CN104153595A - 钢支架加固木框架榫卯节点的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用钢支架加固木框架榫卯节点的方法，它包括钢支架加工和钢支架安装，通过在卯榫节点处设置钢支架，实现提高榫卯节点弯曲刚度和限制卯口张开的目的，从而显著提高榫卯节点木框架的抗震性能和变形能力，满足后续使用要求。整个结构只需在现有结构上做简单改进就可以实现，造价便宜、施工简易。

Description

钢支架加固木框架榫卯节点的方法
技术领域
本发明属于建筑科学技术领域，具体涉及一种用钢支架加固木框架榫卯节点的方法，用于木建筑的维修加固和改造。
背景技术
利用木材建造房屋是我国传统建筑的重要表现形式，历史木结构建筑很多都经过了数百年的历史，是中华文明的重要组成部分，包含丰富的历史文化内涵，例如故宫、贵州苗族木楼等都是木质建筑群落，但由于建造年代比较久远，同时由于木材本身特点，很多木结构亟待维修或加固。历史木结构多数为卯榫节点木框架结构，木材长时间使用易导致干裂、腐朽、虫蛀、老化等累积损伤，也需进行维护和修复。现常采用替换法进行修复，但替换会损坏相连木构件进而破坏历史木结构建筑的风格特征，为了保护历史木结构建筑蕴含的历史、文物、艺术和科学价值，木构历史建筑的维修加固不可能大量的替换新材。对于卯榫节点木框架而言，其薄弱位置为卯榫节点处，一般通过加固节点就能有效提高木框架的承载能力和抗震能力。卯榫节点加固方法包括：横、竖替木加固法，碳纤维布加固法，马口铁加固法等，但这些传统加固方法多存在影响维护期结构使用、破坏立面效果和妨害节点周边木构件等不足，无法实现木结构抗震性能提升和历史风貌保持的综合效果。
发明内容
本发明的目的就是针对历史木结构建筑维修加固中往往会影响维护期结构使用，甚至破坏木结构建筑风格的技术缺陷，提供一种用钢支架加固木框架榫卯节点的方法，通过在卯榫节点处设置钢支架，实现提高榫卯节点弯曲刚度和限制卯口张开的目的，从而显著提高榫卯节点木框架的抗震性能和变形能力，满足后续使用要求。
技术方案
为了实现上述技术目的，本发明设计一种用钢支架加固木框架榫卯节点的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)钢支架加工：按照木框架榫卯节点的形状将一定厚度的钢板加工成钢支架，所述钢支架一段与木柱对应，另一段钢支架中部开口弯折钢板与木梁底面对应；
所述钢支架为L形，钢支架的整体外形与圆木柱对应，中部开口弯折钢板与木梁底面对应。
(2)钢支架安装：将步骤(1)制作好的钢支架安装在榫卯节点下侧，并用螺钉将钢支架分别与木梁、木柱固定。
进一步，所述步骤(1)中，当木梁跨度不大于4m时钢板厚度为3mm～5mm，当木梁跨度大于4m时钢板厚度为5mm～8mm；
加工成形后钢支架与木柱(圆木柱)对应的是弧形，弧形弧长对应的圆心角不小于120度，钢板高度不小于木梁高度。
进一步，所述钢支架的弧形段两端边缘间距比木梁宽度大1mm～3mm，钢支架中部开口弯折钢板(与木梁下部连接的部分)的高度为木梁高度的2/3，然后将其弯折成90度。
进一步，所述步骤(2)中将钢支架安装于榫卯节点下部时，应使钢支架各端面分别与对应的木梁和木柱紧贴，与木梁连接面采用两个螺钉固定，螺钉位置为与木梁连接钢板三分点截面中心处，与木柱连接面用五个螺钉固定，其中一个螺钉位于下部弧形面的中心位置，另各有两个螺钉位于左、右两侧弧形面的上部和下部。
进一步，所述步骤(2)中螺钉直径不小于钢板厚度，与木梁连接的螺钉长度不小于木梁高度的1/3，与木柱连接的螺钉长度不小于木柱直径的1/3。
有益效果
本发明提供的一种用钢支架加固木框架榫卯节点的方法，通过在卯榫节点处设置钢支架，实现提高榫卯节点弯曲刚度和限制卯口张开的目的，从而显著提高榫卯节点木框架的抗震性能和变形能力，满足后续使用要求。整个结构只需在节点处做简单改进就可实现，造价便宜，施工方便。
附图说明
附图1是本发明第一实施例的主视方向结构示意图。
附图2是本发明第一实施例的仰视方向结构示意图。
其中，1、木柱，2、木梁，3、钢支架，4、螺钉
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明做进一步说明。
实施例1
现有一榫卯节点木框架层高为2600mm，跨度为3600mm；木柱截面为圆形，直径通高为200mm，木梁截面为矩形，宽度和高度分别为100mm和200mm。木柱和木梁采用燕尾榫方式连接，燕尾榫长度50mm，榫头宽度50mm，榫尾宽度40mm。木柱顶部施加恒定竖向荷载，单根木柱竖向荷载取为20kN。然后通过MTS作动器施加水平往复荷载，加载速率为0.3mm/s。在最大荷载出现后，随着变形的增加，破坏荷载及其相应变形取荷载下降到最大荷载的85％时相应的荷载和相应变形。如果木框架出现拔榫破坏，拔榫时对应的荷载可以视作破坏荷载。
如附图1和2所示，采用本发明方案的钢支架对榫卯节点木框架进行加固。
首先，选用4mm厚的钢板，按照木框架榫卯节点的形状将钢板加工成钢支架，所述钢支架一段与圆木柱对应，另一段与木梁底面对应；所述钢支架为L形，钢支架的两角边外形分别为与木柱、木梁对应的形状，加工成形后钢支架与木柱对应的是弧形，弧形弧长对应的圆心角不小于120度，钢板高度不小于木梁高度。所述钢支架的弧形段两端边缘间距比木梁宽度大1mm～3mm，钢支架中部开口弯折钢板(与木梁下部连接的部分)的总高度为木梁高度的2/3，然后将其弯折成90度。
接着，将钢支架安装：将制作好的钢支架安装在榫卯节点下侧，并用螺钉将钢支架与木梁、木柱进行固定。将钢支架安装于榫卯节点下部时，应使钢支架各端面分别与对应的木梁和木柱紧贴，与木梁连接面采用两个螺钉固定，螺钉位置为与木梁连接钢板三分点截面中心处，与木柱连接面用五个螺钉固定，其中一个螺钉位于下部弧形面的中心位置，另各有两个螺钉位于左、右两侧弧形面的上部和下部。螺钉直径不小于钢板厚度，与木梁连接的螺钉长度不小于木梁高度的1/3，与木柱连接的螺钉长度不小于木柱直径的1/3。
未加固木框架的榫卯节点在正、反两个方向峰值弯矩平均值为1.0kN·m、峰值转角为0.05rad。而采用本发明方案后卯榫节点在正、反两个方向峰值弯矩平均值为1.7kN·m、峰值转角为0.07rad，分别较未加固对比试件提高了70％和40％。
实施例2
现另有一榫卯节点木框架层高为2600mm，跨度为5000mm；木柱截面为圆形，直径通高为250mm，木梁截面为矩形，宽度和高度分别为150mm和250mm。木柱和木梁采用燕尾榫方式连接，燕尾榫长度80mm，榫头宽度80mm，榫尾宽度50mm。木柱顶部施加恒定竖向荷载，单根木柱竖向荷载取为30kN。然后通过MTS作动器施加水平往复荷载，加载速率为0.4mm/s。在最大荷载出现后，随着变形的增加，破坏荷载及其相应变形取荷载下降到最大荷载的85％时相应的荷载和相应变形。如果木框架出现拔榫破坏，拔榫时对应的荷载可以视作破坏荷载。
选用6mm厚的钢板按照实施例1中步骤制作和安装角钢支架，实验表明：未加固木框架的榫卯节点在正、反两个方向峰值弯矩平均值为1.4kN·m、峰值转角为0.10rad。而采用本发明方案后卯榫节点在正、反两个方向峰值弯矩平均值为2.4kN·m、峰值转角为0.14rad，分别较未加固对比试件提高了75％和45％。

