本發(fā)明屬于古建筑木構架體系中斗拱構件的保護修繕，本發(fā)明涉及在不改變原材料及施工工藝的基礎上，對古建筑上開口單材拱構件中的拱口部位進行加固修繕處理。

背景技術：

斗拱在古建筑木構架體系中，是一個相對獨立的門類，清代木作中有專門的“斗拱作”。

“單材拱”為古建筑大木作斗拱做法，即古建筑橫拱和華拱用材大小和做法的稱謂，單材即為小于足材的用材。按宋式建筑“材”的推算，“單材拱”為廣（高）十五分，厚十分，“單材拱”的背上不施栔。漢代時期的拱大多為“單材拱”，一般認為，“單材拱”源于兩個成因，一、是拱端部分安置散斗，導致拱與拱或枋之間的空缺，形成單材拱的形式；二、是橫木（即早期的拱）本身，就是平直的枋木重疊演變而來的。

“拱口”是宋式建筑大木作構件做法，即為了使拱與拱之間相交結合，而制作的榫卯結構。制作“拱口”的構件，據(jù)宋《營造法式》規(guī)定，包括華拱、泥道拱、瓜子拱、慢拱、令拱以及騎栿拱、絞昂拱等?！肮翱凇蔽挥诠跋嘟惶?，有上開口、下開口和上下均開口三種做法。漢至唐代的許多華拱為單材做法，至宋代才對“單材拱”進行分類，并繪制圖樣，規(guī)定尺寸，上開口的單材拱構造如圖1所示。

由于斗拱構件的件數(shù)最多，而且是小構件，結構復雜，富于變化，各種構件互相搭交，鋸鑿榫卯，一般剩余的有效截面都很小。整攢斗拱由于外力作用，如檐桁向外滾動，柱子下沉，梁架歪斜等都能引起斗拱的各構件因受力不均而發(fā)生位移，因之扭閃、變形，常常伴隨出現(xiàn)拱口擠裂，拱頭干裂糟朽和折斷等現(xiàn)象。

目前，古建筑上開口單材拱中拱口部位的加固修繕技術是：對于劈裂未斷的單材拱拱口，可采用化學粘結劑灌縫粘牢，并用鐵扒釘釘固。左右扭曲不超過3mm的可以繼續(xù)使用，超過3mm的應更換。對于拱口折斷的單材拱，則采用干燥的硬雜木按原斗拱的尺寸樣式進行補配更換。

對于斗拱構件的更換，由于斗拱構件是手工制作，原設計雖有一定的標準，但在制作過程時經(jīng)過畫線、鋸截、錛鑿、開榫卯等工序，不可避免的產(chǎn)生一些小誤差，構件大的，不易查覺，構件小的就比較明顯了。

采用化學粘結劑灌縫并結合鐵扒釘釘牢的加固措施雖然在短期內剛度較強，但柔韌性、耐久性、抗扭轉能力不足。首先，化學粘接劑為一種膠體，在空氣中易氧化，耐久性較差，粘接在一起的上開口單材拱拱口，如果長時間暴露在大氣中，粘接劑易老化脆裂，導致灌縫處開裂，整體性降低；并且這種依靠鐵扒釘加固的結構，抗扭轉能力較弱，如遇地基不均勻沉降或地面震動，容易造成鐵扒釘與拱口左右之間的連接部位松動，造成上開口單材拱拱口連接處加固件失效，從而使單材拱的安全性仍受到威脅。其次，鐵扒釘釘固上開口單材拱拱口的過程中往往會破壞斗拱構件；改變了古建筑木結構的原材料及施工工藝，且金屬件加固木構件是通過“嵌入”或“固定”的方式達到加固的目的，這種不可逆的加固技術不僅不利于加固件的檢修或更換，也不利于木結構的保護。另外，對于采用完全更換的措施，則有悖于盡可能保持古建筑木構件原真性的原則，失去了原有上開口單材拱所承載的歷史價值和文物價值。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種古建筑上開口單材拱的拱口加固修繕結構，在堅持不改變古建筑原材料及施工工藝原則的基礎上，對古建筑上開口單材拱構件中的拱口部位進行加固修繕處理。

