CN107476554A - 卯榫建筑结构体系 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种卯榫建筑结构体系，包括两根以上的横向支撑单元和两根以上的纵向支撑单元，横向支撑单元和纵向支撑单元相互卯榫连接。横向支撑单元包括一个横杆和固定在横杆两端的两个横向连接头。纵向支撑单元包括一个立杆、固定在立杆底端的连接套筒以及套接固定在立杆上的、两个以上的柱状纵向连接头。通过卯榫连接方式提高了整个结构体系搭建的灵活性和搭建效率，结构稳定性好、强度高，受力科学、合理，可用于房屋或临建的内部支撑结构，还可替代脚手架作为外部支撑使用，并可直接用于搭建桥梁。

Description

卯榫建筑结构体系
技术领域
本发明涉及一种通过卯榫连接结构形成的一种建筑或支撑用结构体系，属于建筑工程领域。
背景技术
在房屋建造、装饰或者修缮过程中，会在建筑物的内部搭建支撑架或结构架，或在房屋外部搭建辅助施工架或外防护架，以方便房屋搭建或施工过程。
通常我们看到的辅助施工架或外防护架多为普通的脚手架，即通过带有紧固螺栓的连接件将相同规格的钢管连接组装，形成一个可横向或纵向延伸的、稳定的矩阵式支架，使施工过程可以在脚手架上完成。此类架体虽能满足使用需要，但连接过程需要通过紧固螺栓进行旋转连接，拆装速度慢、劳动强度高，需耗费大量时间进行脚手架的搭建或拆卸，同时，施工环境恶略，长时间空中作业经常会发生各种意外情况，危险性较高。
为简化脚手架的安装和拆卸过程，降低劳动强度，缩短拆装时间，设计一种全新的建筑用结构体系，以取代现有脚手架支撑体系，同时，扩展新建筑结构体系的适用范围，就成为本发明想要解决的问题。
发明内容
鉴于上述现有情况，本发明旨在提供一种以卯榫连接为基础，通过横向支撑单元与纵向支撑单元的矩阵式搭接，形成一个可用于建筑内部或底部结构支撑以及外支撑结构搭建的多用途卯榫建筑结构体系，以简化此类工程的搭建过程，提高搭建效率，扩展搭建结构的适用性，满足不同情况下多用途使用需要。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
卯榫建筑结构体系，包括两根以上的横向支撑单元和两根以上的纵向支撑单元，横向支撑单元和纵向支撑单元相互卯榫连接。横向支撑单元包括一个横杆和固定在横杆两端的两个横向连接头。纵向支撑单元包括一个立杆、固定在立杆底端的连接套筒以及套接固定在立杆上的、两个以上的柱状纵向连接头。纵向连接头的外圆表面设有一个以上纵向的楔形块。楔形块的上端尺寸小于下端尺寸，沿着楔形块的纵向，楔形块两侧边线的延长线夹角小于180度，楔形块的横截面形状为鱼尾形，鱼尾形横截面的内端宽度小于外端宽度，沿着楔形块的横向，楔形块两侧边线的延长线夹角小于180度。竖直方向的横向支撑单元之间通过连接套筒相互插接。横向连接头的端面上设有可与楔形块配合连接的、纵向的楔形槽，横杆通过两端的楔形槽横向连接在相对应的两根立杆的纵向连接头的楔形块之间。
卯榫建筑结构体系还包括一个以上的斜杆，斜杆通过销孔销接在与上、下相邻两个横杆对角线方向对应的两个纵向连接头的楔形块上。
所述楔形块的正面设有网纹、突棱或凹槽，与楔形块正面相配合的横向连接头的楔形槽底面上设有相对应的网纹、凹槽或突棱。和/或，楔形块的两个侧面分别设有网纹、突棱或凹槽，与楔形块侧面相配合的横向连接头的楔形槽侧面分别设有相对应的网纹、凹槽或突棱。
所述楔形块和楔形槽的侧面设有位置对应的一个以上的圆形、方形、长方形、三角形或不规则形状的横向通孔，横向通孔内设有相对应的位置传感器。
所述楔形块在纵向连接头的外圆表面成四等分排列或八等分排列；或者采用不对称设置一个楔形块、两个楔形块、三个楔形块、五个楔形块、六个楔形块或七个楔形块。
所述横向连接头为圆柱状，楔形槽位于横向连接头的外侧端面上，横向连接头的内侧端面固定在横杆的端面上。
所述横向连接头内侧端面与横杆端面的接触面上设有相互配合的凸起和凹槽。
