CN105735664A - 一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置 - Google Patents

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Abstract

一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，属于古建筑木结构建筑保护和加固工程技术领域。本发明主要采用钢件组合的形式，可用于古建筑木结构的榫卯节点加固工程中。本发明分别在榫卯节点处的梁端和柱端设置钢件，梁上的钢件与梁协同工作，柱上的钢件与柱协同工作，利用梁上的钢件约束柱上钢件的变形，从而使榫卯节点在发生一定滑移量后被钢组合件约束，不再继续变形，此时，水平力由钢组合件和榫卯节点共同分担。该加固装置对古建筑木结构的损伤较小，可利用面层等实现隐蔽式加固，可拆卸，造价低，安装方便，受力机制合理，具有广阔的应用空间和重要的推广价值。

Description

一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置
技术领域
本发明涉及一种古建筑木结构的榫卯节点加固装置，属于古建筑木结构建筑保护和加固工程技术领域。
背景技术
古建筑木结构是中国古代的主要建筑形式，是中华文明的重要组成部分，是世界物质文化遗产，其建造法式、建造技术多已失传，只能从建筑上找到珠丝马迹，因此，对古建筑木结构进行保护具有重要意义。
古建筑木结构的节点连接均采用榫卯连接形式。榫卯连接构造属于半刚性节点，具有一定的滑移变形能力，可在水平力作用下耗散一定的能量而不产生不可逆的变形，是古建筑木结构的重要抗震防线。传统的榫卯节点加固方法均采用约束榫卯节点变形的思想，防止榫卯节点发生拔榫或脱榫破坏。这类方法浪费了原结构的一道抗震防线，改变了原结构的传力机制，并且使节点的负荷增大，不符合抗震加固的基本理念。针对这种情况，可以通过调整钢组合件的连接方式，容许榫卯节点发生一定的滑移，当滑移量较大时再约束其相对变形，从而既发挥榫卯节点的耗能能力，减小其负荷，又能对榫卯节点进行保护，防止脱榫或拔榫破坏。
要解决的技术问题：本发明的目的是设计一种能够容许榫卯节点发生一定滑移的节点加固装置，主要采用钢件组合的形式，可用于古建筑木结构的榫卯节点加固工程中。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：分别在榫卯节点处的梁端和柱端设置钢件，梁上的钢件与梁协同工作，柱上的钢件与柱协同工作，利用梁上的钢件约束柱上钢件的变形，从而使榫卯节点在发生一定滑移量后被钢组合件约束，不再继续变形，此时，水平力由钢组合件和榫卯节点共同分担。
该加固装置对古建筑木结构的损伤较小，可利用面层等实现隐蔽式加固，可拆卸，造价低，安装方便，受力机制合理，具有广阔的应用空间和重要的推广价值。
发明内容
本发明的目的在于针对古建筑木结构榫卯连接节点，设计一种能够容许榫卯连接节点发生一定滑移变形的节点加固装置，该装置构造简单、成本较低、加固效果良好，安装后可利用面层实现隐蔽式加固。
为实现上述加固效果，本发明采用的技术方案如下：
一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，该节点加固装置的古建筑木结构的榫卯节点由木框架梁1和木框架柱2构成，木框架梁1安装在木框架柱2上。节点加固装置主要由柱侧加固件3、梁侧加固件4组成。柱侧加固件3由紧固件a5固定在木框架柱2上，梁侧加固件4由紧固件b6固定在木框架梁1上。
