CN115110631B - 一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构及纯石结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构及纯石结构体系，包括若干层环形拱，所述环形拱由若干个拱板拼接而成，各个所述环形拱从上至下依次叠合，各层所述环形拱从下至上的水平向尺寸逐渐加大，下层所述环形拱与上层所述环形拱之间设有环形接触结构，上层所述环形拱的拱板在环形接触结构作用下，具有向环形拱内心倾斜的应力。本发明利用环形接触结构，使位于上层的拱板具有向环形拱内心倾斜的应力，从而利用自重使相邻的拱板之间紧密贴合，达到稳定拼接的效果，相比木质结构，可有效避免后期的维护。

Description

一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构及纯石结构体系

技术领域

本发明涉及一种榫卯嵌砌连接结构，特别是涉及一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构及纯石结构体系，属于建筑工程专业。

背景技术

中国古代榫卯木结构建筑群作为我国乃至世界是建筑历史中的一块瑰宝，不同于现代建筑材料以钢筋、钢材、混凝土及砌体为主流，传统木结构采用木材建造，木材榫卯组合的施工工法复杂繁琐，难度高，对工匠的制造技术水平要求高，建筑整体造价高昂，且木结构防潮防火防虫防腐蚀困难高，后期维护费用高，因此不被现代建筑所青睐。但近年来随着国家经济能力的提高，建造水平的提高，人民对传统建筑的文化需求以有了新的市场。针对传统建筑制式及外观特点，创新采用石材替换木料，并利用石材可整体加工雕塑的特点，保持外观一致的情况下，改良传统结构无盖挑檐的斗拱托屋面后加盖屋面瓦的做法，采用类榫卯嵌砌连接工法，石材整体开凿加工，无需加盖屋面瓦片，大大简化了施工难度及构件的加工难度、精度，施工速度快。

发明内容

本发明提供了一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构及纯石结构体系，采用纯石材设计，避免了木质结构的使用，降低养护要求。

本发明提供了一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构，包括若干层环形拱，所述环形拱由若干个拱板拼接而成，各个所述环形拱从上至下依次叠合，各层所述环形拱从下至上的水平向尺寸逐渐加大，下层所述环形拱与上层所述环形拱之间设有环形接触结构，上层所述环形拱的拱板在环形接触结构作用下，具有向环形拱内心倾斜的应力。

进一步地，所述环形拱为圆环结构。

进一步地，所述环形接触结构为石键，所述石键外缘高于内缘。

进一步地，上层所述环形拱的拱板与下层所述环形拱的拱板交错叠合。

进一步地，上层所述环形拱底部环绕设有若干个石栌斗。

更进一步地，所述石栌斗组成内环石栌斗、外环石栌斗，内环石栌斗、外环石栌斗分别位于环形接触结构内、外两侧。

本发明还公开一种应用上述自平衡类榫卯嵌砌连接结构的纯石结构体系，包括若干个石柱、石梁、至少一个自平衡类榫卯嵌砌连接结构，所述石柱环形设置，相邻所述石柱之间通过石梁连接，所述石柱、石梁为榫卯固定，至少一个所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构安装在石柱上。

进一步地，至少一个所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构与石柱之间采用抗剪键相连。

更进一步地，所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构为两个，分别为第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构、第二自平衡类榫卯嵌砌连接结构，所述纯石结构体系还包括童柱结构，所述第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构通过抗剪键安装在石柱上，所述第二自平衡类榫卯嵌砌连接结构通过童柱结构安装在第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构上。

更进一步地，所述纯石结构体系的施工过程为：

步骤S1：进行基础施工；

步骤S2：依次安装石柱、石梁；

步骤S3：安装在安装石梁

步骤S4：安装第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构；

步骤S5：童柱结构

步骤S6：安装第二自平衡类榫卯嵌砌连接结构。

本发明相对于现有技术，利用环形接触结构，使位于上层的拱板具有向环形拱内心倾斜的应力，从而利用自重使相邻的拱板之间紧密贴合，达到稳定拼接的效果，相比木质结构，可有效避免后期的维护。