所述立杆为空心杆或实心杆，立杆的横截面形状为圆形、方形、长方形或三角形，纵向连接头以焊接、铆接、缩接、胀接、胶接、铸接或螺丝铰接的方式固定在立杆上。和/或，横杆为空心杆或实心杆，横杆的横截面形状为圆形、方形、长方形或三角形，横向连接头以焊接、铆接、缩接、胀接、胶接、铸接或螺丝铰接的方式固定在横杆两端。
所述横向支撑单元和纵向支撑单元的材质分别为铸钢件、铸铁件、铸铝件、冲压铝配件、铸铜配件、冲压铜配件、木材雕刻配件、塑料模具铸件、塑料雕刻配件或三D打印配件。
本发明所述的卯榫建筑结构体系的有益效果包括：
1、利用卯榫连接方式，可使横杆和立杆快速搭建成相应的结构体系，简化了搭接过程，提高了搭建效率；
2、通过楔形块的等分分布，可使横杆沿不同方向进行横向搭建，提高了搭建的灵活性，满足了不同结构的搭建需要；
3、在相配合的楔形块和楔形槽接触面上设置相应的凹槽、突棱或网纹等，可以提高接触面的摩擦力，在接触面上形成锁紧状态，确保了卯榫配合结构的稳定性；
4、利用位置传感器可对相配合的楔形槽和楔形块接触面进行使用过程中的位置监控，确保连接位置始终保持准确、可靠，并在位置发生偏移时及时进行报警提醒，避免了意外情况的发生，为长期、可靠使用此类结构体系提供了帮助；
5、通过设置斜杆对上、下横杆进行支撑，使横杆受力更科学、合理，有效提高了整个结构体系的稳固性；
6、本发明的结构体系可以用于房屋或临建的内部支撑结构，还可替代脚手架作为外部支撑使用，也可直接用于搭建桥梁，完成快速架桥过程。
附图说明
图1为本发明所述卯榫建筑结构体系的结构示意图；
图2为图1中横向连接头的局部剖视图；
图3为图2的俯视图；
图4为图1中纵向连接头的结构示意图；
图5为图4的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图1、图2、图3、图4、图5对本发明所述的卯榫建筑结构体系作进一步的详细描述：
本发明所述的卯榫建筑结构体系，包括一组横向支撑单元和一组纵向支撑单元，以及一组斜杆6。
横向支撑单元包括一个横杆1和固定在横杆1两端的两个横向连接头2。横向连接头2为圆柱状，横向连接头2的内侧端面焊接在横杆1的端面上，横杆1为空心的圆管，横向连接头2内侧端面与横杆1端面的接触面上设有相互配合的凹槽10和凸起。
纵向支撑单元包括一个立杆3、固定在立杆3底端的连接套筒5以及靠近立杆3上、下两端并且套接固定在立杆3上的两个柱状纵向连接头4。立杆3为空心的圆管，与立杆3套接的纵向连接头中心通孔14的形状也为圆形，纵向连接头4套接并且焊接在立杆3上。
本例中，横向连接头2和纵向连接头4为铸铁制成，横杆1、立杆3、斜杆6和连接套筒5分别为铸钢件。当然，根据使用环境的不同，其也可为铸钢、铝、铜、合金、碳纤维、木、塑料或覆膜砂制成。而上述横向连接头2以及纵向连接头4的焊接方式也可为冲压、压接、粘接或者铸造等方式加工完成。
纵向连接头4的外圆表面分布有四个等分的、纵向的楔形块11，楔形块11的上端尺寸小于下端尺寸，沿着楔形块11的纵向，楔形块11两侧边线的延长线夹角为30度。楔形块11的横截面形状为鱼尾形，鱼尾形横截面的内端宽度小于外端宽度，沿着楔形块11的横向，楔形块11两侧边线的延长线夹角为45度。
横向连接头2的端面上设有可与楔形块11配合连接的、纵向的楔形槽7，横杆1通过两端的楔形槽7横向连接在相对应的两根立杆3的纵向连接头4的楔形块11之间，纵向排列的立杆3之间则通过底部的连接套筒5相互插接，从而形成一个矩阵式的框架结构。
为进一步提高框架结构的稳定性，在上、下相邻的横杆1对角线上还设置有斜杆6，斜杆6通过销孔销接在与上、下相邻两个横杆1对角线方向对应的两个纵向连接头4的楔形块11上。斜杆6可进一步增强横杆1的纵向支撑力，确保整个框架结构更牢固、更稳定。
为进一步增强楔形块11与楔形槽7连接的稳定性，提高耐用性，本例中，在楔形块11的正面设有凹槽13，与楔形块11正面相配合的横向连接头楔形槽7的底面上设有相对应的突棱8。当楔形槽7套到楔形块11上时，相配合的突棱8和凹槽13可形成进一步的锁紧，使楔形连接更稳定、更可靠。当然，设置的突棱8或凹槽13也可被网纹所代替，以增强接触面间的摩擦力，确保连接过程和使用过程更可靠。除设置在正面外，在楔形块11以及楔形槽7的侧面也可设置相对应的网纹、突棱或凹槽，其效果与正面设置的此类结构作用相似。
