CN104652607A - 一种木结构建筑的立柱结构及其与地基的连接方法 - Google Patents

Abstract

一种木结构建筑的立柱结构及其与地基的连接方法，解决了背景技术的不足，即国内还没有一套成熟的建筑立柱的连接方式。其特征是：齿板2上带有下陷A、端头制有连接孔。挡板6连接于两个柱芯3的接头处。柱芯3的三个垂直面上各连接两块齿板2。四块辅助封板4分别连接于柱芯3上。连接钢片8浇铸于混凝土墩13中，连接孔9和10自混凝土墩13露出。预制地桩16内埋有地脚螺栓19；连接板11置于预制地桩16上，紧固垫板17和紧固螺帽18与地脚螺栓19连接并固定。其优点是：美观，模块化设计，结构简单，受力效果好。立柱的分段方式提高了受力的连续性，立柱模块的连接面远离楼层面，避免了应力集中。所用立柱为同一规格，生产、组装简便、易行，互换性强。

Description

一种木结构建筑的立柱结构及其与地基的连接方法

技术领域

本发明涉及国际专利分类中的B64D，特别是一种木结构建筑的立柱结构及其与地基的连接方法。

背景技术

目前，国内的现代木结构建筑是以轻型框架木结构为主，主要是引进加拿大、欧洲等一些国家的木屋建造技术，但其不足之处是：传统木结构大多采用梁柱式，传统梁柱式结构是由跨距较大的梁、柱作为主要结构形式的传力体系，无论竖向载荷还是水平载荷都是由梁柱结构体系承受，并最后传递到基础上。由于传统木结构大多采用榫卯连接方式，这种方式虽然结构形式尚好，但建造、施工周期长，不能快速施工，导致投入使用慢，建造成本高；而以后的维修与保养又是一大难题。

另外，目前国内还没有一套成熟的建筑立柱与地基的连接方式，现有的立柱连接，连接效果差，如用胶粘接的指接木，其寿命短且对环境的要求较高；而有的立柱连接后则影响外观，如用钢套进行连接的立柱；有的连接工序又过于复杂，导致成本较高，如榫卯类的细木工连接。

发明内容

为了解决上述背景技术中的不足之处，本发明的目的是提供一种木结构建筑的立柱结构及其与地基的连接方法。由于成本和运输、安装等问题，房屋使用一整根原木或者胶合木作为立柱是不现实的。根据这种要求首先要解决的是立柱如何连接、如何分段，如何能够满足梁柱式木屋结构的传力要求，能够实现模块化、后期维护互换性强，能大幅缩短施工周期及具有外观美，并设计可调地基，实现立柱与地面的连接。本发明的技术解决方案是：包括螺栓、螺帽、连接孔、挡板、地脚螺栓、预制地桩和紧固垫板，其特征在于：建造可互换的模块，以便于制造、组装、续接与互换。即通过机床将齿板压嵌在柱芯上，柱芯上部分齿板带有下陷，便于立柱与立柱之间的连接；齿板安装完成后将辅助封板通过螺钉与柱芯连接，最终形成一个立柱模块；在施工过程中只需简单的辅助定位，使用螺栓连接两根立柱中的齿板便可完成立柱的有效连接；最后将螺栓连接区域用挡板封挡，即可完成立柱安装。可调地基同样为工厂模块化生产，通过工装定位将所需的连接钢件预埋在可调混凝土中，待混凝土凝固后形成一个子模块；同样通过工装定位设计制造一调节机构，便于将上述子模块固定于调节机构上；在施工现场需预打混凝土柱桩，并预埋紧固螺栓；施工过程中只需准备好可调混凝土子模块、紧固螺帽、紧固垫板、调节螺栓、调节螺帽、钢垫板和相关测量设备，利用手动微调方式便可进行定位，最后浇灌混凝土使混凝土柱桩与可调地基进行固结。通过机床将齿板压嵌在柱芯上，柱芯上部分齿板带有下陷，便于立柱与立柱之间的连接；齿板安装完成后将辅助封板通过螺钉与柱芯连接，最终形成一个立柱模块；在施工过程中只需简单的辅助定位，使用螺栓连接两根立柱中的齿板便可完成立柱的有效连接；最后将螺栓连接区域用挡板封挡，即可完成立柱安装。可调地基同样为工厂模块化生产，通过工装定位将所需的连接钢件预埋在可调混凝土中，待混凝土凝固后形成一个子模块；同样通过工装定位设计制造一调节机构，便于将上述子模块固定于调节机构上；在施工现场需预打混凝土柱桩，并预埋紧固螺栓；施工过程中只需准备好可调混凝土子模块、紧固螺帽、紧固垫板、调节螺栓、调节螺帽、钢垫板和相关测量设备，利用手动微调方式便可进行定位，最后浇灌混凝土使混凝土柱桩与可调地基进行固结。

