鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法
【專利摘要】一種用鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法，它包括鋼支架加工和鋼支架安裝，通過在卯榫節(jié)點處設(shè)置鋼支架，實現(xiàn)提高榫卯節(jié)點彎曲剛度和限制卯口張開的目的，從而顯著提高榫卯節(jié)點木框架的抗震性能和變形能力，滿足后續(xù)使用要求。整個結(jié)構(gòu)只需在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)上做簡單改進就可以實現(xiàn)，造價便宜、施工簡易。
【專利說明】鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種用鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法，用于木建筑的維修加固和改造。

【背景技術(shù)】
[0002]利用木材建造房屋是我國傳統(tǒng)建筑的重要表現(xiàn)形式，歷史木結(jié)構(gòu)建筑很多都經(jīng)過了數(shù)百年的歷史，是中華文明的重要組成部分，包含豐富的歷史文化內(nèi)涵，例如故宮、貴州苗族木樓等都是木質(zhì)建筑群落，但由于建造年代比較久遠，同時由于木材本身特點，很多木結(jié)構(gòu)亟待維修或加固。歷史木結(jié)構(gòu)多數(shù)為卯榫節(jié)點木框架結(jié)構(gòu)，木材長時間使用易導(dǎo)致干裂、腐朽、蟲蛀、老化等累積損傷，也需進行維護和修復(fù)?，F(xiàn)常采用替換法進行修復(fù)，但替換會損壞相連木構(gòu)件進而破壞歷史木結(jié)構(gòu)建筑的風(fēng)格特征，為了保護歷史木結(jié)構(gòu)建筑蘊含的歷史、文物、藝術(shù)和科學(xué)價值，木構(gòu)歷史建筑的維修加固不可能大量的替換新材。對于卯榫節(jié)點木框架而言，其薄弱位置為卯榫節(jié)點處，一般通過加固節(jié)點就能有效提高木框架的承載能力和抗震能力。卯榫節(jié)點加固方法包括:橫、豎替木加固法，碳纖維布加固法，馬口鐵加固法等，但這些傳統(tǒng)加固方法多存在影響維護期結(jié)構(gòu)使用、破壞立面效果和妨害節(jié)點周邊木構(gòu)件等不足，無法實現(xiàn)木結(jié)構(gòu)抗震性能提升和歷史風(fēng)貌保持的綜合效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是針對歷史木結(jié)構(gòu)建筑維修加固中往往會影響維護期結(jié)構(gòu)使用，甚至破壞木結(jié)構(gòu)建筑風(fēng)格的技術(shù)缺陷，提供一種用鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法，通過在卯榫節(jié)點處設(shè)置鋼支架，實現(xiàn)提高榫卯節(jié)點彎曲剛度和限制卯口張開的目的，從而顯著提高榫卯節(jié)點木框架的抗震性能和變形能力，滿足后續(xù)使用要求。
[0004]技術(shù)方案
[0005]為了實現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明設(shè)計一種用鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法，其特征在于，它包括以下步驟:
[0006](I)鋼支架加工:按照木框架榫卯節(jié)點的形狀將一定厚度的鋼板加工成鋼支架，所述鋼支架一段與木柱對應(yīng)，另一段鋼支架中部開口彎折鋼板與木梁底面對應(yīng)；
[0007]所述鋼支架為L形，鋼支架的整體外形與圓木柱對應(yīng)，中部開口彎折鋼板與木梁底面對應(yīng)。
[0008](2)鋼支架安裝:將步驟⑴制作好的鋼支架安裝在榫卯節(jié)點下側(cè)，并用螺釘將鋼支架分別與木梁、木柱固定。
[0009]進一步,所述步驟(I)中，當(dāng)木梁跨度不大于4m時鋼板厚度為3mm?5mm,當(dāng)木梁跨度大于4m時鋼板厚度為5mm?8mm ；
