CN107060367A - 用于穿斗式木构架典型节点的加固结构及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于穿斗式木构架典型节点的加固结构及方法，包括柱体、穿过柱体的穿枋，第一垫板位于穿枋上、下方的柱体左、右两侧，柱体左右两侧相对两块第一垫板之间的垂线、平行于穿枋轴线；第二垫板位于柱体左、右方的穿枋上、下两侧，穿枋上下两侧相对两块第二垫板之间的垂线、平行于柱体轴线；第一垫板、第二垫板外表面均设置弹性垫，弹性垫外侧设置角钢，角钢的两个平面分别与第一垫板、第二垫板外的弹性垫接触，且角钢与柱体固定连接，并将穿枋上下侧角钢通过螺栓固定相连。本发明用以解决传统技术中穿斗式木结构关键受力构件转动刚度下降的问题，实现提高节点处的转动刚度、降低构件产生过大变形的风险、提高结构安全性的目的。

Description

用于穿斗式木构架典型节点的加固结构及方法

技术领域

本发明涉及穿斗式结构加固领域，具体涉及用于穿斗式木构架典型节点的加固结构及方法。

背景技术

穿斗式结构是用穿枋把柱串联起来，形成一榀木构架，檩条直接搁置在柱头，在沿檩条方向，再用斗枋把柱串联起来，由此而形成屋架的。穿斗式结构又称立贴式结构，是中国古代三大构架结构建筑之一。

穿斗式木结构传统民居是我国西南地区现存数量较多的民居形式，其关键受力构件的柱与枋通过榫卯形式连接，其中较为典型的穿斗式榫卯节点主要有透榫、钩榫、互扎榫、栓榫等，不同形式的节点具有不同的转动刚度。由于该种形式的民居主体结构材质为木材，在其具有较好的受压、受弯、材质较轻且便于施工修缮等诸多优点的同时，也存在长期使用过程中易受外界环境作用侵蚀、变形老化及地震等不利因素作用所致构件材质劣化、连接松动、结构变形等情况，如典型节点的拔榫、折榫现象，出现了折榫或者拔榫的节点，其转动刚度将明显下降，进而导致木构架的歪闪偏斜，影响结构整体稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供用于穿斗式木构架典型节点的加固结构及方法，以解决传统技术中穿斗式木结构节点处容易出现拔榫、折榫现象，从而导致关键受力构件转动刚度下降，进而影响结构整体稳定性的问题，实现提高节点处的转动刚度、降低构件产生过大变形的风险、提高结构安全性的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

用于穿斗式木构架典型节点的加固结构，包括柱体、穿过柱体的穿枋，还包括第一垫板、第二垫板、弹性垫、角钢；所述第一垫板位于穿枋上、下方的柱体左、右两侧，柱体左右两侧相对两块第一垫板之间的垂线、平行于穿枋轴线；所述第二垫板位于柱体左、右方的穿枋上、下两侧，穿枋上下两侧相对两块第二垫板之间的垂线、平行于柱体轴线；所述第一垫板、第二垫板外表面均设置弹性垫，弹性垫外侧设置角钢，所述角钢的两个平面分别与第一垫板外的弹性垫、第二垫板外的弹性垫接触，且角钢与柱体固定连接。