為實現(xiàn)上述技術目的，所采用的技術方案是：一種古建筑上開口單材拱的拱口加固修繕結構，由左修整拱頭、右修整拱頭、修繕拱體、u型榫和銀錠榫組成，左修整拱頭和右修整拱頭對稱設置，左修整拱頭和右修整拱頭之間設有上部拱口，上部拱口的寬度與拱口寬度相等，修繕拱體為設置左修整拱頭和右修整拱頭下方的一條寬度不變的長條型修繕木構件；

在左修整拱頭的下剎部位開設一個用于放置修繕拱體一端的卡口a，在右修整拱頭的下剎部位開設一個用于放置修繕拱體另一端的卡口b，修繕拱體的兩端分別與卡口a和卡口b相匹配，從拱口至單材拱端部方向，卡口a和卡口b從拱口延伸至平出未端，從拱頭的前側至后側方向，卡口a貫通左修整拱頭的前后兩側，卡口b貫通右修整拱頭的前后兩側，在修繕拱體的中部開設一條貫通修繕拱體前后兩側的矩形槽，矩形槽的寬度與拱口的寬度相等，矩形槽與上部拱口相對齊，矩形槽與上部拱口的高度之和與拱口的高度相等，在矩形槽的左右兩側的修繕拱體的上表面分別開設一條燕尾卯口a，在左修整拱頭和右修整拱頭的下表面分別開設一條與燕尾卯口a對應設置的燕尾卯口b，與燕尾卯口a和燕尾卯口b組合成的燕尾卯口相匹配銀錠榫插入燕尾卯口內，將左修整拱頭和右修整拱頭固定在修繕拱體的兩端；

在左修整拱頭與右修整拱頭的前后兩側均開設有l(wèi)型卯口a，在左修整拱頭與右修整拱頭相接合的修繕拱體兩端的前后兩側均開設有l(wèi)型卯口b，l型卯口b與l型卯口a對應設置，并拼合成u型卯口，與u型卯口相匹配的u型榫榫接入u型卯口內，將左修整拱頭、右修整拱頭和修繕拱體在左右水平方向拉結為一體。

本發(fā)明所述的卡口a與卡口b的大小相等。

本發(fā)明所述的修繕拱體的截斷面為正方形。

本發(fā)明所述的u型榫由硬雜木制成。

本發(fā)明有益效果是：本專利與現(xiàn)有技術比較：

首先，本專利能夠大大提高古建筑上開口單材拱的整體性，通過銀錠榫穿帶插接可以加強這種單材拱在前后及上下方向的整體強度和柔韌性，科學合理的受力分配可保證拱口處所受剪力最小，大幅度降低了拱口撕裂或折斷的幾率。通過u型榫插接，將單材拱左右兩端部與拱口所在的硬雜木棱柱體在左右水平方向拉結固定，從而加強了拱口處的抗扭轉性能，降低了拱口兩側產(chǎn)生扭轉變形的風險。

其次，這種通過榫卯插接組合的固定方式大大提高了上開口單材拱拱口處的整體性，如遇地震或突發(fā)振動，榫卯的相互擠壓和摩擦能消耗地震能量，減小上開口單材拱結構整體的破壞，水平方向有銀錠榫和u型插榫組合加強整體的拉結力，上下方向可由銀錠榫穿帶和硬雜木棱柱體拉結來抵抗拱口處所受的剪力，從而達到了加強上開口單材拱整體的強度，提高了其抗震性能。

最后，這種加固結構用料較少，加工十分方便，實際加固操作工序較簡單，既節(jié)省原材料，有利于環(huán)保，又大大降低維修施工的勞動強度，且在以后的古建筑斗拱保護修繕過程中，只需將所插接的硬雜木棱柱體、在前后和上下方向穿帶插接的銀錠榫和左右拉結的u型插榫更換即可。