所述柱侧加固件3固定在木框架柱2的节点附近，其厚度、沿柱轴线方向的有效锚固长度、垂直于柱轴线方向的宽度应根据柱侧加固件3和梁侧加固件4协同抗剪和抗弯计算确定，并符合钢结构和后锚固的相关要求。
所述有效锚固长度为柱侧加固件3与木框架柱2连接段中真正参与受力的部分的长度。
所述梁侧加固件4固定在木框架梁1的节点附近，其厚度、沿梁轴线方向的长度和垂直于梁轴线方向的宽度应根据柱侧加固件3和梁侧加固件4协同抗剪和抗弯计算确定，并符合钢结构和后锚固的相关要求。
柱侧加固件3和梁侧加固件4的连接协同部分即柱侧加固件和梁侧加固件向木框架梁1表面投影重合的部分。连接协同部分的长度和宽度应根据柱侧加固件3和梁侧加固件4协同抗剪和抗弯计算确定。连接协同部分采用矩形形式或十字形或其它形式。
柱侧加固件3的端部(梁侧)垂直于梁轴线方向的长度大于连接部分垂直于轴线方向的长度，且满足柱侧加固件3和梁侧加固件4协同抗剪以及钢结构的相关要求；其宽度亦应满足柱侧加固件3和梁侧加固件4协同抗剪的相关要求。柱侧加固件3的端部(梁侧)和梁侧加固件4间具有初始间隙，该间隙值应小于榫长的1/4；对于中框架节点，如果两侧均布置加固装置，则两侧的初始间隙可根据两侧构件的受力状态进行分配，其和应小于榫长的1/4(由于同一个木框架梁1上下表面变形基本一致，因此上下表面的加固装置的间隙值不进行叠加)。
所述紧固件a5和紧固件b6的数量、型号参数根据柱侧加固件3和梁侧加固件4的协同抗剪和抗弯计算确定，并满足后锚固的相关要求，保证锚固的可靠性。
为保证钢构件的平面稳定性，柱侧加固件3的转折处加设加劲肋a8，梁侧加固件4上加设加劲肋b9。
本发明用于古建筑木结构的榫卯节点加固中，构造简单，安装方便，成本较低，可拆卸，对原结构的损伤较小，可利用面层实现隐蔽式加固，可广泛推广。
附图说明
图1为可隐蔽式加固装置用于边节点的构造示意图。
图2为可隐蔽式加固装置用于边节点构造的截面图，(a)为A-A截面示意图，(b)为B-B截面示意图。
图3为显露式加固装置用于中节点的正视图。
图4为显露式加固装置用于中节点的俯视图。
附图标记说明：
1-木框架梁；2-木框架柱；3-柱侧加固件；4-梁侧加固件；5-紧固件a；6-紧固件b；7-柱上构造螺栓；8-加劲肋a；9-加劲肋b。
具体实施方式
如图1～图4示，古建筑木结构的榫卯节点为边节点，主要由木框架梁1和木框架柱2构成。加固装置主要由柱侧加固件3和梁侧加固件4组成。柱侧加固件3由紧固件5固定在木框架柱2上，梁侧加固件4由紧固件6固定在木框架梁1上。
柱侧加固件3、梁侧加固件4、紧固件5和6的尺寸等参数均由设计要求确定。节点加固装置沿榫卯节点上下对称布置。
榫卯节点在水平力作用下，木框架梁1和木框架柱2会发生相对变形，梁侧加固件4和木框架梁1共同变形，柱侧加固件3和木框架柱2共同变形。此时，榫卯节点会发生一定的滑移，当滑移量小于间隙值时，榫卯节点可以自由滑移，耗散能量；当榫卯节点的滑移量达到该间隙值时，柱侧加固件3和梁侧加固件4接触并受力，分担榫卯节点的受力，使榫卯节点不继续滑移。
榫卯节点在框架平面内的弯矩作用下，可由柱侧加固件3和梁内里加固件4和连接部分相互咬合分担弯矩，但应保证其它部分的稳定性，因此连接部分越靠近榫卯节点越好。
设置钢组合件加固装置后，木结构榫卯节点的可能破坏形式主要有以下几种：1)榫头破坏；2)卯口破坏；3)榫头拔出；4)柱上锚栓拔出；5)梁上锚栓失效；6)梁上锚栓处木材破坏；7)加固装置中的钢构件发生平面外失稳；8)加固装置中的限位构件破坏。出于保护榫卯节点和结构构件的目的，以第8种破坏形式为宜。控制榫卯节点的破坏形式可以通过以下方法进行：1)柱上锚栓的抗拉强度和梁上锚栓的抗剪强度应为加固装置中限位构件的屈服强度的1.5倍以上；2)加固装置中的限位构件在大震作用下可以屈服，但不应破坏。

