CN111734158A - 一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法 - Google Patents

一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法。主于古建筑木结构构件间固定，防止受力构件的榫卯和搭接位置出现错位、拔榫等现象，提高结构稳定性。具体包括以下步骤：1.对建筑梁或柱进行钻孔；2.金属绳穿孔；3.固定金属绳；4根据实际情况封堵辅助孔口。与原有连接技术相比，本发明改刚性连接为柔性连接，金属绳索在提供较高连强度的同时为连接处提供多方向移动的空间同时将变形和错位控制在一定范围内，减少应力集中破坏。同时金属绳索体积较小，能隐藏于构件内部，不影响构件外观。

Description

一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法
技术领域
本发明涉及古建筑修复领域，具体涉及一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法。
背景技术
古建筑有着悠久的历史底蕴，并且其独特的建造风格以及结构在世界建造史上也占有十分重要的地位，其科学价值以及艺术性更是不可估量。古建筑无法再生、再建造，如果受到破坏就无法挽回。在历史发展中，古建筑由于受到自然或者人为因素的影响，出现了损坏甚至毁灭的现象，因此必须采取有效的修复和保护措施，使古建筑的文化底蕴长久显现。其中，对于古建筑木结构建筑梁、椽子等榫卯连接或搭接位置的固定和补强是古建筑修复中至关重要的一环。
目前，现有的连接或搭接位置的固定和补强技术有以下几种：
1.使用钉子钻入搭接位置中心部位固定强化连接:该方法主要用于连接两根梁，防止受力后错位脱离，木质构件采用搭接相连，搭接位置中间部分插入金属钉子或暗销固定，钉子的中心应位于两根梁之间。该方法对外观无影响，但由于构件搭接方法无法固定构件，需要金属构件钻入形成刚性连接，在防止搭接位置脱离的同时也阻碍了木质构件间正常的位移；固定后两根梁之间无伸缩空间，建筑出现震动摇晃时无法通过连接件间的位移振动消除荷载，反而可能使荷载集中于固定钉与梁之间造成二次伤害。
2.使用金属板与钉子连接切割、搭接与榫卯连接结构:该方法对构件外观有一定影响，同样属于刚性连接，固定后影响木质构件正常的相对位移和振动，容易使应力积累。
3.采用新木材制成木制锁连接:该方法一般采用燕尾榫连接，燕尾榫能够提供良好抗拉强度，连接强度受制于燕尾榫强度，受力过大或出现不均匀压应力则容易出现断裂和结构破坏，强度较低，只能用于受损轻微或受力较小的结构，对外观有轻微影响。
发明内容
榫卯连接的木质建筑结构稳定，其高耐久性的关键在于榫卯结构和木材构成的柔性系统，该系统通过构件间的相对位移、变形、振动释放节点应力，避免构件本身破坏。而原有木质建筑维修时用于结构补强材料通常为金属构件或木质构件搭配金属钉等连接件，在连接处形成刚性连接，阻碍构件间的相对位移。本发明相比于现有技术，区别在于将刚性连接改为柔性连接，通过可以变换形状的金属绳固定木质建筑榫卯连接及补配构件搭接处，金属绳一定程度上能够在孔中滑动。在提供连接强度的条件下，能够有效避免拔榫错位等情况，同时最大限度保留木构件间相对位移和变形的空间，避免结构应力集中。
一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法，包括以下步骤：
步骤1.对建筑梁或柱进行钻孔：钻孔分为主孔和辅助孔，钢丝绳穿出构件的孔为主孔，用于连通主孔的为辅助孔。沿构件插接方向钻两主连接孔用于穿绳，垂直于插接方向钻辅助连接孔并使该辅助孔连通两主孔，形成一个连接面，此为一组连接孔；若该连接位置受力较大，可以同样方法再钻一组连接孔，使两连接面垂直。
步骤2.金属绳穿孔：有两种加工方式：
a)将一根金属绳从构件主孔①穿入，使用木楔通过辅助孔使金属绳弯曲通过辅助孔进入主孔②并穿出，绳两端继续穿连其余构件直至结构搭建完毕，使用金属扣将两端固定在一起；
b)采用两根连接绳，分别从主孔穿入，辅助孔③中加入辅助固定杆④，将连接绳深入构件一端固定在辅助杆④上，构件外一端继续以该方法穿连其余连接构件直至所有构件搭建完毕，将连接绳剩余两端头固定在另一辅助固定杆⑤上。所有连接构件均通过榫卯定位，通过该法穿联。
