CN107630507A - 一种中柱与穿梁节点榫卯结构及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中柱与穿梁节点榫卯结构及其安装方法，在榫头的交界面处设置连接销，在穿梁的榫头的榫颈和榫额处均设置燕尾槽，使得第一穿梁和第二穿梁对接时，在榫头的拼接处形成两个银锭槽，在银锭槽中分别插入第一银锭榫和第二银锭榫，用于加强穿梁之间的连接强度，以提高中柱和穿梁抗拔榫能力，在柱身的卯眼的底部设置银锭槽，且使之与榫头下端面上的银锭槽对接，使得最后插入的银锭榫一部分位于榫头中的银锭槽中，一部分位于卯眼下端面上的银锭槽中，使得穿梁和中柱之间也设置了连接件，进一步加强了穿梁的抗拔榫能力。

Description

一种中柱与穿梁节点榫卯结构及其安装方法

技术领域

本发明属于古建筑技术领域，具体涉及一种中柱与穿梁节点榫卯结构及其安装方法。

背景技术

目前，我国现存大量各类型古建筑，是传承我国优秀传统建筑文化的活化石。但是，对于存世较长的古建筑而言，普遍存在梁柱节点发生脱离的现象，对整体古建筑结构的稳定性造成了很大的隐患。通过调研发现，在各类型梁柱结构中，中柱和采用透榫结构的穿梁之间的榫卯节点出现的拔榫现象最为严重。中柱和穿梁构成的梁柱结构是古建筑的整体支架的主要支撑部，因此，对维持古建筑的整体结构稳定性至关重要。通过对扬州地区古建筑的调研也发现，中柱和穿梁节点的榫卯结构出现的拔榫现象最多，也最严重，有的甚至导致古建筑的整体结构发生位移，倾斜，使得古建筑存在倒塌的风险。

传统的中柱和穿梁节点的榫卯结构如附图1所示，在中柱上设置卯孔，卯孔穿过整个中柱，在卯孔的两端相向对接的穿梁上设置榫头。榫头包括榫颈和榫额，均为长方体，当对接的穿梁通过榫头插入中柱的卯孔中对接后，一端穿梁的榫额抵靠在另一端穿梁的榫颈上，二者匹配连接。这是目前绝大多数中柱与穿梁节点的具体榫卯结构形式。其存在的缺点主要有以下几点：一、穿梁和中柱通过榫头和卯孔对接，在水平方向上仅靠穿梁的榫头与中柱卯孔之间连接紧密程度决定，对接的榫头之间没有连接件，也即穿梁和穿梁之间没有抗拔榫设计，这是穿梁容易出现拔榫现象的首要原因；二、对于构成古建筑主体木架的中柱和穿梁而言，由于中柱和穿梁之间也没有设置抗拔榫部件，使得穿梁容易从中柱中拔出；三、由于整个卯孔是开设在中柱上部的柱身中，即不是开设在中柱的顶部，无法采用常见的燕尾榫头是的榫卯结构具备抗拔榫能力。

现有技术中也公开了一些旨在加强穿梁和中柱的榫卯节点的发明申请。公布号为CN103835525A的中国发明申请公开了一种古建筑木构架的刚木组合式加固装置，通过在穿梁的上方设置一个木制构件，木制构件的一端设置燕尾榫插入卯孔的上方的燕尾槽中以于中柱连接，另一端设置水平拉结件，然后通过竖向的插接木栓将木制构件固定在穿梁上。上述发明虽然一定程度上加固了榫卯节点的强度，但是由于木制构件设置在穿梁榫头的上方，且紧靠一个竖向的木栓来连接木制构件和穿梁。一方面此种设计导致抗拔榫力集中在榫头的上部，容易造成应力集中继而导致榫头歪斜或卯眼开裂；另一方面，相对于整个榫头而言，该木制构件燕尾榫能提供的抗拔榫力以及木制构件与水平拉结件与穿梁的连接强度均不足。公布号为CN106906906A的中国发明专利申请公开了一种用于木结构建筑梁柱的竖向半燕尾榫节点连接结构，在中柱的卯眼中采用两个竖向的半燕尾榫互相卡接，以提高榫头节点的连接强度。这种设计仍然存在应力集中的问题，当发生地震时，突然施加的应力会全部集中在匹配卡接的半燕尾榫的榫头处，导致互相卡接的燕尾榫处出现断裂。