Claims (10)

1.一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，该节点加固装置的古建筑木结构的榫卯节点由木框架梁(1)和木框架柱(2)构成，木框架梁(1)安装在木框架柱(2)上；其特征在于：节点加固装置主要由柱侧加固件(3)、梁侧加固件(4)组成；柱侧加固件(3)由紧固件a(5)固定在木框架柱(2)上，梁侧加固件(4)由紧固件b(6)固定在木框架梁(1)上。
2.根据权利要求1所述的一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，其特征在于：所述柱侧加固件(3)固定在木框架柱(2)的节点附近，其厚度、沿柱轴线方向的有效锚固长度、垂直于柱轴线方向的宽度应根据柱侧加固件(3)和梁侧加固件(4)协同抗剪和抗弯计算确定，并符合钢结构和后锚固的相关要求。
3.根据权利要求2所述的一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，其特征在于：所述有效锚固长度为柱侧加固件(3)与木框架柱(2)连接段中真正参与受力的部分的长度。
4.根据权利要求1所述的一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，其特征在于：所述梁侧加固件(4)固定在木框架梁1的节点附近，其厚度、沿梁轴线方向的长度和垂直于梁轴线方向的宽度应根据柱侧加固件(3)和梁侧加固件(4)协同抗剪和抗弯计算确定，并符合钢结构和后锚固的相关要求。
5.根据权利要求1所述的一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，其特征在于：柱侧加固件(3)和梁侧加固件(4)的连接协同部分即柱侧加固件和梁侧加固件向木框架梁(1)表面投影重合的部分；连接协同部分的长度和宽度应根据柱侧加固件(3)和梁侧加固件(4)协同抗剪和抗弯计算确定；连接协同部分采用矩形形式或十字形。
6.根据权利要求1所述的一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，其特征在于：柱侧加固件(3)的端部垂直于梁轴线方向的长度大于连接部分垂直于轴线方向的长度，且满足柱侧加固件(3)和梁侧加固件(4)协同抗剪以及钢结构的相关要求；其宽度亦应满足柱侧加固件(3)和梁侧加固件(4)协同抗剪的相关要求；柱侧加固件(3)的端部和梁侧加固件(4)间具有初始间隙，该间隙值应小于榫长的1/4；对于中框架节点，如果两侧均布置加固装置，则两侧的初始间隙可根据两侧构件的受力状态进行分配，其和应小于榫长的1/4。
7.根据权利要求1所述的一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，其特征在于：所述紧固件a(5)和紧固件b(6)的数量、型号参数根据柱侧加固件(3)和梁侧加固件(4)的协同抗剪和抗弯计算确定，并满足后锚固的相关要求，保证锚固的可靠性。
8.根据权利要求1所述的一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，其特征在于：柱侧加固件(3)的转折处加设加劲肋a(8)，梁侧加固件(4)上加设加劲肋b(9)，以保证钢构件的平面稳定性。
9.根据权利要求1所述的一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，其特征在于：榫卯节点在水平力作用下，木框架梁(1)和木框架柱(2)会发生相对变形，梁侧加固件(4)和木框架梁(1)共同变形，柱侧加固件(3)和木框架柱(2)共同变形；此时，榫卯节点会发生一定的滑移，当滑移量小于间隙值时，榫卯节点可以自由滑移，耗散能量；当榫卯节点的滑移量达到该间隙值时，柱侧加固件(3)和梁侧加固件(4)接触并受力，分担榫卯节点的受力，使榫卯节点不继续滑移。
10.根据权利要求1所述的一种古建筑木结构容许滑移的节点加固装置，其特征在于：榫卯节点在框架平面内的弯矩作用下，可由柱侧加固件(3)和梁内里加固件(4)和连接部分相互咬合分担弯矩，但应保证其它部分的稳定性，因此连接部分越靠近榫卯节点越好。
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