綜上所述，可以反映出，這種榫卯插接組合的方式加固上開口單材拱拱口的處理結構，在保持單材拱拱口結構穩(wěn)定性、耐久性、抗震性以及修繕更換方面的巨大優(yōu)勢，未來具有廣闊的發(fā)展前景。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的爆炸結構示意圖；

圖3為本發(fā)明的安裝結構示意圖；

圖中：1、左修整拱頭，101、卡口a，2、右修整拱頭，201、卡口b，3、修繕拱體，301、矩形槽，4、銀錠榫，5、u型榫，6、上部拱口，7、拱口，8、燕尾卯口a，9、燕尾卯口b，10、l型卯口a，11、l型卯口b，12、平出，13、上留，14、下剎，15、拱眼，16、拱頭。

具體實施方式

如圖2、3所示，一種古建筑上開口單材拱的拱口加固修繕結構，未修繕前的單材拱由兩側的拱頭16，以及拱頭16之間的拱口7組成，在拱頭16上設有拱眼。

修繕后的結構由左修整拱頭1、右修整拱頭2、修繕拱體3、u型榫5和銀錠榫4組成，左修整拱頭1和右修整拱頭2對稱設置，左修整拱頭1和右修整拱頭2之間設有上部拱口6，上部拱口6的寬度與拱口7寬度相等，修繕拱體3為設置左修整拱頭1和右修整拱頭2下方的一條寬度不變的長條型修繕木構件；修繕拱頭3可采用硬雜木鋸成，左修整拱頭1、右修整拱頭2和修繕拱體3拼成的結構與原單材拱的結構尺寸完全相同。

在左修整拱頭1的下剎部位開設一個用于放置修繕拱體3一端的卡口a101，在右修整拱頭2的下剎部位開設一個用于放置修繕拱體3另一端的卡口b201，修繕拱體3的兩端分別與卡口a101和卡口b201相匹配，從拱口至單材拱端部方向，卡口a101和卡口b201從拱口7延伸至平出未端，從拱頭的前側至后側方向，卡口a101貫通左修整拱頭1的前后兩側，卡口b201貫通右修整拱頭2的前后兩側，在修繕拱體3的中部開設一條貫通修繕拱體3前后兩側的矩形槽301，矩形槽301的寬度與拱口7的寬度相等，矩形槽301與上部拱口6相對齊，矩形槽301與上部拱口6的高度之和與拱口7的高度相等，在矩形槽301的左右兩側的修繕拱體3的上表面分別開設一條燕尾卯口a8，在左修整拱頭1和右修整拱頭2的下表面分別開設一條與燕尾卯口a8對應設置的燕尾卯口b9，與燕尾卯口a8和燕尾卯口b9組合成的燕尾卯口相匹配銀錠榫4插入燕尾卯口內，將左修整拱頭1和右修整拱頭2固定在修繕拱體3的兩端；通過銀錠榫穿帶插接可以加強這種上開口單材拱在前后及上下方向的整體強度和柔韌性，原單材拱左右兩端部的自重及其上斗件所承載的荷載會施加在下部所補配的硬雜木棱柱體的兩端，即原單材拱平出部位的末端，這樣可保證拱口處所受剪力最小，大幅度降低了拱口斷裂或折斷的幾率。

