CN205637233U - 古建筑木框架耗能墙体 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种古建筑木框架耗能墙体，包括左木柱和右木柱，左木柱和右木柱底部通过柱础石连接地栿支撑，左木柱和右木柱顶部设有顶木梁，左木柱、右木柱、地栿和顶木梁构成耗能墙体支撑架，在所述耗能墙体支撑架内设有由耗能墙体外框架和耗能墙体内框架共同组成的耗能墙体主框架，耗能墙体主框架两侧贴有覆板，耗能墙体主框架和覆板共同构成古建筑木框架耗能墙体，该古建筑木框架耗能墙体通过螺栓连接耗能墙体支撑架。本实用新型抗侧刚度较小，延性及耗能能力高，提高结构抗震能力及可靠度。结构简单，造价低廉，施工方便易于操作，可镶嵌内藏于外包砖墙中隐蔽性好，可在覆板外表面进行装饰或美化。应用前景广泛，可用于古建筑的修复工作。

Description

古建筑木框架耗能墙体

技术领域

本实用新型属古建筑木结构加固与修缮保护领域，具体涉及一种古建筑木框架耗能墙体，适合传统木结构古建筑抗震加固及修缮需求。

背景技术

我国传统木结构古建筑绝大多数采用梁柱体系作为受力系统，类似于现代结构中的框架结构，墙体只起填充隔断的作用，不承受外部荷载。梁柱间仅采用榫卯连接，不使用任何铁件，因此整个古建筑木构架的抗侧刚度较小，水平荷载作用下能够产生较大的侧移。增加填充墙体后，整个柱架的侧向位移可以得到控制，但由于古建筑墙体常采用砌体砖或者夯土制作，墙体将木柱包裹其中且截面尺寸较大，大大提高了整体木构架结构的抗侧刚度，从而导致整体结构在地震作用下所承担的地震力大幅度提高，对整体结构的抗震性能反而产生了不利影响。因此，如何在不明显提高墙体抗侧刚度的前提下对既有墙体进行合理的改造以提高其耗能能力，是古建筑木结构修缮保护领域亟待解决的关键问题。

现代木建筑结构常常采用木框架剪力墙、夹板剪力墙、带木支撑剪力墙分担柱架的剪力，同时提高整体结构的耗能能力。而在古建筑木结构领域，还没有类似利用墙体达到耗能减震作用的先例。因此，探索一种适合古建筑木结构的高耗能、低抗侧刚度的墙体体系，成为古建筑木结构修缮保护工作的当务之急。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺陷或不足，提供一种古建筑木框架耗能墙体，并采用高阻尼橡胶这一现代材料，在不显著提高柱架抗侧刚度的同时大幅度提高结构的耗能及减震能力，实现结构刚度、强度及延性的有效融合，在古建筑木结构的加固方法和加固效果方面达到双重突破。高阻尼橡胶这一材料有着很好的机械性能，在使用过程中可以通过变形达到耗能作用，而且，橡胶在受力时能够提供较大的反力，并且在外力卸载之后可以迅速恢复原状。橡胶有很好的物理性能和化学稳定性能，可塑性强，耐寒，耐酸碱，抗冲击，有很好的隔震性能。并且橡胶价格低廉，制作方便，使用范围广泛。

本实用新型是通过下述技术方案来实现的。

古建筑木框架耗能墙体，包括左木柱和右木柱，所述左木柱和右木柱底部通过柱础石连接地栿支撑，左木柱和右木柱顶部设有顶木梁，所述左木柱、右木柱、地栿和顶木梁构成耗能墙体支撑架，其中：在所述耗能墙体支撑架内设有由耗能墙体外框架和耗能墙体内框架共同组成的耗能墙体主框架，耗能墙体主框架两侧贴有覆板，耗能墙体主框架和覆板共同构成古建筑木框架耗能墙体本体，该古建筑木框架耗能墙体本体通过螺栓连接耗能墙体支撑架。

作为优选，所述耗能墙体外框架包括与顶木梁相接的墙骨顶梁及与地栿相接的墙骨底梁，墙骨顶梁和墙骨底梁两端部通过铅芯橡胶连接件分别与墙骨左柱和墙骨右柱连接；所述墙骨顶梁、墙骨左柱、墙骨右柱、墙骨底梁截面厚度尺寸相同，截面高度为截面厚度的2～3倍，长度随柱高度及梁跨度。