附图说明

图1为本发明实施例剖面结构示意图；

图2为本发明实施例抗剪键结构示意图；

图3为本发明实施例梁柱榫卯连接示意图；

图4为本发明实施例横截面示意图；

图5为本发明实施例自平衡类榫卯嵌砌连接结构放大示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。

本发明实施例公开了一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构，如图5所示，包括若干层环形拱，所述环形拱由若干个拱板拼接而成，各个所述环形拱从上至下依次叠合，各层所述环形拱从下至上的水平向尺寸逐渐加大，下层所述环形拱与上层所述环形拱之间设有环形接触结构，上层所述环形拱的拱板在环形接触结构作用下，具有向环形拱内心倾斜的应力。

可选的，所述环形接触结构为石键，所述石键外缘高于内缘。

其中，本发明实施例的自平衡类榫卯嵌砌连接结构由三层环形拱组成，每层环形拱由若干个拱板(石板)围合一圈组成，在本发明实施例中，一层环形拱由6块拱板围合成。各层环形拱从下至上，水平向尺寸逐渐加大，本发明实施例通过增大拱板尺寸，扩大挑檐的外挑尺寸。位于下层的环形拱上端设有上凸的环形接触结构，在本发明实施例中环形接触结构为一处“类榫卯嵌砌”的环形石键结构(每个拱板上均具有石键，拱板拼合后，石键形成环形凸起，与上层的环形拱抵接)，该石键外缘高内缘低，形成斜面结构，使上层环形拱的拱板在石键内缘处接触不足，从而使上层环形拱的拱板有向内倾斜的应力，降低因外挑增大，造成拱板向外滑动的可能。

本发明实施例利用环形接触结构，使位于上层的拱板具有向环形拱内心倾斜的应力，从而利用自重使相邻的拱板之间紧密贴合，达到稳定拼接的效果，相比木质结构，可有效避免后期的维护。

可选的，所述环形拱为圆环结构。

其中，环形拱可为多边形、圆形等结构，在本发明实施例中，环形拱为圆形。

可选的，上层所述环形拱的拱板与下层所述环形拱的拱板交错叠合。

其中，位于上层的环形拱拱板与位于下层的环形拱拱板在叠合时，采用交错叠合方式(类砌砖墙的方式)。

可选的，上层所述环形拱底部环绕设有若干个石栌斗。

特别的，所述石栌斗组成内环石栌斗、外环石栌斗，内环石栌斗、外环石栌斗分别位于环形接触结构内、外两侧。

其中，在本发明实施例中，石键两侧均设有台阶面，内环石栌斗、外环石栌斗安装在石键两侧的台阶面，与石键形成卡固结构，进一步确保环形拱之间的稳固性。

本发明另一方面还公开一种应用上述自平衡类榫卯嵌砌连接结构的纯石结构体系，如图1、图4所示，包括若干个石柱、石梁、至少一个自平衡类榫卯嵌砌连接结构，所述石柱环形设置，相邻所述石柱之间通过石梁连接，所述石柱、石梁为榫卯固定，至少一个所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构安装在石柱上。

可选的，至少一个所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构与石柱之间采用抗剪键相连。

其中，自平衡类榫卯嵌砌连接结构还设有栌斗，环拱板放置于栌斗上，也可采用环拱板、栌斗一体化结构。

本发明实施例纯石结构体系涉及结构如下：

基础：基础形式根据项目实际地质条件及《地勘报告》可选用天然基础、筏板基础或桩基础等，基础上预留抗剪键槽口，槽口尺寸均按计算设置；

底座：莲花底座安装于基础上，如图2所示，莲花底座处的抗剪键(方形键)与基础的抗剪键槽口(方形槽口)对位安装，同时莲花底座的上端预留上层石柱的抗剪键槽口，所有抗剪键尺寸按计算设置，尺寸同抗剪键槽口。莲花底形心与基础形心一致；

石柱：石柱采用花岗岩石材，共6根，圆柱直径尺寸为φ330mm，底部抗剪键(方形键)与莲花底座抗剪键槽口对位，柱顶预留抗剪键槽口(方形槽口)；

下层石梁：如图3所示，下层石梁榫接于石柱内，石梁为弧形，6根下层石梁与6根下层石柱围合成一个闭合环，此处石梁为结构体系第一次转换的转换构件。

阑额：垫于石柱及石梁上方，两端均与半边石柱相接，石梁加工成弧形，由围合成一圈的6块厚度为150mm石板组成，宽度为400mm，每块阑额底部预留3个抗剪键与(方形键)石梁连接。