针对传统技术中穿斗式木结构节点处的转动刚度容易下降、影响结构整体稳定性的问题，本发明提出一种用于穿斗式木构架典型节点的加固结构，其中柱体与穿枋为现有穿斗形式，第一垫板位于穿枋上、下方的柱体左、右两侧，柱体左右两侧相对两块第一垫板之间的垂线、平行于穿枋轴线；第二垫板位于柱体左、右方的穿枋上、下两侧，穿枋上下两侧相对两块第二垫板之间的垂线、平行于柱体轴线。即是柱体与穿枋连接处设置第一垫板、第二垫板，以柱体和穿枋将空间分为四个区域，每个区域内都在柱体靠近穿枋的左右两侧侧壁设置第一垫板，都在穿枋靠近柱体的端部上下两侧设置第二垫板，在第一垫板、第二垫板外侧再设置弹性垫。角钢的两个平面分别与第一垫板外的弹性垫、第二垫板外的弹性垫接触，即是每个区域内都设置角钢，每个角钢的两个表面都分别与弹性片接触，角钢又与柱体固定连接。本发明通过在柱体与穿枋的连接处各方向都设置了垫板，由垫板提供弹性垫的安装位置，通过垫板使得弹性垫能够稳定可靠的安装在垫板的平面上。弹性垫使用现有的弹性材料均可，使得整个穿斗结构成为半刚性结构，利用弹性垫的弹性变形能力消耗外部能量，极大程度上克服了外部物理干扰对典型节点的影响，弹性垫外部还设置有与柱体固定连接的角钢，由于角钢固定连接在柱体上，因此角钢将其内部的弹性垫挤压在第一垫板或第二垫板表面，确保弹性垫充分发挥其耗能作用，同时利用固定连接的角钢进一步提高本结构的使用稳定性，能够极大程度上避免连接松动、结构变形等情况出现。本发明通过第一垫板、弹性垫、角钢，对柱体径向方向的外力干扰提供有效抵消，通过第二垫板、弹性垫、角钢，对柱体轴向方向的外力干扰提供有效抵消，因此解决了传统技术中穿斗式木结构节点处的转动刚度容易下降、影响结构整体稳定性的问题，实现了提高节点处的转动刚度、降低构件产生过大变形的风险、提高结构安全性的目的。此外，由于角钢、垫板、弹性垫等装置均可按照所需加固节点的柱体、穿枋实际尺寸预制订做，构件本身规格尺寸小，因此本发明相较于现有技术，还具有便于安装操作，对原结构本身改动损伤较小，对传统民居风貌本身影响很小，固定更换灵活方便，加固施工工期短等有益效果。同时，通过对结构整体有限元模型的时程分析表明，本发明能够显著改善整体结构的地震作用响应，应对地震等强外力作用的效果非常显著。

优选的，所述柱体左右两侧的角钢、弹性垫、第一垫板之间通过贯穿柱体的螺栓连接。即是通过贯穿柱体的螺栓，将柱体左侧与右侧的角钢、弹性垫、第一垫板完全连接成整体，进一步提高本发明的结构强度与稳定性。

优选的，所述穿枋上下两侧的角钢、弹性垫、第二垫板之间通过位于穿枋外部的螺栓连接。即是穿枋上侧与下侧的角钢、弹性垫、第二垫板通过位于穿枋外侧的螺栓连接成整体，本方案中的螺栓不贯穿穿枋，而是从穿枋外部经过，避免对穿枋构件截面造成损伤。本优选方案能够在保证穿枋构件强度与外观不受影响的情况下，提高本发明的结构强度与稳定性。

进一步的，所述柱体表面设置与第一垫板相匹配的凹槽，第一垫板紧贴在凹槽内部。柱体表面为曲面，第一垫板直接与之连接时，接触面积小，容易导致受力不均。因此在柱体表面设置用于容纳第一垫板的凹槽，将第一垫板紧贴在凹槽内部设置，极大程度上增大接触面积，确保受力均匀稳定，确保第一垫板不会轻易产生形变。