[0010]加工成形后鋼支架與木柱(圓木柱)對應(yīng)的是弧形，弧形弧長對應(yīng)的圓心角不小于120度，鋼板高度不小于木梁高度。
[0011]進一步，所述鋼支架的弧形段兩端邊緣間距比木梁寬度大Imm?3mm，鋼支架中部開口彎折鋼板(與木梁下部連接的部分)的高度為木梁高度的2/3，然后將其彎折成90度。
[0012]進一步，所述步驟(2)中將鋼支架安裝于榫卯節(jié)點下部時，應(yīng)使鋼支架各端面分別與對應(yīng)的木梁和木柱緊貼，與木梁連接面采用兩個螺釘固定，螺釘位置為與木梁連接鋼板三分點截面中心處，與木柱連接面用五個螺釘固定，其中一個螺釘位于下部弧形面的中心位置，另各有兩個螺釘位于左、右兩側(cè)弧形面的上部和下部。
[0013]進一步，所述步驟(2)中螺釘直徑不小于鋼板厚度，與木梁連接的螺釘長度不小于木梁高度的1/3，與木柱連接的螺釘長度不小于木柱直徑的1/3。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明提供的一種用鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法，通過在卯榫節(jié)點處設(shè)置鋼支架，實現(xiàn)提高榫卯節(jié)點彎曲剛度和限制卯口張開的目的，從而顯著提高榫卯節(jié)點木框架的抗震性能和變形能力，滿足后續(xù)使用要求。整個結(jié)構(gòu)只需在節(jié)點處做簡單改進就可實現(xiàn)，造價便宜，施工方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖1是本發(fā)明第一實施例的主視方向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]附圖2是本發(fā)明第一實施例的仰視方向結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]其中，1、木柱，2、木梁，3、鋼支架，4、螺釘

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步說明。
[0020]實施例1
[0021]現(xiàn)有一榫卯節(jié)點木框架層高為2600mm，跨度為3600mm ;木柱截面為圓形，直徑通高為200mm，木梁截面為矩形，寬度和高度分別為10mm和200mm。木柱和木梁采用燕尾榫方式連接，燕尾榫長度50mm,榫頭寬度50mm,榫尾寬度40mm。木柱頂部施加恒定豎向荷載，單根木柱豎向荷載取為20kN。然后通過MTS作動器施加水平往復(fù)荷載，加載速率為0.3mm/S。在最大荷載出現(xiàn)后，隨著變形的增加,破壞荷載及其相應(yīng)變形取荷載下降到最大荷載的85 %時相應(yīng)的荷載和相應(yīng)變形。如果木框架出現(xiàn)拔榫破壞，拔榫時對應(yīng)的荷載可以視作破壞荷載。
[0022]如附圖1和2所示，采用本發(fā)明方案的鋼支架對榫卯節(jié)點木框架進行加固。
[0023]首先，選用4mm厚的鋼板，按照木框架榫卯節(jié)點的形狀將鋼板加工成鋼支架，所述鋼支架一段與圓木柱對應(yīng)，另一段與木梁底面對應(yīng)；所述鋼支架為L形，鋼支架的兩角邊外形分別為與木柱、木梁對應(yīng)的形狀，加工成形后鋼支架與木柱對應(yīng)的是弧形，弧形弧長對應(yīng)的圓心角不小于120度，鋼板高度不小于木梁高度。所述鋼支架的弧形段兩端邊緣間距比木梁寬度大Imm?3mm，鋼支架中部開口彎折鋼板(與木梁下部連接的部分)的總高度為木梁高度的2/3，然后將其彎折成90度。
[0024]接著，將鋼支架安裝:將制作好的鋼支架安裝在榫卯節(jié)點下側(cè)，并用螺釘將鋼支架與木梁、木柱進行固定。將鋼支架安裝于榫卯節(jié)點下部時，應(yīng)使鋼支架各端面分別與對應(yīng)的木梁和木柱緊貼，與木梁連接面采用兩個螺釘固定，螺釘位置為與木梁連接鋼板三分點截面中心處，與木柱連接面用五個螺釘固定，其中一個螺釘位于下部弧形面的中心位置，另各有兩個螺釘位于左、右兩側(cè)弧形面的上部和下部。螺釘直徑不小于鋼板厚度，與木梁連接的螺釘長度不小于木梁高度的1/3，與木柱連接的螺釘長度不小于木柱直徑的1/3。