Claims (5)

1.一种用钢支架加固木框架榫卯节点的方法，其特征在于，它包括以下步骤：
(1)钢支架加工：按照木框架榫卯节点的形状将一定厚度的钢板加工成钢支架，所述钢支架一段与木柱对应，另一段钢支架中部开口弯折钢板与木梁底面对应；
所述钢支架为L形，钢支架的整体外形与圆木柱对应，中部开口弯折钢板与木梁底面对应。
(2)钢支架安装：将步骤(1)制作好的钢支架安装在榫卯节点下侧，并用对穿螺栓将钢支架与木梁、木柱进行固定。
2.如权利要求1所述的一种用钢支架加固木框架榫卯节点的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，当木梁跨度不大于4m时钢板厚度为3mm～5mm，当木梁跨度大于4m时钢板厚度为5mm～8mm；
加工成形后钢支架与圆木柱对应的是弧形，弧形弧长对应的圆心角不小于120度，钢板高度不小于木梁高度。
3.如权利要求2所述的一种用钢支架加固木框架榫卯节点的方法，其特征在于：所述钢支架的弧形段两端边缘间距比木梁宽度大1mm～3mm，钢支架中部开口弯折钢板与木梁下部连接的部分的总高度为木梁高度的2/3，然后将其弯折成90度。
4.如权利要求1所述的一种用钢支架加固木框架榫卯节点的方法，其特征在于：所述步骤(2)中将钢支架安装于榫卯节点下部时，应使钢支架各端面分别与对应的木梁和木柱紧贴，与木梁连接面采用两个螺钉固定，螺钉位置为与木梁连接钢板三分点截面中心处，与木柱连接面用五个螺钉固定，其中一个螺钉位于下部弧形面的中心位置，另各有两个螺钉位于左、右两侧弧形面的上部和下部。
5.如权利要求1所述的一种用钢支架加固木框架榫卯节点的方法，其特征在于：所述步骤(2)中螺钉直径不小于钢板厚度，与木梁连接的螺钉长度不小于木梁高度的1/3，与木柱连接的螺钉长度不小于木柱直径的1/3。
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