木结构建筑的立柱结构是：

柱芯3的三个垂直面上各连接两块齿板2。

“L”型连接钢片8上制有连接孔9和连接孔10。“L”型连接钢片8浇铸于可调混凝土墩13中，连接孔9和连接孔10分别自可调混凝土墩13的上表面和下表面露出。

预制地桩16内埋有地脚螺栓19；中心为一孔且与四个螺栓12连为一体的连接板11置于预制地桩16上，紧固垫板17和紧固螺帽18依次与预制地桩16上的地脚螺栓19连接并固定。

四个下调节螺帽15及其四个垫片、四个“L”型连接钢片8上的连接孔10和四个上调节螺帽14及其四个垫片分别依次连接于四个螺栓12上并固定。四个下调节螺帽15及其四个垫片、四个“L”型连接钢片8上的连接孔10和四个上调节螺帽14及其四个垫片分别依次连接于四个螺栓12上并固定。

齿板2的一面为自齿板自身冲压出的呈水平状的尖齿，齿板2上带有下陷A，供插接续长柱芯3时使用，齿板2的端头制有连接孔。续长柱芯3时螺栓7与齿板上的连接孔连接。挡板6通过螺钉连接于两个柱芯3的接头处。四块辅助封板4分别连接于柱芯3上，并在齿板位置处压胶粘接。

木结构建筑的立柱结构与地基的连接方法是：

可调混凝土墩13分别与柱芯3和预制地桩16连接。柱芯3下部的六个连接孔与连接孔9经过螺栓7连接。

这样，根据实际情况，调整上调节螺帽14和下调节螺帽15，即可调整柱芯3的角度和水平高度。待立柱调整到位后，用混凝土浇灌模板20将预制地桩16围住，将连接板11、上调节螺帽14、下调节螺帽15、紧固垫板17、紧固螺帽18和地脚螺栓19一并封在混凝土中，并与预制地桩16的外形吻合。

本发明相比背景技术所具有的优点是：1、美观。立柱外表面均是木质材料，金属件均埋于立柱中，整体外形为长方体，相对于一般连接方式传统木结构(特别是榫卯结构)具有平整的外观；2、模块化设计。立柱之间通过立柱两端的齿条连接，齿条与齿条之间再通过螺栓连接，这样能够快速安装及拆卸，在满足性能的条件下实现模块化设计，安装快速、简便；3、结构简单，受力效果好。立柱采用方木加规格材，能够很好地将载荷传递到地基上，柱体采用复合式结构，可有效阻止木材裂纹扩展。4、立柱的分段方式提高了受力的连续性，立柱模块的连接面远离楼层面，这样可避免应力集中。传统设计中一般是将横梁连接在立柱端面，这样在连接节点上会产生复杂的弯、压、扭力，本发明中的立柱端面远离楼层面，使得立柱的连接处应力不大。5、所用立柱为同一规格，生产、组装简便、易行，互换性强。

本发明结合了经典齿板传剪技术和钢木复合连接技术，将钢混结构中钢筋受拉的设计思想引入其中，所设计的木结构房屋既能传承中国传统梁柱式木结构形式又能实现精确、快速装卸并实现工厂化生产。

