古民居木结构加固构件及其加固方法与流程

本发明涉及建筑结构加固领域，具体而言，涉及一种古民居木结构加固构件及其加固方法。

背景技术：

中国古民居中，大部分为木结构承重。古民居是历史文化发展的重要体现，与宫殿、宗庙建筑相比，古民居的保护状态令人堪忧。一部分原因在于古民居中的木构件很少做“一步四灰”或油漆彩绘的外层保护，木结构抵抗老化和各种破坏的能力相对较差。此外，木结构在承受长期荷载的作用下，木材本身的性能下降更为明显，最终导致不同类型的破坏产生。木结构常见的破坏类型有：开裂、腐朽、变形、拔榫、虫蛀等。

榫卯连接是古建筑木结构中梁、柱连接的主要形式。但由于木材存在徐变大、弹性模量低、易老化变形等缺点，在外力如地震或风荷载等作用下或在自然作用如雨雪侵蚀或微生物的破坏下，木结构容易产生各种破坏，其中最为严重的破坏形式之一为拔榫。拔榫使两端有效支撑面积减小，且榫卯节点由原来的半刚性状态转变为易于旋转的铰接状态，不仅使节点本身的抗弯、抗剪、抗扭转能力降低，还使得结构整体稳定性受到影响，很可能产生倾斜破坏。因此，对于拔榫的梁柱节点应当及时进行维护加固。

常用的对古建筑的榫卯节点进行加固的方法主要有：(1)用扁钢沿着梁柱截面握裹住已拔榫的梁和柱，然后用木钉将扁钢固定在梁和柱构件上；(2)用马口钉直接将榫卯节点固定；(3)用角钢或短木桩对拔榫的部位进行附加支撑。

但上述方法存在如下问题：(1)影响梁柱节点外观；(2)对木结构本身有破坏作用，如采用铁定加固构件与木梁柱固定，易造成木构件铁定位置开裂或强度降低等问题；(3)工艺复杂，加固构件数量多，如采用木钉加固构件时，为满足抗剪要求，对木钉的截面尺寸、长度及数量有着严格的要求，因而制作工艺较为复杂，数量也较多；(4)不利于检修，对于某些铁质加固构件，经过长时间暴露于空气中会产生锈蚀问题，却因为已固定在木构件上不易更换，造成加固效果下降甚至带来安全隐患。

针对上述技术问题，一些已公开的发明或实用新型提出了一些解决方案。

公开号为CN201439645 U的实用新型中公开了一种用于古建筑木结构中间跨榫卯节点的加固装置。该加固装置包括一个用于套住、固定古建筑柱的包覆件一和两个或两个以上用于套住、固定古建筑梁的包覆件二，包覆件一与包覆件二由连接件固定连接，包覆件一包括由两个能对称扣合锁固在主表面的扁钢件，包覆件二包括两个能对称扣合锁固在梁表面的扁钢卯与扁钢榫。该加固构件具有对古建筑木结构没有破坏、工艺相对简单、易于检修和更换。但在该实用新型中，由于梁柱之间节点连接的加强，使梁柱节点刚度变大，由原有的半刚性节点变化为刚性节点，因此在荷载作用下，木结构各个构件的内里重新分布，造成了部分未加强的木构件承受的荷载增加，可能在长期荷载作用下或在地震、风载作用下遭到破坏。此外，将包覆件固定在古建筑梁或柱上的连接件仍然需要使用多个螺丝配合固定，安装使用并不方便。

公开号为CN104775528 A的发明专利申请中公开了一种装配式半刚式木结构节点。该节点包括构件一、构件二、承弯连接件、抗剪连接件、装配件、钢垫板以及连接螺栓，构件一位木构件，承弯连接件和抗剪连接件采用植钢板方式固定于构件一端部，承弯连接件、抗剪连接件均为T形钢，其植入木构件部分表面硫化有橡胶层，构件一端部在植钢板部位预开槽，承弯连接件和抗剪连接件通过连接螺栓与装配件连接；构件一的端部可与构件二的侧面、端部相连，或者与混凝土基础相连。这种装配式半刚式木结构节点，具有较高的抗弯能力、节点刚度、耗能能力和延性能力，既能保证在小震下结构稳定，又能实现大震下结构出现大变形并控制结构损伤。但这种结构，使用时采用螺栓将加固件固定在木结构上，对木结构本身造成破坏，且安装步骤较为繁琐。