可见，现有技术中在穿梁和中柱的榫卯节点处设计的加固措施虽然使得榫卯节点具备一定的抗拔榫能力，但是均存在应力点集中，抗拔榫强度低，设计复杂等中的一个或多个技术缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供了一种中柱与穿梁节点榫卯结构，以解决现有技术中抗拔榫设计存在的应力点集中，抗拔榫强度低的问题，且该榫卯结构设计简单，便于施工。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种中柱与穿梁节点榫卯结构，包括第一穿梁，第二穿梁，中柱，中柱的柱身上设置对穿柱身的卯眼，第一穿梁和第二穿梁从卯眼两端的开口处相向插接于卯眼中；第一穿梁和第二穿梁均包括用于插接的榫头，其中榫头包括榫颈和从榫颈延伸出的榫额；在第一穿梁的榫额的水平端面上开设第一销孔，在第二穿梁的榫额的水平端面上开设第二销孔，使得第一穿梁和第二穿梁对接时第一销孔和第二销孔对接形成连接销孔，连接销插接在连接销孔中；在榫颈和榫额的前端部均开设燕尾槽，榫颈前端部的燕尾槽从榫头的端面沿纵向延伸至榫颈和榫额的交接平面，榫额前端部的燕尾槽从榫头的端面沿纵向延伸至榫颈和榫额的交接平面，使得第一穿梁和第二穿梁插接时，第一穿梁的榫颈上的燕尾槽和第二穿梁的榫额上的燕尾槽对接形成银锭槽，第一穿梁的榫额上的燕尾槽和第二穿梁的榫颈上的燕尾槽对接形成银锭槽；在卯眼的下端面上设置银锭槽，且该银锭槽与第一穿梁和第二穿梁对接时榫头下端面上形成的银锭槽对接；若干个第一银锭榫插入第一穿梁和第二穿梁对接时榫头下端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫从榫头下端面突出一部分以嵌入卯眼下端面上的银锭槽中，若干个第二银锭榫插入第一穿梁和第二穿梁对接时榫头上端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫的上端面与榫头上端面齐平；卯眼的上方设置垫木孔，垫木插接在垫木孔中。

本发明进一步改进在于，垫木插接在垫木孔中，使得垫木的两端不超出垫木孔的两端开口，在开设有垫木孔的柱身处设置卡箍。

本发明进一步改进在于，最后插入的第一银锭榫从榫头下端面突出的距离与卯眼下端面上的银锭槽的深度相等。

本发明还提供了上述中柱与穿梁节点榫卯结构的安装方法，包括以下步骤：

步骤一：根据穿梁和垫木的高度在中柱的柱身上开设对穿的卯眼和位于卯眼上部的垫木孔；

步骤二：将第一穿梁和第二穿梁沿着垫木孔的上端面相向对接，使得连接销插接在第一销孔和第二销孔对接形成连接销孔中，将若干个第一银锭榫插入第一穿梁和第二穿梁对接时榫头下端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫从榫头下端面突出一部分，然后将第一穿梁和第二穿梁向下移动，使得从榫头下端面突出的一部分第一银锭榫嵌入卯眼下端面上的银锭槽中；

步骤三，将若干个第二银锭榫从垫木孔中插入第一穿梁和第二穿梁对接时榫头上端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫的上端面与榫头上端面齐平；

步骤四：卯眼的上方设置垫木孔，垫木插接在垫木孔中。

本发明进一步改进在于，还包括步骤五：在垫木插接在垫木孔中后，使得垫木的两端不超出垫木孔的两端开口，在开设有垫木孔的柱身处设置卡箍。

本发明的有益技术效果体现以下几个方面：

1.在对接的榫头上开设燕尾槽，使得两个榫头对接后，榫头之间形成银锭槽，在银锭槽中设置银锭榫，即在对接的榫头之间设置了连接件，加强了穿梁的水平抗拔榫能力。

2.在卯眼的下端口设置银锭槽，并使得其与榫头下表面的银锭槽对接，然后将一个银锭榫插入二者之间，使得穿梁和中柱之间也设置了连接件，进一步加强了穿梁的抗拔榫能力。

3.所有的固定件均采用银锭榫来进行，银锭榫为双燕尾榫结构，可以有效连接对接的榫头，此外，这种结构的连接方式可以显著分散地震时古建筑榫卯节点之间出现的应力。

4.由于在第一穿梁和第二穿梁的榫额交接处设置了连接销将第一穿梁和第二穿梁在纵向上连接起来，分担一部分由于突然施加应力时的对银锭榫造成的冲击力，即通过连接销实现一级抗拔榫作用，银锭榫实现二级抗拔榫作用，对榫卯结构中出现的应力进行二级缓冲，以提高整体榫卯结构的抗拔榫能力。