[0025]未加固木框架的榫卯節(jié)點在正、反兩個方向峰值彎矩平均值為l.0kN.!!!、峰值轉(zhuǎn)角為0.05rad。而采用本發(fā)明方案后卯榫節(jié)點在正、反兩個方向峰值彎矩平均值為1.7kN.m、峰值轉(zhuǎn)角為0.07rad，分別較未加固對比試件提高了 70%和40%。
[0026]實施例2
[0027]現(xiàn)另有一榫卯節(jié)點木框架層高為2600mm，跨度為5000mm ;木柱截面為圓形，直徑通高為250mm，木梁截面為矩形，寬度和高度分別為150mm和250mm。木柱和木梁采用燕尾榫方式連接，燕尾榫長度80mm,榫頭寬度80mm,榫尾寬度50mm。木柱頂部施加恒定豎向荷載，單根木柱豎向荷載取為30kN。然后通過MTS作動器施加水平往復(fù)荷載，加載速率為0.4mm/
S。在最大荷載出現(xiàn)后，隨著變形的增加,破壞荷載及其相應(yīng)變形取荷載下降到最大荷載的85 %時相應(yīng)的荷載和相應(yīng)變形。如果木框架出現(xiàn)拔榫破壞，拔榫時對應(yīng)的荷載可以視作破壞荷載。
[0028]選用6mm厚的鋼板按照實施例1中步驟制作和安裝角鋼支架，實驗表明:未加固木框架的榫卯節(jié)點在正、反兩個方向峰值彎矩平均值為1.4kN.m、峰值轉(zhuǎn)角為0.1Orad0而采用本發(fā)明方案后卯榫節(jié)點在正、反兩個方向峰值彎矩平均值為2.4kN.m、峰值轉(zhuǎn)角為
0.14rad，分別較未加固對比試件提高了 75%和45%。
【權(quán)利要求】
1.一種用鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法，其特征在于，它包括以下步驟: (1)鋼支架加工:按照木框架榫卯節(jié)點的形狀將一定厚度的鋼板加工成鋼支架，所述鋼支架一段與木柱對應(yīng)，另一段鋼支架中部開口彎折鋼板與木梁底面對應(yīng)； 所述鋼支架為L形，鋼支架的整體外形與圓木柱對應(yīng)，中部開口彎折鋼板與木梁底面對應(yīng)。 (2)鋼支架安裝:將步驟(I)制作好的鋼支架安裝在榫卯節(jié)點下側(cè)，并用對穿螺栓將鋼支架與木梁、木柱進行固定。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法，其特征在于:所述步驟(I)中，當(dāng)木梁跨度不大于4m時鋼板厚度為3mm?5mm，當(dāng)木梁跨度大于4m時鋼板厚度為5mm?8mm ； 加工成形后鋼支架與圓木柱對應(yīng)的是弧形，弧形弧長對應(yīng)的圓心角不小于120度，鋼板高度不小于木梁高度。
3.如權(quán)利要求2所述的一種用鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法，其特征在于:所述鋼支架的弧形段兩端邊緣間距比木梁寬度大Imm?3mm，鋼支架中部開口彎折鋼板與木梁下部連接的部分的總高度為木梁高度的2/3，然后將其彎折成90度。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法，其特征在于:所述步驟(2)中將鋼支架安裝于榫卯節(jié)點下部時，應(yīng)使鋼支架各端面分別與對應(yīng)的木梁和木柱緊貼，與木梁連接面采用兩個螺釘固定，螺釘位置為與木梁連接鋼板三分點截面中心處，與木柱連接面用五個螺釘固定，其中一個螺釘位于下部弧形面的中心位置，另各有兩個螺釘位于左、右兩側(cè)弧形面的上部和下部。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用鋼支架加固木框架榫卯節(jié)點的方法，其特征在于:所述步驟(2)中螺釘直徑不小于鋼板厚度，與木梁連接的螺釘長度不小于木梁高度的1/3，與木柱連接的螺釘長度不小于木柱直徑的1/3。
【文檔編號】E04G23/02GK104153595SQ201410384368
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】許清風(fēng), 王卓琳, 劉瓊 申請人:上海市建筑科學(xué)研究院(集團)有限公司