在左修整拱頭1與右修整拱頭2的前后兩側均開設有l(wèi)型卯口a10，在左修整拱頭1與右修整拱頭2相接合的修繕拱體3兩端的前后兩側均開設有l(wèi)型卯口b11，l型卯口b11與l型卯口a10對應設置，并拼合成u型卯口，與u型卯口相匹配的u型榫5榫接入u型卯口內，將左修整拱頭1、右修整拱頭2和修繕拱體3在左右水平方向拉結為一體。通過u型榫插接，將單材拱左右兩端部與拱口所在的硬雜木棱柱體在左右水平方向拉結固定，從而加強了拱口處的抗扭轉性能。這種通過榫卯插接組合的固定方式大大提高了上開口單材拱拱口處的整體性，如遇地震或突發(fā)振動，榫卯的相互擠壓和摩擦能消耗地震能量，減小上開口單材拱結構整體的破壞，水平方向有銀錠榫和u型插榫組合加強整體的拉結力，上下方向可由銀錠榫穿帶和硬雜木棱柱體拉結來抵抗拱口處所受的剪力，從而達到了加強上開口單材拱整體的強度。

本發(fā)明所述的卡口a101與卡口b201的大小相等。

本發(fā)明所述的修繕拱體3的截斷面為正方形。

本發(fā)明所述的u型榫5由硬雜木制成。

實施例1

“瓜子拱”古建筑大木作斗拱組件，宋式建筑稱謂，清式建筑稱“瓜拱”。“瓜子拱”只有單材做法，上承瓜子慢拱。在華拱出跳的上端，為五鋪作及其以上出跳的橫向構件，由于“瓜子拱”上與華拱或昂相交，承挑里外延伸的檁枋，在泥道拱與令拱之間，因此，四鋪作以下的斗拱不用此構件?！肮献庸啊背霈F(xiàn)于隋唐時期，元代以后鋪作層每跳均置“瓜子拱”。宋《營造法式》規(guī)定“瓜子拱”長為六十二分，廣十五分，單材做法。

在古建筑修繕工程中，“瓜子拱”由于數(shù)量較多，對于上開口瓜子拱而言其拱口被撕裂或折斷的現(xiàn)象非常普遍，可采用本專利技術進行加固修繕。

加固步驟如下：

①在堅持不改變古建筑原材料及施工工藝原則的基礎上，將批裂或拱口折斷的上開口單材拱沿拱口的左右邊完全鋸開，在被分割開的單材拱左右兩部分沿著截斷面下部高出拱口頂面2cm的位置，各鋸掉一個矩形的木塊，截去部分的長度至單材拱平出部位末端的位置止。

②用干硬性的硬雜木，按照上述單材拱左右兩側被鋸掉的矩形木塊斷面尺寸制作一個正四棱柱的修繕拱體，正四棱柱長度等于此單材拱兩倍的平出之長。在硬雜木四棱柱體的上表面中間位置，按照原單材拱拱口的平面尺寸開一深度為2cm的凹槽，在凹槽左右兩側的棱柱體上表面前后對稱線位置上開通長的燕尾卯口a，再在原單材拱拱口兩側被鋸開的端部下表面開相同的通長燕尾卯口b。然后，用硬雜木制作兩根銀錠插榫，尺寸與上下燕尾卯口相同。通過銀錠插榫穿帶將原單材拱被鋸開的左右兩端部與補配的硬雜木四棱柱體在前后與上下方向牢牢地固定在一起。

③用硬雜木制作四個u型榫，在原單材拱左右兩端部與補配的硬雜木棱柱體結合處開設l型卯口a和l型卯口b，l型卯口a與l型卯口b拼合成的u型卯口與u型榫完全匹配，采用這種u型榫插接入u型卯口內，防止此單材拱左右兩端部與補配的棱柱體在左右水平方向發(fā)生相對位移，并能有效抵抗拱口兩側的扭轉變形。

實施例2

“泥道慢拱”宋式建筑大木作斗拱構件，清式建筑稱“正心萬拱”，位于泥道拱之上，屬慢拱之列，處在檐槽的中線，其上部為柱頭枋，因宋式建筑的斗拱空擋多為土坯封閉，故稱“泥道慢拱”，其長九十二分，拱端四瓣卷剎，單材做法。對于古建筑中上開口的泥道慢拱，其拱口殘損往往較為嚴重，可采用本專利技術方案對其進行加固修繕，具體的加固修繕方法與步驟與實施例1相同。