作为优选，所述墙骨顶梁、墙骨左柱、墙骨右柱和墙骨底梁为相同结构， 其两端设有连接部的条形板，其一端为卯口，另一端为榫头，卯口和榫头上开设圆孔，并在榫卯相接圆孔中埋入铅芯橡胶连接件，卯口和榫头依次榫卯相接。

作为优选，所述铅芯橡胶连接件由橡胶圈及铅芯组成，铅芯内置于橡胶圈之中。

作为优选，所述耗能墙体内框架包括通过中心连接件连接的四根呈十字分布的墙骨斜撑，四根墙骨斜撑分别沿耗能墙体外框架的对角线方向设置，四根墙骨斜撑端部分别通过木角撑与墙体外框架角部内侧相连。

作为优选，所述中心连接件为中心开孔且带有四个锚状臂的结构。

作为优选，所述木角撑为一对相向对称布置带限位台的三棱柱结构，三棱柱的底面设有定位台，通过螺栓贯穿定位台上的螺孔与墙体外框架角部相连。

作为优选，所述墙骨斜撑一端为T型结构，另一端为螳螂头式榫头；T型端部嵌入在所述木角撑限位台构成的框架内，T型端通过两个对称的大耗能橡胶垫和小耗能橡胶垫楔紧；螳螂头式榫头嵌入在所述中心连接件相邻锚状臂之间，采用榫卯连接并通过自攻螺丝固定。

作为优选，大耗能橡胶垫、小耗能橡胶垫、铅芯橡胶连接件及中心连接件采用丁基橡胶、溴化丁基橡胶或氯化丁基橡胶材料。

作为优选，包覆在所述墙体的主框架表面的覆板通过钉固定在墙体外框架上；覆板采用石膏板材质。

本实用新型以木材为墙体主框架，橡胶及铅芯为主要耗能构件，以石膏板为主要耐火构件。墙体主框架各部件之间通过榫卯连接，墙骨顶梁、墙骨底梁、墙骨左柱、墙骨右柱两端开孔并分别开设榫头及卯口两两相连，开孔部位用铅芯橡胶填充固定，四个对角墙骨斜撑一端与中心连接件由螳螂头榫卯节点形式 相连，另一端由木角撑及大小橡胶耗能垫固定于结构四角。橡胶耗能垫及中心连接件的高回弹性及大变形特点降低了墙体的抗侧刚度，设置在墙体主框架角部的铅芯橡胶在剪切滞回变形及橡胶耗能垫的压缩变形实现了墙体的耗能减震性能。墙体主框架通过螺栓杆与古建筑木结构的木框架柱连接固定，保证了耗能墙体与古建筑木结构的木框架连接的整体性。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的木框架耗能墙体抗侧刚度较小，具有较高的延性及耗能能力，可以在不明显提高古建筑木结构抗侧刚度的前提下大幅度减小结构的地震响应，提高结构的抗震能力及可靠度。满足木结构建筑的防火安全要求。本实用新型结构形式简单，施工简单方便易于操作，构件之间采用榫卯或者机械连接，可提前预制成块，各个构件之间可以通过人工在现场快速安装及拆卸，在使用过程中或震后可随意替换内部构件。本实用新型隐蔽性好，在古建筑修复的过程中可镶嵌内藏于外包砖墙之中，亦可在覆板外表面进行必要的装饰或美化，不影响古建筑原有风貌。本实用新型全部由木材及橡胶制作造价低廉，材料便于获取。本实用新型木框架耗能墙应用前景广泛，既可以参与古建筑的修复工作，也可以在现代木结构建筑中发挥作用。