5.在柱身开设垫木孔的外围处设置卡箍，以减小开设垫木孔对中柱的损伤。

附图说明

附图1是传统的中柱和穿梁节点的榫卯结构。

附图2是本发明的中柱与穿梁节点榫卯结构的立体示意图。

具体实施方式

下面结合附图来描述本发明的技术方案。

如图2所示，一种中柱与穿梁节点榫卯结构，包括第一穿梁1，第二穿梁2，中柱3，中柱3的柱身上设置对穿柱身的卯眼4，第一穿梁1和第二穿梁2从卯眼4两端的开口处相向插接于卯眼4中；第一穿梁1和第二穿梁2均包括用于插接的榫头，其中榫头包括榫颈和从榫颈延伸出的榫额；在第一穿梁1的榫额的水平端面上开设第一销孔5，在第二穿梁的榫额的水平端面上开设第二销孔6，使得第一穿梁1和第二穿梁2对接时第一销孔5和第二销孔6对接形成连接销孔，连接销7插接在连接销孔中；在榫颈和榫额的前端部均开设燕尾槽，榫颈前端部的燕尾槽从榫头的端面沿纵向延伸至榫颈和榫额的交接平面，榫额前端部的燕尾槽从榫头的端面沿纵向延伸至榫颈和榫额的交接平面，使得第一穿梁1和第二穿梁2插接时，第一穿梁1的榫颈上的燕尾槽和第二穿梁2的榫额上的燕尾槽对接形成银锭槽，第一穿梁1的榫额上的燕尾槽和第二穿梁2的榫颈上的燕尾槽对接形成银锭槽；在卯眼4的下端面上设置银锭槽，且该银锭槽与第一穿梁1和第二穿梁2对接时榫头下端面上形成的银锭槽对接；若干个第一银锭榫8插入第一穿梁1和第二穿梁2对接时榫头下端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫8从榫头下端面突出一部分以嵌入卯眼4下端面上的银锭槽中，若干个第二银锭榫9插入第一穿梁1和第二穿梁2对接时榫头上端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫8的上端面与榫头上端面齐平；卯眼4的上方设置垫木孔10，垫木11插接在垫木孔10中。

在其中的一个实施例中，垫木11插接在垫木孔10中，使得垫木11的两端不超出垫木孔10的两端开口，在开设有垫木孔10的柱身处设置卡箍。

在其中的一个实施例中，垫木11插接在垫木孔10中，使得垫木11的两端从垫木孔10的两端开口处伸出一部分并分别置于第一穿梁1和第二穿梁2上，并使用木制插销将垫木11的两端固定在第一穿梁1和第二穿梁2上。

在其中的一个实施例中，最后插入的第一银锭榫8从榫头下端面突出的距离与卯眼4下端面上的银锭槽的深度相等。

在其中的一个实施例中，连接销可以是圆柱体，直四棱柱或直六棱柱。

本发明还提供了上述中柱与穿梁节点榫卯结构的安装方法，包括以下步骤：

步骤一：根据穿梁和垫木11的高度在中柱3的柱身上开设对穿的卯眼4和位于卯眼4上部的垫木孔10；

步骤二：将第一穿梁1和第二穿梁2沿着垫木孔10的上端面相向对接，使得连接销7插接在第一销孔5和第二销孔6对接形成连接销孔中，将若干个第一银锭榫8插入第一穿梁1和第二穿梁2对接时榫头下端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫8从榫头下端面突出一部分，然后将第一穿梁1和第二穿梁2向下移动，使得从榫头下端面突出一部分的第一银锭榫8嵌入卯眼4下端面上的银锭槽中；

步骤三，将若干个第二银锭榫9从垫木孔10中插入第一穿梁1和第二穿梁2对接时榫头上端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫8的上端面与榫头上端面齐平；