优选的，所述第一垫板、第二垫板均由钢材制作而成。确保第一垫板、第二垫板均具有优良的强度与平整度，从而提高本结构的使用寿命。

优选的，所述弹性垫为橡胶垫。橡胶材料具有优良的弹性与复位能力，能够显著的抵消外部干扰能量，实现优良的耗能效果。

用于穿斗式木构架典型节点的加固方法，包括以下步骤：

(a)在穿枋上、下方的柱体两侧表面开设凹槽；

(b)在凹槽内设置第一垫板；在穿枋上、下两侧靠近柱体的端部设置第二垫板；使得第一垫板平行于柱体的轴线，第二垫板平行于穿枋的轴线；

(c)在第一垫板、第二垫板外表面设置弹性垫，弹性垫外设置角钢，使角钢的两个平面分别与第一垫板外的弹性垫、第二垫板外的弹性垫接触；

(d)将角钢与柱体固定；

(e)将穿枋上下侧角钢通过螺栓固定相连。

优选的，所述第一垫板、第二垫板均由钢材制作而成。

优选的，所述角钢通过螺栓固定在柱体上。螺栓可优选为从柱体中穿过，从而提高整体刚度。

优选的，所述弹性垫为橡胶垫。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明用于穿斗式木构架典型节点的加固结构及方法，通过在柱体与穿枋的连接处各方向都设置了垫板，由垫板提供弹性垫的安装位置，通过垫板使得弹性垫能够稳定可靠的安装在垫板的平面上，使得整个穿斗结构成为半刚性结构，利用弹性垫的弹性力消耗外部能量，极大程度上克服了外部物理干扰对典型节点的影响，弹性垫外部还设置有与柱体固定连接的角钢，由于角钢固定连接在柱体上，因此角钢将其内部的弹性垫挤压在第一垫板或第二垫板表面，确保弹性垫充分发挥其耗能作用，同时将与柱固定连接的穿枋上下侧角钢通过螺栓连接固定形成整体，提高本结构的使用稳定性，能够极大程度上避免连接松动、结构变形等情况出现。

2、本发明用于穿斗式木构架典型节点的加固结构及方法，相较于现有传统技术，还具有便于安装操作，对原结构本身改动损伤较小，对传统民居风貌本身影响很小，固定更换灵活方便，加固施工工期短等有益效果。

3、本发明用于穿斗式木构架典型节点的加固结构及方法，通过对结构整体有限元模型的时程分析表明，本发明能够显著改善整体结构的地震作用响应，应对地震等强外力作用的效果非常显著。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施例1的剖视图；

图2为本发明具体实施例1的俯视图；

图3为本发明具体实施例1的侧视图；

图4为本发明具体实施例2的流程示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-柱体，2-穿枋，3-第一垫板，4-第二垫板，5-弹性垫，6-角钢，7-螺栓，8-凹槽。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1至图3所示的用于穿斗式木构架典型节点的加固结构，包括柱体1、穿过柱体1的穿枋2，还包括第一垫板3、第二垫板4、弹性垫5、角钢6；所述第一垫板3位于穿枋2上、下方的柱体1左、右两侧，柱体1左右两侧相对两块第一垫板3之间的垂线、平行于穿枋2轴线；所述第二垫板4位于柱体1左、右方的穿枋2上、下两侧，穿枋2上下两侧相对两块第二垫板4之间的垂线、平行于柱体1轴线；所述第一垫板3、第二垫板4外表面均设置弹性垫5，弹性垫5外侧设置角钢6，所述角钢6的两个平面分别与第一垫板3外的弹性垫5、第二垫板4外的弹性垫5接触，且角钢6与柱体1固定连接。所述柱体1左右两侧的角钢6、弹性垫5、第一垫板3之间通过贯穿柱体1的螺栓7连接。所述穿枋2上下两侧的角钢6、弹性垫5、第二垫板4之间通过位于穿枋2外部的螺栓7连接。所述柱体1表面设置与第一垫板3相匹配的凹槽8，第一垫板3紧贴在凹槽8内部。所述第一垫板3、第二垫板4均由钢材制作而成。所述弹性垫5为橡胶垫。图1、图2中虚线表示贯穿柱体1内部的螺栓7。本实施例通过在柱体1与穿枋2的连接处各方向都设置了垫板，垫板外部设置弹性垫5，使得整个穿斗结构成为半刚性结构，利用弹性垫5的弹性力消耗外部能量，极大程度上克服了外部物理干扰对典型节点的影响，弹性垫5外部还设置有与柱体1、穿枋2均固定连接的角钢6，由于角钢6固定连接在柱体1上，因此角钢6将其内部的弹性垫5挤压在第一垫板3或第二垫板4表面，确保弹性垫5充分发挥其耗能作用，同时利用固定连接的角钢6进一步提高本结构的使用稳定性，能够极大程度上避免连接松动、结构变形等情况出现。此外，通过贯穿柱体1的螺栓7，将柱体1左侧与右侧的角钢6、弹性垫5、第一垫板3完全连接成整体；通过贯穿穿枋2的螺栓7，将穿枋2上侧与下侧的角钢6、弹性垫5、第二垫板4完全连接成整体，提高结构强度与稳定性。在柱体1表面设置用于容纳第一垫板3的凹槽8，将第一垫板3紧贴在凹槽8内部设置，极大程度上增大接触面积，确保受力均匀稳定，确保第一垫板3不会轻易产生形变。本结构特别适用于对透榫等节点转动刚度相对较大的节点形式进行加固，能够极大程度上提高节点处的初始转动刚度，同时通过有限元模拟分析可得，本结构还对穿斗式木构架典型节点的力学性能有较为显著的提升。