附图说明

图1为本实用新型古建筑木框架耗能墙体实施例结构示意图；

图2为图1中A-A剖视图；

图3为图1中B处即耗能墙体主框架柱与古建筑柱体连接处放大示意图；

图4为本实用新型实施例耗能墙体主框架结构构造示意图；

图5为本实用新型实施例墙体主框架墙骨顶梁及墙骨底梁结构示意图，图 5(a)为主视图，图5(b)为俯视图，图5(c)为侧视图；

图6为本实用新型实施例墙体主框架墙骨左柱及墙骨右柱结构示意图，图6(a)为主视图，图6(b)为侧视图，图6(c)为俯视图；

图7为本实用新型实施例铅芯橡胶连接件构造示意图，图7(a)为主视图，图7(b)为侧视图；

图8为本实用新型实施例墙体中大耗能橡胶垫构造示意图，图8(a)为主视图，图8(b)为右侧视图，图8(c)为下侧视图；

图9为本实用新型实施例墙体中小耗能橡胶垫构造示意图，图9(a)为主视图，图9(b)为侧视图；

图10为本实用新型实施例墙体木角撑构造示意图，图10(a)为主视图，图10(b)为右侧视图，图10(c)为下侧视图；

图11为本实用新型实施例墙体中心连接件构造示意图，图11(a)为主视图，图11(b)为右侧视图，图11(c)为下侧视图。

图12为本实用新型实施例墙体中木框架斜撑构造示意图，图12(a)为主视图，图12(b)为右侧视图，图12(c)为下侧视图。

图中的附图标记分别表示：1、顶木梁；2、左木柱；3地栿；4、右木柱；5、柱础石；6、墙骨顶梁；7、墙骨左柱；8、墙骨右柱；9、墙骨底梁；10、铅芯橡胶连接件；11、大耗能橡胶垫；12、木角撑；12-1、限位台；12-2、定位台；13、小耗能橡胶垫；14、墙骨斜撑；15、中心连接件；16、覆板，17、橡胶圈，18、铅芯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对实用新型作进一步的详细说明，但并不作为对实用新型做任何限制的依据。

如图1所示，一种古建筑木框架耗能墙体，包括古建筑上的左木柱2和右木柱4，所述左木柱2和右木柱4底部通过柱础石5连接地栿3支撑，左木柱2和右木柱4顶部设有顶木梁1；所述左木柱2及右木柱4柱底平置于柱础石5顶面。所述地栿3平置于柱础石5之间的地面之上，地栿3左右两端紧邻柱础石5侧面。由所述左木柱2、右木柱4、地栿3和顶木梁1构成耗能墙体支撑架。

在耗能墙体支撑架内设有由耗能墙体外框架和耗能墙体内框架共同组成的耗能墙体主框架，耗能墙体主框架两侧贴有覆板16，耗能墙体主框架和覆板16共同构成古建筑木框架耗能墙体本体，该古建筑木框架耗能墙体本体通过螺栓连接耗能墙体支撑架。

其中，耗能墙体外框架包括与顶木梁1相接的墙骨顶梁6及与地栿3相接的墙骨底梁9，墙骨顶梁6和墙骨底梁9两端部通过铅芯橡胶连接件10分别与墙骨左柱7和墙骨右柱8连接，形成本实用新型耗能墙体外框架。所述墙骨顶梁6、墙骨左柱7、墙骨右柱8和墙骨底梁9截面厚度取相同尺寸，取值范围为50mm～300mm，截面高度为截面厚度的2～3倍，长度随柱高度及梁跨度。

其中，耗能墙体内框架包括通过中心连接件15连接的四根呈十字分布的墙骨斜撑14，四根墙骨斜撑14分别沿耗能墙体外框架的对角线方向设置，四根墙骨斜撑14端部分别通过木角撑12与墙体外框架角部内侧相连。其中，墙骨斜撑14端部为T型结构，T型端部嵌入在木角撑12的框架内，T型端顶部设两个对称的大耗能橡胶垫11，T型端内侧设两个对称的小耗能橡胶垫13，将墙骨斜撑14固定在木角撑12的框架内。

耗能墙体外框架及耗能墙体内框架共同组成了本实用新型耗能墙体主框架，如图4所示。

另外，覆板16贴在墙骨顶梁6的两侧，见图2所示。

本实用新型耗能墙体主框架中所述墙骨左柱7及墙骨右柱8分别紧贴左木柱2右侧表面及右木柱4左侧表面，并通过螺栓贯穿木柱连接固定，连接处放大示意见图3所示。墙体主框架墙骨柱与古建筑柱体的连接螺栓杆直径小于等于12mm，螺栓间距小于等于180mm。墙骨顶梁6及墙骨底梁9分别紧贴顶木梁1下表面及地栿3上表面。覆板16包覆于墙体主框架表面，并通过钉固定在耗能墙体外框架上。钉的长度70～350mm，钉的间距小于200mm。覆板16宜采用石膏板，厚度大于等于12mm。覆板16四周与墙体外框架边外缘预留一定间距，间距为10～15mm。墙骨顶梁6、墙骨左柱7、墙骨右柱8、墙骨底梁9、墙骨斜撑14、木角撑12采用含水率小于等于20％的木材。

