一、二层构件横纹受压结构层损伤特征和材性劣化的关联。在微观尺度上采用多种现代表征分析技术,研究了木塔木构件表层细胞壁结构衰变及劣化机理,并基于残留变形及材性劣化对木塔修复进行了探讨。根据所获古旧木材劣化机理及阻燃要求,采用原位聚合法,构筑了一种集耐水、抗紫外线、阻燃功能一体化的木材保护涂料。主要研究成果如下:（1）通过研究应县木塔各层及整体的竖向、水平位移,结果发现木塔整体九层水平方向朝东北方向倾斜,倾斜位移角达1/80.0,第三层和第五层柱头到柱脚水平方向分别朝东北及东南方向倾斜,层间位移角分别达1/16.6和1/25.0,是木塔结构功能需求下需要修复的关键性指标。第三层柱头到柱脚的层间位移角远超现代混凝土框架结构及钢结构的大震要求,基于此类古建筑木结构的“摇摆柱”抗震机理,木塔朝残留倾斜方向上摆动的安全幅度大幅减小,抗震能力显著降低。木塔底部两层的梁端、栱根部、小斗等构件的横纹受压残留大变形,微裂缝普遍存在,对应的承载和变形能力明显降低。（2）采用扫描电镜（SEM）、元素分析（EA）、傅立叶转换衰减全反射红外光谱仪（ATR FT-IR）及X射线衍射（XRD）,研究了木塔不同楼层、不同类型构件表面木材的微观形貌、元素含量、主要化学组分含量及纤维素结晶度等指标。结果表明,与健全木材相比,古旧木材细胞壁普遍发生坍塌、扭曲、具缘纹孔开裂,劣化迹象明显。半纤维素、木质素含量降低而纤维素结晶度升高,主要的降解过程是半纤维素优先降解,木质素随后降解,纤维素的无定形区也存在降解。所有样品中,来源于明层且层次高的样品降解相对严重;同层次中,来源于外槽柱的样品降解普遍高于内槽柱,来源于梁的样品保存状况好于内、外槽柱。（3）采用扫描电子显微镜-X射线能谱仪（SEM-EDS）及XRD分析木材细胞壁附着的大量未知颗粒,结合EA、同步辐射（XANES、XRF）、酸碱度（pH）、ATR FT-IR和X射线光电子能谱技术（XPS）对木材中侵入性元素、木材酸碱度及主要化学组分的结构变化进行定性定量分析。结果表明,古旧木材细胞壁内附着的大量未知颗粒是硫、钙、钠和氯等侵入性无机元素形成的结晶盐晶体。古旧木材内还存在大量游离的无机离子。古旧木材中硫、氮元素含量的急剧增高、高浓度硫酸根的积累指出酸雨和大气等环境因素是这些侵入性无机元素的主要来源。木塔古旧木材劣化机理为积累的大量无机盐导致细胞壁发生机械损伤;木材酸性增强指出酸雨中的产酸物质遇水形成氢离子导致综纤维素发生水解反应;木质素分子结构脱甲氧基,碳原子碳-氧键含量升高,说明木质素发生氧化反应,这主要是紫外线、氧气的综合作用所致。（4）依据构件损伤特征及微观结构劣化机理,指出材性劣化及荷载的双重作用使得木塔底部两层横纹承压构件的直接承压部位损伤严重且缝隙密布。若卸载,这些部位缝隙将普遍扩张,多条缝隙导致这些区域的木材与大气环境接触的表面积急剧扩大,将加速这些区域劣化。（5）基于所获古旧木材劣化机理和木材阻燃要求,采用原位聚合法,以聚磷酸铵（APP）为芯材,将经过硅烷偶联剂改性的纳米二氧化钛（TiO2）和密胺树脂（MF）为壁材包覆APP,形成MF-TiO2@APP微胶囊,并制备出MF-TiO2@APP/WPU木材保护涂料。当MF-TiO2@APP的芯壳质量比为3:2、纳米TiO2添加量为2.5%时,MF-TiO2@APP微胶囊粒径合适,耐水性和抗紫外线性提高。当MF-TiO2@APP微胶囊的添加量为18%、涂覆厚度为180μm时,制备后的保护涂料热分解残炭量较木材由9.62%增加到了31.62%,形成覆盖基体表面的稳定残炭结构,热释放速率峰值（pk-HRR2）和热释放总量（THR）分别下降为113.5 k W/m~2和61 MJ/m~2,减少了热危害性,平均紫外线透过率较APP/WPU降低了42%,抗紫外线性能提高,并满足72 h耐水试验标准。制备的木材保护涂料达到耐水、抗紫外线及阻燃一剂多效保护木材的目的。