栌斗：本发明实施例中阑额上方放置24个栌斗围合一圈，作为下檐屋面弧石托换的第一层构件，栌斗与下层石梁采用抗剪键连接。

本发明实施例公开一种中国传统制式改良纯石结构体系，该体系仅使用石材作为建筑材料，受力体系为空间拱，石梁石柱连接工法为榫卯，屋面挑檐连接工法为类榫卯嵌砌，施工工艺为装配式，利用材料自重大达到结构体系自平衡。

特别的，所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构为两个，分别为第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构、第二自平衡类榫卯嵌砌连接结构，所述纯石结构体系还包括童柱结构，所述第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构通过抗剪键安装在石柱上，所述第二自平衡类榫卯嵌砌连接结构通过童柱结构安装在第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构上。

其中，本发明实施例纯石结构体系还涉及结构如下：

下檐屋面弧石：此为实心石材，围合一圈共6块(具体一圈弧石切分数量可按实际施工要求确定)，安装于环拱板上。

童柱：童柱立于下檐屋面弧石内侧，共6根，圆柱直径为φ240mm，童柱下部抗剪键安装于下檐屋面弧石内侧预留的抗剪键槽口内。童柱上端预留上层石梁连接口。

上层石梁：上层石梁榫接于童柱内(连接方式参考石柱、下层石梁)，上层石梁加工成弧形，6根上层石梁与6根童柱围合成一个闭合环，此处石梁为结构体系第二次转换的转换构件。

阑额：垫于童柱及上层石梁上方，两端均与半边石柱相接，由围合成一圈的6块厚度为150mm石板组成，宽度为300mm，每块阑额底部预留3个抗剪键与石梁连接。

第二自平衡类榫卯嵌砌连接结构：具体结构参考第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构。

上檐屋面弧石：此为实心石材，围合一圈共6块(具体一圈弧石切分数量可按实际施工要求确定)，形状按传统寺庙建筑制式。

宝顶：采用整石雕刻，外观制式符合我国岭南禅宗寺庙建筑特色，宝顶落于上檐屋面弧石上方，宝顶固定于8块上檐屋面弧石围合成的预留安装槽内，无需任何粘结材料即可达到自身的稳定，是结构体系空间拱的组成部分，既为建筑的重要装饰部分。

特别的，所述纯石结构体系的施工过程为：

步骤S1：施工基础；

步骤S2：安装石柱子；

步骤S3：安装石梁；

步骤S4：安装下层阑额；

步骤S5：安装下层栌斗；

步骤S6：安装下层3层环拱板；

步骤S7：安装下檐屋面弧石；

步骤S8：安装童柱及上层石梁；

步骤S9：安装上层阑额；

步骤S10：安装上层栌斗；

步骤S11：安装上层3层环拱板；

步骤S12：安装上檐屋面弧石；

步骤S13：安装屋顶宝顶。

本发明实施例相比现有技术，具有优点如下：

1.在保留岭南寺庙古建筑制式的基础上，以古代建筑中木结构体系为设计原型进行优化，不采用钉、铆钉、螺栓等连接工具的情况下，创新利用石材抗压特性，使建筑依靠自重及屋盖挑檐类榫卯构件嵌砌施工，形成空间拱结构体系，以达到受力自平衡的效果；结构受力上下部结构的基础、底座、石柱、下层石梁、阑额，中部结构的栌斗、环拱板、下檐屋面弧石、童柱、上层石梁、阑额，上部结构的栌斗、环拱板、上檐屋面弧石、宝顶，层层咬合，规避了石结构不能承受拉力的受力特点；

2.本发明实施例中，建筑高度7.855m，从下往上两次采用石柱石梁栌斗转换，上层屋檐中心采用宝塔闭合；由于石材施工完成后形成空仅拱的受力方式，两层转换梁标高处无需设置水平拉梁，解决了常规建筑内部需设置水平构件或拉杆增加整体稳定性的做法；