本实用新型连接墙骨顶梁6、墙骨左柱7、墙骨右柱8和墙骨底梁9为对称结构，为两端为设有连接部的条形板，其一端为卯口，另一端为榫头，卯口和榫头开设圆孔，并在榫卯相接圆孔中埋入铅芯橡胶连接件10，卯口和榫头依次榫卯相接，构造见图5(a)-(c)、图6(a)-(c)所示。

本实用新型铅芯橡胶连接件10由橡胶圈17及铅芯18组成，铅芯18内置于橡胶圈17之中，其构造见图7(a)-(b)所示。所述铅芯橡胶连接件10的高度与墙骨顶梁6同厚，外径比墙骨顶梁3高度小30～40mm，内置铅芯直径取铅芯橡胶连接件10外径的1/2。

本实用新型木角撑12与墙体外框架角部内侧相连的空间内设置大耗能橡胶垫11及小耗能橡胶垫13各两个，以填充墙骨斜撑14端部与木角撑12墙体 外框架角部内侧的空隙，且挤压紧密。

大耗能橡胶垫11的构造见图8(a)-(c)所示，为半圆柱状，大耗能橡胶垫11的厚度为50mm～300mm，直径为140mm～900mm，直边长为100mm～600mm。

小耗能橡胶垫13的构造见图9(a)-(b)所示，为圆柱状，小耗能橡胶垫13直径取大耗能橡胶垫11直径的1/2。大耗能橡胶垫11及小耗能橡胶垫13的高度与墙骨顶梁同厚。大耗能橡胶垫11、小耗能橡胶垫13、铅芯橡胶连接件10及中心连接件15宜采用丁基橡胶、溴化丁基橡胶或氯化丁基橡胶等高分子高阻尼材料。

本实用新型的木角撑12为一对相向对称布置带限位台12-1的三棱柱结构，三棱柱的底面设有定位台12-2，通过螺栓贯穿定位台12-2上的螺孔与墙体外框架角部相连。单体木角撑12的构造见图10(a)-(c)所示。

中心连接件15构造见图11(a)-(c)所示，中心连接件15为中心开孔且带有四个锚状臂的结构。

墙骨斜撑14的构造见图12(a)-(c)所示，墙骨斜撑14的一段为T型，另一端为螳螂头式榫头，螳螂头式榫头两侧设有倒角，墙骨斜撑14螳螂头式榫头嵌入中心连接件15相邻锚状臂之间，采用榫卯连接并通过自攻螺丝固定。墙骨斜撑14T型端通过两个相向布置的木角撑12限位台12-1顶住，并通过两对大耗能橡胶垫11及小耗能橡胶垫13填充在木角撑12与墙骨斜撑14T型端空隙中。结合图4所示，一对相向对称布置木角撑12的限位台12-1与墙骨斜撑14T型端的墙骨斜撑臂相接后，形成稳固的墙体内框架支撑。

墙骨斜撑14的螳螂头式榫头尺寸比例按营造法式规定制作，另一端做T 型接头，T型接头外挑长度为墙骨斜撑14宽度的1/2。墙骨斜撑截面宽度与墙骨顶梁同厚，长度为700mm～3000mm。

木角撑12与主框架角部之间的连接螺栓杆直径小于等于12mm，螺栓间距小于等于180mm。墙骨斜撑14与中心连接件15之间的自攻螺丝直径不小于6mm，长度为50～90mm，间距为15～25mm。

中心连接件15采用橡胶材料，中心开设圆孔，孔径为100～250mm，边缘开四个螳螂头式卯口，尺寸同墙骨斜撑14端部螳螂头式榫头。所述中心连接件15厚度为50mm～300mm，直径为300mm～600mm。