为进一步对搭好的框架结构进行监控，本例中，在楔形块11和楔形槽7的侧面分别设有位置对应的一个横向通孔9，横向通孔9内设有相对应的位置传感器，通过位置传感器的感应随时对卯榫结构的连接位置进行监控，并在位置发生偏移时进行报警。
具体使用时，两根横杆1通过卯榫横向连接在两个立杆3之间，斜杆6支撑在上、下相邻两个横杆1的对角线方向上，从而形成一个稳定的基本支撑框架，然后将此框架沿横向不断重复延伸，同时，在纵向通过立杆3底部的连接套筒5相互插接，从而形成一个立体的矩阵式支撑框架。此框架不仅可以作为房屋或临建的内部支撑结构，还可替代脚手架作为外部支撑使用，甚至还可直接用于搭建桥梁，完成快速架桥过程。

Claims (9)

1.卯榫建筑结构体系，其特征在于，包括两根以上的横向支撑单元和两根以上的纵向支撑单元，横向支撑单元和纵向支撑单元相互卯榫连接；所述横向支撑单元包括一个横杆和固定在横杆两端的两个横向连接头；所述纵向支撑单元包括一个立杆、固定在立杆底端的连接套筒以及套接固定在立杆上的、两个以上的柱状纵向连接头；所述纵向连接头的外圆表面设有一个以上纵向的楔形块；所述楔形块的上端尺寸小于下端尺寸，沿着楔形块的纵向，楔形块两侧边线的延长线夹角小于180度；所述楔形块的横截面形状为鱼尾形，鱼尾形横截面的内端宽度小于外端宽度，沿着楔形块的横向，楔形块两侧边线的延长线夹角小于180度；所述竖直方向的横向支撑单元之间通过连接套筒相互插接；所述横向连接头的端面上设有可与楔形块配合连接的、纵向的楔形槽，横杆通过两端的楔形槽横向连接在相对应的两根立杆的纵向连接头的楔形块之间。
2.根据权利要求1所述的卯榫建筑结构体系，其特征在于，还包括一个以上的斜杆，所述斜杆通过销孔销接在与上、下相邻两个横杆对角线方向对应的两个纵向连接头的楔形块上。
3.根据权利要求1或2所述的卯榫建筑结构体系，其特征在于，所述楔形块的正面设有网纹、突棱或凹槽，与楔形块正面相配合的横向连接头的楔形槽底面上设有相对应的网纹、凹槽或突棱；和/或，所述楔形块的两个侧面分别设有网纹、突棱或凹槽，与楔形块侧面相配合的横向连接头的楔形槽侧面分别设有相对应的网纹、凹槽或突棱。
4.根据权利要求1或2所述的卯榫建筑结构体系，其特征在于，所述楔形块和楔形槽的侧面设有位置对应的一个以上的圆形、方形、长方形、三角形或不规则形状的横向通孔，横向通孔内设有相对应的位置传感器。
5.根据权利要求1或2所述的卯榫建筑结构体系，其特征在于，所述楔形块在纵向连接头的外圆表面成四等分排列或八等分排列；或者采用不对称设置一个楔形块、两个楔形块、三个楔形块、五个楔形块、六个楔形块或七个楔形块。
6.根据权利要求1或2所述的卯榫建筑结构体系，其特征在于，所述横向连接头为圆柱状，楔形槽位于横向连接头的外侧端面上，横向连接头的内侧端面固定在横杆的端面上。
7.根据权利要求6所述的卯榫建筑结构体系，其特征在于，所述横向连接头内侧端面与横杆端面的接触面上设有相互配合的凸起和凹槽。
8.根据权利要求1或2所述的卯榫建筑结构体系，其特征在于，所述立杆为空心杆或实心杆，立杆的横截面形状为圆形、方形、长方形或三角形；纵向连接头以焊接、铆接、缩接、胀接、胶接、铸接或螺丝铰接的方式固定在立杆上；和/或，所述横杆为空心杆或实心杆，横杆的横截面形状为圆形、方形、长方形或三角形；横向连接头以焊接、铆接、缩接、胀接、胶接、铸接或螺丝铰接的方式固定在横杆两端。
9.根据权利要求1或2所述的卯榫建筑结构体系，其特征在于，所述横向支撑单元和纵向支撑单元的材质分别为铸钢件、铸铁件、铸铝件、冲压铝配件、铸铜配件、冲压铜配件、木材雕刻配件、塑料模具铸件、塑料雕刻配件或三D打印配件。
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