步骤四：卯眼4的上方设置垫木孔10，垫木11插接在垫木孔10中。

在其中一个实施例中，还包括步骤五：在垫木11插接在垫木孔10中后，使得垫木11的两端不超出垫木孔10的两端开口，在开设有垫木孔10的柱身处设置卡箍。

本研究课题组将具有本发明所述的榫卯结构模型在地震模拟平台上进行震动实验，相对于传统的中柱与穿梁节点榫卯结构而言，本发明的中柱与穿梁节点榫卯结构抗震能力提升了230%以上。进一步地，将本发明所述的榫卯结构模型在拉伸平台上进行拉伸实验，相对于传统的中柱与穿梁节点榫卯结构而言，本发明的中柱与穿梁节点榫卯结构的抗拉伸能力提升了350%以上。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本领域所属技术人员应该了解，上述说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种中柱与穿梁节点榫卯结构，包括第一穿梁，第二穿梁，中柱，中柱的柱身上设置对穿柱身的卯眼，第一穿梁和第二穿梁从卯眼两端的开口处相向插接于卯眼中；第一穿梁和第二穿梁均包括用于插接的榫头，其中榫头包括榫颈和从榫颈延伸出的榫额，其特征在于：在第一穿梁的榫额的水平端面上开设第一销孔，在第二穿梁的榫额的水平端面上开设第二销孔，使得第一穿梁和第二穿梁对接时第一销孔和第二销孔对接形成连接销孔，连接销插接在连接销孔中；在榫颈和榫额的前端部均开设燕尾槽，榫颈前端部的燕尾槽从榫头的端面沿纵向延伸至榫颈和榫额的交接平面，榫额前端部的燕尾槽从榫头的端面沿纵向延伸至榫颈和榫额的交接平面，使得第一穿梁和第二穿梁插接时，第一穿梁的榫颈上的燕尾槽和第二穿梁的榫额上的燕尾槽对接形成银锭槽，第一穿梁的榫额上的燕尾槽和第二穿梁的榫颈上的燕尾槽对接形成银锭槽；在卯眼的下端面上设置银锭槽，且该银锭槽与第一穿梁和第二穿梁对接时榫头下端面上形成的银锭槽对接；若干个第一银锭榫插入第一穿梁和第二穿梁对接时榫头下端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫从榫头下端面突出一部分以嵌入卯眼下端面上的银锭槽中，若干个第二银锭榫插入第一穿梁和第二穿梁对接时榫头上端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫的上端面与榫头上端面齐平；卯眼的上方设置垫木孔，垫木插接在垫木孔中。

2.如权利要求1所述的一种中柱与穿梁节点榫卯结构，其特征在于：垫木插接在垫木孔中，使得垫木的两端不超出垫木孔的两端开口，在开设有垫木孔的柱身处设置卡箍。

3.如权利要求1所述的一种中柱与穿梁节点榫卯结构，其特征在于：最后插入的第一银锭榫从榫头下端面突出的距离与卯眼下端面上的银锭槽的深度相等。

4.如权利要求1所述的一种中柱与穿梁节点榫卯结构，其特征在于：连接销可以是圆柱体，直四棱柱或直六棱柱。

5.一种如权利要求1所述中柱与穿梁节点榫卯结构的安装方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：根据穿梁和垫木的高度在中柱的柱身上开设对穿的卯眼和位于卯眼上部的垫木孔；

步骤二：将第一穿梁和第二穿梁沿着垫木孔的上端面相向对接，使得连接销插接在第一销孔和第二销孔对接形成连接销孔中，将若干个第一银锭榫插入第一穿梁和第二穿梁对接时榫头下端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫从榫头下端面突出一部分，然后将第一穿梁和第二穿梁向下移动，使得从榫头下端面突出的一部分第一银锭榫嵌入卯眼下端面上的银锭槽中；

步骤三：将若干个第二银锭榫从垫木孔中插入第一穿梁和第二穿梁对接时榫头上端面上形成的银锭槽中，且使得最后插入的第一银锭榫的上端面与榫头上端面齐平；

步骤四：卯眼的上方设置垫木孔，垫木插接在垫木孔中。

6.如权利要求5所述的中柱与穿梁节点榫卯结构的安装方法，还包括步骤五：在垫木插接在垫木孔中后，使得垫木的两端不超出垫木孔的两端开口，在开设有垫木孔的柱身处设置卡箍。