本实用新型可以可镶嵌内藏于外包砖墙之中，亦可在覆板外表面进行必要的装饰或美化，不影响古建筑原有风貌。且镶嵌、装饰或美化不会影响本实用新型的使用。

应当指出，以上所述仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，在不脱离本实用新型原理的前提下可轻易想到的改进、润饰、变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实施例中未明确的各组成部分均可利用现有技术手段加以实现。

Claims (10)

1.古建筑木框架耗能墙体，包括左木柱(2)和右木柱(4)，所述左木柱(2)和右木柱(4)底部通过柱础石(5)连接地栿(3)支撑，左木柱(2)和右木柱(4)顶部设有顶木梁(1)，所述左木柱(2)、右木柱(4)、地栿(3)和顶木梁(1)构成耗能墙体支撑架，其特征在于：在所述耗能墙体支撑架内设有由耗能墙体外框架和耗能墙体内框架共同组成的耗能墙体主框架，耗能墙体主框架两侧贴有覆板，耗能墙体主框架和覆板共同构成古建筑木框架耗能墙体本体，该古建筑木框架耗能墙体本体通过螺栓连接耗能墙体支撑架。

2.根据权利要求1所述的古建筑木框架耗能墙体，其特征在于：所述耗能墙体外框架包括与顶木梁(1)相接的墙骨顶梁(6)及与地栿(3)相接的墙骨底梁(9)，墙骨顶梁(6)和墙骨底梁(9)两端部通过铅芯橡胶连接件(10)分别与墙骨左柱(7)和墙骨右柱(8)连接；所述墙骨顶梁(6)、墙骨左柱(7)、墙骨右柱(8)、墙骨底梁(9)截面厚度尺寸相同，截面高度为截面厚度的2～3倍。

3.根据权利要求2所述的古建筑木框架耗能墙体，其特征在于：所述墙骨顶梁(6)、墙骨左柱(7)、墙骨右柱(8)和墙骨底梁(9)为相同结构，其两端设有连接部的条形板，其一端为卯口，另一端为榫头，卯口和榫头上开设圆孔，并在榫卯相接圆孔中埋入铅芯橡胶连接件(10)，卯口和榫头依次榫卯相接。

4.根据权利要求2所述的古建筑木框架耗能墙体，其特征在于：所述铅芯橡胶连接件(10)由橡胶圈(17)及铅芯(18)组成，铅芯(18)内置于橡胶圈(17)之中。

5.根据权利要求1所述的古建筑木框架耗能墙体，其特征在于：所述耗能墙体内框架包括通过中心连接件(15)连接的四根呈十字分布的墙骨斜撑(14)，四根墙骨斜撑(14)分别沿耗能墙体外框架的对角线方向设置，四根墙骨斜撑 (14)端部分别通过木角撑(12)与墙体外框架角部内侧相连。

6.根据权利要求5所述的古建筑木框架耗能墙体，其特征在于：所述中心连接件(15)为中心开孔且带有四个锚状臂的结构。

7.根据权利要求5所述的古建筑木框架耗能墙体，其特征在于：所述木角撑(12)为一对相向对称布置带限位台(12-1)的三棱柱结构，三棱柱的底面设有定位台(12-2)，通过螺栓贯穿定位台上的螺孔与墙体外框架角部相连。

8.根据权利要求6或7所述的古建筑木框架耗能墙体，其特征在于：所述墙骨斜撑(14)一端为T型结构，另一端为螳螂头式榫头；T型端部嵌入在所述木角撑(12)限位台(12-1)构成的框架内，T型端通过两个对称的大耗能橡胶垫(11)和小耗能橡胶垫(13)楔紧；螳螂头式榫头嵌入在所述中心连接件(15)相邻锚状臂之间，采用榫卯连接并通过自攻螺丝固定。

9.根据权利要求8所述的古建筑木框架耗能墙体，其特征在于：大耗能橡胶垫(11)、小耗能橡胶垫(13)、铅芯橡胶连接件(10)及中心连接件(15)采用丁基橡胶、溴化丁基橡胶或氯化丁基橡胶材料。

10.根据权利要求1所述的古建筑木框架耗能墙体，其特征在于：包覆在所述墙体的主框架表面的覆板(16)通过钉固定在墙体外框架上；覆板(16)采用石膏板材质。