3.建筑体系为各构件组合成整体，无砂浆等粘结材料砌筑，无需采用暗植钢筋或其他手段进行连接或加固，施工简单；

4.创新采用石材替代木材，建筑外露但依然经久耐用，解决了木结构防潮、防火、防虫、放腐蚀困难等性能，且相比木结构后期维护工作量少；石材为天然材料，可采用花岗岩、麻石及各种砌体材料，绿色环保；石材可整块开凿，整体雕塑砌筑，避开了木材天然原料的尺寸偏小，须通过加工成小构件后采用榫卯、斗拱等形式连接的弱点；

5.使用年限都按100年标准计算，木结构需400万，石结构需100万，主要由于后期木结构定期的维护费用及屋面瓦片的修理费用高昂，木结构的造价为石结构的4倍；且考虑火灾及白蚁的风险，造价比值会更大，而本发明实施例采用石结构，前期成本虽高，但有效避免后期维护，从使用寿命看，成本更低；

分项	木材(以常见菠萝格木为例子)	石材(以花岗岩为例子)
			1、使用寿命	50年	100年
2、主体建造	80万元	100万元
			3、屋面瓦片修理费用	5万/次，5年一次，共50万	无
4、定期维护费用	7万/次，5年一次，共70万	无
			总价格	200万，50年	100万，100年

6.结合现代装配式施工工艺，工厂预拼装后，各构件现场组装；由于屋面挑檐简化了斗拱组装，采用类榫卯嵌砌方式，施工速度快，主体现场组装仅需1天完成，解决了施工现场环境的污染问题，契合现代城市建筑绿色节能的建造主题；拼装连接的竖向连接中的下部构件预留石材抗剪槽，对应上部为抗剪键，水平石梁加工成弧形，连接采用榫卯形式，各处连接部位对开料加工精度要求不高。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，技术人员阅读本申请说明书后依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均未脱离本发明申请待批权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构，其特征在于，所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构包括：若干层环形拱，所述环形拱由若干个拱板拼接而成，各个所述环形拱从上至下依次叠合，各层所述环形拱从下至上的水平向尺寸逐渐加大，下层所述环形拱与上层所述环形拱之间设有环形接触结构，上层所述环形拱的拱板在环形接触结构作用下，具有向环形拱内心倾斜的应力；

所述环形接触结构为石键，所述石键外缘高于内缘；

应用所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构的纯石结构体系：所述纯石结构体系包括若干个石柱、石梁、至少一个自平衡类榫卯嵌砌连接结构，所述石柱环形设置，所述石梁为弧形，相邻所述石柱之间通过石梁连接，所述石柱、石梁为榫卯固定，至少一个所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构安装在石柱上；

所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构与石柱之间采用抗剪键相连；

所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构上安装屋面弧石，所述屋面弧石为实心石材，所述屋面弧石围合成圆形，中间留有安装槽，所述安装槽内安装宝顶。

2.根据权利要求1所述一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构，其特征在于，上层所述环形拱的拱板与下层所述环形拱的拱板交错叠合。

3.根据权利要求1所述一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构，其特征在于，上层所述环形拱底部环绕设有若干个石栌斗。

4.根据权利要求3所述一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构，其特征在于，所述石栌斗组成内环石栌斗、外环石栌斗，内环石栌斗、外环石栌斗分别位于环形接触结构内、外两侧。

5.根据权利要求1所述一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构，其特征在于，所述自平衡类榫卯嵌砌连接结构为两个，分别为第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构、第二自平衡类榫卯嵌砌连接结构，所述纯石结构体系还包括童柱结构，所述第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构通过抗剪键安装在石柱上，所述第二自平衡类榫卯嵌砌连接结构通过童柱结构安装在第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构上。

6.根据权利要求5所述一种自平衡类榫卯嵌砌连接结构，其特征在于，所述纯石结构体系的施工过程为：

步骤S1：进行基础施工；

步骤S2：依次安装石柱、石梁；

步骤S3：安装在安装石梁

步骤S4：安装第一自平衡类榫卯嵌砌连接结构；

步骤S5：童柱结构

步骤S6：安装第二自平衡类榫卯嵌砌连接结构。