实施例2：

如图4所示的用于穿斗式木构架典型节点的加固方法，包括以下步骤：(a)在穿枋上、下方的柱体两侧表面开设凹槽；(b)在凹槽内设置第一垫板；在穿枋上、下两侧靠近柱体的端部设置第二垫板；使得第一垫板平行于柱体的轴线，第二垫板平行于穿枋的轴线；(c)在第一垫板、第二垫板外表面设置弹性垫，弹性垫外设置角钢，使角钢的两个平面分别与第一垫板外的弹性垫、第二垫板外的弹性垫接触；(d)将角钢与柱体固定；(e)将穿枋上下侧角钢通过螺栓固定相连。通过本方法对穿斗式木构架典型节点进行加固，解决了现有技术中穿斗式木结构节点处的转动刚度容易下降、影响结构整体稳定性的问题，实现了提高节点处的转动刚度、降低构件产生过大变形的风险、提高结构安全性的目的。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于穿斗式木构架典型节点的加固结构，包括柱体(1)、穿过柱体(1)的穿枋(2)，其特征在于，还包括第一垫板(3)、第二垫板(4)、弹性垫(5)、角钢(6)；所述第一垫板(3)位于穿枋(2)上、下方的柱体(1)左、右两侧，柱体(1)左右两侧相对两块第一垫板(3)之间的垂线、平行于穿枋(2)轴线；所述第二垫板(4)位于柱体(1)左、右方的穿枋(2)上、下两侧，穿枋(2)上下两侧相对两块第二垫板(4)之间的垂线、平行于柱体(1)轴线；所述第一垫板(3)、第二垫板(4)外表面均设置弹性垫(5)，弹性垫(5)外侧设置角钢(6)，所述角钢(6)的两个平面分别与第一垫板(3)外的弹性垫(5)、第二垫板(4)外的弹性垫(5)接触，且角钢(6)与柱体(1)固定连接。

2.根据权利要求1所述的用于穿斗式木构架典型节点的加固结构，其特征在于，所述柱体(1)左右两侧的角钢(6)、弹性垫(5)、第一垫板(3)之间通过贯穿柱体(1)的螺栓(7)连接。

3.根据权利要求1所述的用于穿斗式木构架典型节点的加固结构，其特征在于，所述穿枋(2)上下两侧的角钢(6)、弹性垫(5)、第二垫板(4)之间通过位于穿枋(2)外部的螺栓(7)连接。

4.根据权利要求1所述的用于穿斗式木构架典型节点的加固结构，其特征在于，所述柱体(1)表面设置与第一垫板(3)相匹配的凹槽(8)，第一垫板(3)紧贴在凹槽(8)内部。

5.根据权利要求1所述的用于穿斗式木构架典型节点的加固结构，其特征在于，所述第一垫板(3)、第二垫板(4)均由钢材制作而成。

6.根据权利要求1所述的用于穿斗式木构架典型节点的加固结构，其特征在于，所述弹性垫(5)为橡胶垫。

7.用于穿斗式木构架典型节点的加固方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)在穿枋上、下方的柱体两侧表面开设凹槽；

(b)在凹槽内设置第一垫板；在穿枋上、下两侧靠近柱体的端部设置第二垫板；使得第一垫板平行于柱体的轴线，第二垫板平行于穿枋的轴线；

(c)在第一垫板、第二垫板外表面设置弹性垫，弹性垫外设置角钢，使角钢的两个平面分别与第一垫板外的弹性垫、第二垫板外的弹性垫接触；

(d)将角钢与柱体固定；

(e)将穿枋上下侧角钢通过螺栓固定相连。

8.根据权利要求7所述的用于穿斗式木构架典型节点的加固方法，其特征在于，所述第一垫板、第二垫板均由钢材制作而成。

9.根据权利要求7所述的用于穿斗式木构架典型节点的加固方法，其特征在于，所述角钢通过螺栓固定在柱体上。

10.根据权利要求7所述的用于穿斗式木构架典型节点的加固方法，其特征在于，所述弹性垫为橡胶垫。