由于采用了上述技术方案，本发明创造性的结合了国内外木结构建造技术，有效的利用梁柱式结构传载性能优越、齿板受拉性能好的特性，通过合理设计，结构简单，制造方便，既能满足梁柱式结构立柱的受力要求，又能实现模块化，快速安装拆卸，便于施工，极大缩短施工周期，而且在满足质量要求的情况下，相比于国内梁柱式木屋结构，美观度上具有了很大提高。

辅助封板分布在柱芯四周，能够分担一部分压力载荷以减小柱芯的荷载，并对柱芯起到防腐、防虫及外载冲击防护的作用，增加木屋结构质量可靠性和使用寿命，且达到一定的设计美观。

前述的立柱结构中，齿板只安装于柱芯三个面，其一、起固定立柱的作用；其二、考虑立柱之间能够快速安装及拆卸，将立柱两端齿板设计为有下陷和无下陷两种，便于立柱之间的连接，并可将柱芯沿无齿板一面抽出，实现立柱的更换；其三、在设计上设置补偿使齿板只传递受拉载荷(即立柱发生弯曲时受拉一侧通过齿板传载)，避免传递压载，充分发挥齿板受拉性能，便于立柱之间的对接；齿板对接区域预留有φ5孔，现场装配时协调配钻至φ10，这样一方面可避免制造及装配误差带来的齿板对接不协调问题，另一方面可确保柱芯之间充分接触，从而使载荷的传递主要由柱芯传递，避免了压载主要由齿板传递。

前述的立柱结构中，由于立柱连接面设计在楼层面之间，后期若需增加楼层，只需将屋顶拆除，增加立柱后再安装好屋顶即可，克服传统木建造结构上的“死结构”，即木屋建造完成后一般不会对结构作较大更换，更不可能实现本发明中的模块换装和楼层数增减。总之，只要在设计规定的范围内，用户可按自身需求选择所需楼层数。

附图说明

图1是本发明单个立柱模块的二维结构示意图；其中的1为楼层面。

图2是图1中的A向视图；其中的2为带下陷的齿板，3为柱芯，4为辅助封板。

图3是图1中的B向视图；其中的5为齿板。

图4是本发明立柱模块的立体示意图；其中的2为带下陷的齿板，3为柱芯，4为辅助封板，6为挡板。

图5是本发明两个立柱模块连接的二维示意图；其中的6为挡板，7为螺栓，A为下陷。

图6是本发明带下陷的齿板2与柱芯3连接结构示意图，其中上部两块辅助封板4未示出；其中的5为齿板，7为螺栓。

图7是本发明“L”型连接钢片8的整体结构立体示意图；其中的9为“L”型连接钢片上的连接孔，10为“L”型连接钢片上的另一连接孔。

图8是本发明钢垫板11的整体结构立体示意图；其中的12为与钢垫板11成一体的螺栓。

图9是本发明与地基连接的整体结构立体示意图；其中的8为“L”型连接钢片，13为可调混凝土墩，14为上调节螺帽，15为下调节螺帽，16为预制地桩，17为紧固垫板，18为紧固螺帽，19为地脚螺栓。

图10是本发明与地基连接的整体结构立体示意图；其中的7为螺栓，20为混凝土浇灌模套。

图11、图12、图13和图14是本发明的部分爆炸示意图。

图15是图4中立柱模块的另一角度示意图。

具体实施方式

下面结合附图及其实施例，对本发明作进一步的详述：通过机床将齿板压嵌在柱芯上，柱芯上部分齿板带有下陷，便于立柱与立柱之间的连接；齿板安装完成后将辅助封板通过螺钉与柱芯连接，最终形成一个立柱模块；在施工过程中只需简单的辅助定位，使用螺栓连接两根立柱中的齿板便可完成立柱的有效连接；最后将螺栓连接区域用挡板封挡，即可完成立柱安装。可调地基同样为工厂模块化生产，通过工装定位将所需的连接钢件预埋在可调混凝土中，待混凝土凝固后形成一个子模块；同样通过工装定位设计制造一调节机构，便于将上述子模块固定于调节机构上；在施工现场需预打混凝土柱桩，并预埋紧固螺栓；施工过程中只需准备好可调混凝土子模块、紧固螺帽、紧固垫板、调节螺栓、调节螺帽、钢垫板和相关测量设备，利用手动微调方式便可进行定位，最后浇灌混凝土使混凝土柱桩与可调地基进行固结。