步骤3.固定：根据连接强度需要采用木杆、金属杆或金属扣固定穿出绳索。金属绳在孔内处于非固定状态，可以在一定范围内沿孔滑动。
步骤4.根据实际情况，辅助孔口可用相应木材加工成木塞进行封堵。
本发明的有益效果
本发明与原有连接技术相比，可有效防止受力构件的榫卯和搭接位置出现错位、拔榫等现象，提高结构稳定性。本发明改刚性连接为柔性连接，金属绳索在提供较高强度的同时为连接处提供多方向移动的空间同时将变形和错位控制在一定范围内，减少应力集中破坏。同时金属绳索体积较小，能隐藏于构件内部，因而不影响构件外观。
附图说明
图1为现有梁搭接方式示意图
图2为槫搭接方式示意图
其中，A.墙板；B.椽子；C.墙；D.内外墙板的鸢尾榫或半搭连接；E.连接椽子的金属板
图3为燕尾榫连接方式示意图
其中，A.外墙板；B.内墙板；C.墙；D.内外墙板的鸢尾榫或半搭连接；E.安装墙板的金属角板；F.角落半搭连接
图4为柔性连接穿孔方式示意图
图5为梁柱连接方式示意
图6为梁柱间连接计算效果图
具体实施方式
一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法，包括以下步骤：
步骤1.对建筑梁或柱进行钻孔：连接孔分为主孔和辅助孔，钢丝绳穿出构件的孔为主孔，如图4的①②所示，用于连通主孔的为辅助孔③。沿构件插接方向钻两主连接孔用于穿绳，垂直于插接方向钻辅助连接孔并使该辅助孔连通两主孔，形成一个连接面，此为一组连接孔；若该连接位置受力较大，可以同样方法再钻一组连接孔，使两连接面垂直。
步骤2.金属绳穿孔：有两种加工方式：
a)将一根金属绳从构件主孔①穿入，使用木楔通过辅助孔③使金属绳弯曲通过辅助孔③进入主孔②并穿出，绳两端继续穿连其余构件直至结构搭建完毕，使用金属扣将两端固定在一起；
b)采用两根连接绳，分别从主孔①②穿入，辅助孔③中加入辅助固定杆④，将连接绳深入构件一端固定在辅助固定杆④上，构件外一端继续以该方法穿连其余连接构件直至所有构件搭建完毕，将连接绳剩余两端头固定在另一辅助固定杆⑤上。所有连接构件均通过榫卯定位，通过该法穿联。
步骤3.固定：根据连接强度需要采用木杆、金属杆或金属扣固定穿出绳索。金属绳在孔内处于非固定状态，可以在一定范围内沿孔滑动。
步骤4.根据实际情况，辅助孔口可用相应木材加工成木塞进行封堵；绳索转弯处可预先加装金属保护管以减少木构件磨损。
实施例1尼泊尔九层神庙梁柱连接实例
尼泊尔九层神庙属于密檐式建筑，本方法主要应用于神庙梁与柱间连接，用于加强梁与柱间榫卯的连接强度。
根据梁与柱的体量，该节点采用单组连接孔，单金属绳串联。首先对已按加工好的构件进行钻孔，要求单个构件两主孔平行，居中，木柱的辅助孔与主孔连通；梁只需钻主孔，主孔钻透构件，需要根据梁柱的空间关系及木柱上连接孔位置准确测量主孔位置。
金属绳自主孔穿入，经辅助孔由另一主孔穿出，依次将梁柱通过金属绳串连，同一钢丝绳所连接的所有构件的主孔在安装后必须保证孔与孔正对，安装好后金属绳在构件间不会出现弯折。
调整金属绳的松紧最后使用金属卡固定。
采用传统楔钉榫的方法在柱上方做搭接，以木楔固定两梁，同时在平行于柱的方向打两组主连接孔，主连接孔能贯穿楔钉榫结构如图14所示，由于安装在梁的位置，因而只需钻主孔，不必钻辅助孔。穿绳并调整松紧后用金属卡固定，将连接好的梁安装到柱顶。
常规节点在弯矩作用下，仅一榫侧面承受压力抵抗弯矩，而加强节点不仅榫侧面承受压力抵抗弯矩并且绳索也受拉提供抵抗弯矩，提高了抗弯能力。选取一典型连接进行计算，公式如下：
木梁木柱选用TB13木材，其横纹承压能力为2.4MPa，其顺纹承压能力12MPa，榫头侧面尺寸150*100mm,常规节点抵抗弯矩能力为 M＝2.4*150*100/2*150*2/3/1000000＝1.8kN*M
加强节点除榫侧面提供的1.8kN*M的抵抗弯矩外，由于绳索受拉也提供了抵抗弯矩，此部分弯矩为150*10*12*150/1000000＝2.7kN*M(按木柱宽度为300mm 进行计算)，加强节点的弯矩抵抗能力增加为4.5kN*M，由此可见，由于绳索加强后，其弯矩抵抗能力比常规节点增强2.5倍。
对常用的木材及节点尺寸进行计算，将弯矩抵抗能力提高倍数制成表格，梁和柱的尺寸，均按等截面方木考虑。如下所示：
Figure RE-GDA0002634665010000061
表1加强节点弯矩抵抗能力提高表。