本发明供建造木结构建筑及其与地基连接使用。

Claims (3)

1.一种木结构建筑的立柱结构及其与地基的连接方法，包括螺栓、螺帽、连接孔、挡板、地脚螺栓、预制地桩和紧固垫板，其特征在于：建造可互换的模块，即通过机床将齿板压嵌在柱芯上，柱芯上部分齿板带有下陷，便于立柱与立柱之间的连接；齿板安装完成后将辅助封板通过螺钉与柱芯连接，最终形成一个立柱模块；在施工过程中只需简单的辅助定位，使用螺栓连接两根立柱中的齿板便可完成立柱的有效连接；最后将螺栓连接区域用挡板封挡，即可完成立柱安装；可调地基同样为工厂模块化生产，通过工装定位将所需的连接钢件预埋在可调混凝土中，待混凝土凝固后形成一个子模块；同样通过工装定位设计制造一调节机构，便于将上述子模块固定于调节机构上；在施工现场需预打混凝土柱桩，并预埋紧固螺栓；施工过程中只需准备好可调混凝土子模块、紧固螺帽、紧固垫板、调节螺栓、调节螺帽、钢垫板和相关测量设备，利用手动微调方式便可进行定位，最后浇灌混凝土使混凝土柱桩与可调地基进行固结。

2.根据权利要求1中所述的一种木结构建筑的立柱结构及其与地基的连接方法，其特征在于，所述的木结构建筑的立柱结构是：

柱芯(3)的三个垂直面上各连接两块齿板(2)；

“L”型连接钢片8上制有连接孔9和连接孔10，“L”型连接钢片8浇铸于可调混凝土墩13中，连接孔9和连接孔10分别自可调混凝土墩13的上表面和下表面露出；

预制地桩16内埋有地脚螺栓19；中心为一孔且与四个螺栓12连为一体的连接板11置于预制地桩16上，紧固垫板17和紧固螺帽18依次与预制地桩16上的地脚螺栓19连接并固定；

四个下调节螺帽15及其四个垫片、四个“L”型连接钢片8上的连接孔10和四个上调节螺帽14及其四个垫片分别依次连接于四个螺栓12上并固定。四个下调节螺帽15及其四个垫片、四个“L”型连接钢片8上的连接孔10和四个上调节螺帽14及其四个垫片分别依次连接于四个螺栓12上并固定；

齿板2的一面为自齿板自身冲压出的呈水平状的尖齿，齿板2上带有下陷(A)，齿板2的端头制有连接孔，续长柱芯3时螺栓7与齿板上的连接孔连接；挡板6通过螺钉连接于两个柱芯3的接头处；四块辅助封板4分别连接于柱芯3上，并在齿板位置处压胶粘接。

3.根据权利要求1中所述的一种木结构建筑的立柱结构及其与地基的连接方法，其特征在于，所述的木结构建筑的立柱结构与地基的连接方法是：

可调混凝土墩13分别与柱芯3和预制地桩16连接。柱芯3下部的六个连接孔与连接孔9经过螺栓7连接。

这样，根据实际情况，调整上调节螺帽14和下调节螺帽15，即可调整柱芯3的角度和水平高度。待立柱调整到位后，用混凝土浇灌模板20将预制地桩16围住，将连接板11、上调节螺帽14、下调节螺帽15、紧固垫板17、紧固螺帽18和地脚螺栓19一并封在混凝土中，并与预制地桩16的外形吻合。