Claims (5)

1.一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法,其特征在于:包括以下步骤：
步骤1.对建筑梁或柱进行钻孔；
步骤2.金属绳穿孔；
步骤3.固定穿出绳索；
所述步骤1中,钻孔分为主孔和辅助孔，钢丝绳穿出构件的孔为主孔，用于连通主孔的为辅助孔；沿构件插接方向钻两主连接孔用于穿绳，垂直于插接方向钻辅助连接孔并使该辅助孔连通两主孔，形成一个连接面，为一组连接孔；
所述步骤2中,金属绳穿孔有两种加工方式:
a)将一根金属绳从构件主孔①穿入，使用木楔通过辅助孔使金属绳弯曲通过辅助孔进入主孔②并穿出，绳两端继续穿连其余构件直至结构搭建完毕，使用金属扣将两端固定在一起；
b)采用两根连接绳，分别从主孔穿入，辅助孔③中加入辅助固定杆④，将连接绳深入构件一端固定在辅助杆④上，构件外一端继续以该方法穿连其余连接构件直至所有构件搭建完毕，将连接绳剩余两端头固定在另一辅助固定杆⑤上。所有连接构件均通过榫卯定位，通过该法穿联。
2.根据权利要求1所述的一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法,其特征在于:所述步骤1,若连接位置受力较大，可以同样方法再钻一组连接孔，使两连接面垂直。
3.根据权利要求1所述的一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法,其特征在于:所述步骤3中,根据连接强度不同，可以采用木杆、金属杆或金属扣固定穿出绳索。
4.根据权利要求1所述的一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法,其特征在于:所述步骤3中,金属绳在孔内处于非固定状态，可以在一定范围内沿孔滑动。
5.权利要求1所述的一种传统木结构建筑结构节点补强的软连接方法,其特征在于:根据实际情况，辅助孔口可用相应木材加工成木塞进行封堵，绳索转弯处可预先加装金属保护管以减少木构件磨损。
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