现有的用于古民居木结构加固构件以及加固方法存在梁柱节点的刚度过大或加固构件对木构件本身造成破坏，以及安装步骤较为繁琐的问题。一种用以解决上述问题的古民居木结构加固构件及加固方法亟待出现。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题为现有的用于古民居木结构加固构件以及加固方法存在梁柱节点的刚度过大或加固构件对木构件本身造成破坏，以及安装步骤较为繁琐。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种古民居木结构加固构件，该加固构件用于加固古民居木结构中木柱与木梁连接的节点。该加固构件，包括连接座与连接板。连接板通过木梁固定件固定在木梁的侧表面。连接座包括筒部和支座连接部。筒部由两块以上的壳体单元环绕木柱彼此拼接而成，并通过两个以上的木柱固定件固定在木柱的侧面。筒部与木梁邻接的壳体单元的外表面设置有支座连接部。

支座连接部包括两个侧板和第一插接板、第二插接板。两个侧板形状相同，均为直角梯形，二者平行设置且位于同一高度。两个侧板的长底边端分别与筒部的壳体单元连接，两个侧板的短底边端分别与第一插接板的两个侧边相连。第二插接板的两个侧边分别与两个侧板内表面的直角梯形的中位线位置连接，且与第一插接板平行设置。第一插接板上设置有第一插槽孔和第二插槽孔；第二插接板上设置有第三插槽孔和第四插槽孔。第一插槽孔和第二插槽孔均为竖向设置的槽孔，且槽孔上均设置有第一定位槽和第二定位槽。第三插槽孔和第四插槽孔均为竖向设置的槽孔，且槽孔上均设置有第三定位槽和第四定位槽。第一插接板上的第一插槽孔与第二插接板上的第三插槽孔形状相同且彼此对齐；第一插接板上的第二插槽孔与第二插接板上的第四插槽孔形状相同且彼此对齐。

连接板上设置有导向条。连接板包括左连接板和右连接板，左连接板以及右连接板的两端中，一端为插接端，另一端为固定端。左连接板以及右连接板的固定端和分别由两个以上的木梁固定件固定在木梁的两个侧面；左连接板以及右连接板的插接端用来和连接座连接。左连接板和右连接板的插接端上分别设置有导向条，导向条包括第一导向条，第二导向条，第三导向条和第四导向条。第一导向条，第二导向条，第三导向条和第四导向条中指向插接端的一端称为第一端，背离插接端的一端称为第二端。第一导向条、第二导向条、第三导向条和第四导向条均为水平设置。第一导向条与第二导向条同时位于左连接板或右连接板的一侧表面，且二者高度相同，沿连接板的轴线方向自插接端依次排列；第三导向条与第四导向条同时位于左连接板或右连接板的另一侧表面，且二者高度相同，沿连接板的轴线方向自插接端依次排列。第一导向条的第二端与第二导向条的第一端之间的间距略大于第二插接板的厚度；第三导向条的第二端与第四导向条的第一端之间的间距略大于第二插接板的厚度。第三导向条以及第四导向条的长度略小于第一插接板与第二插接板之间的间距。

左连接板的第一导向条和第二导向条的断面形状与第一插接板中第一插接槽孔中的第一定位槽形状匹配。左连接板的第三导向条和第四导向条的断面形状均第一插接板中第一插接槽孔中的第二定位槽形状匹配。右连接板的第一导向条和第二导向条与第一插接板中第二插接槽孔中的第一定位槽截面形状以及位置均匹配；右连接板的第三导向条和第四导向条与第一插接板中第二插接槽孔中的第二定位槽截面形状以及位置均匹配。第一插接板中第一插接槽孔的宽度略大于左连接板的厚度，第一插接槽孔的高度大于左连接板的宽度，且第一插接槽孔中的第一定位槽距离第一插接槽孔顶端的距离略大于第一导向条距离左连接板顶端的距离；第一插接板中第二插接槽孔的宽度略大于右连接板的厚度，第一插接槽孔的高度大于右连接板的宽度，且第二插接槽孔中的第一定位槽距离第一插接槽孔顶端的距离略大于第一导向条距离右连接板顶端的距离。第二插接板上第三插接槽孔的形状以及位置与第一插接槽孔完全相同，以便左连接板能在导向条的引导下，依次穿过第一插接槽孔和第三插接槽孔。第二插接板上第四插接槽孔的形状以及位置与第二插接槽孔完全相同，以便右连接板能在导向条的引导下，依次穿过第二插接槽孔和第四插接槽孔。由于第一插接槽孔、第二插接槽孔、第三插接槽孔、第四插接槽孔的高度均大于对应的左连接板和右连接板的宽度，因此当左连接板和右连接板插接到位后，由于导向条在第二插接板处中断，在重力作用下，左连接板和右连接板分别沿第一插接槽孔、第三插接槽孔以及第二插接槽孔、第四插接槽孔下沉直至到达第一插接槽孔、第三插接槽孔以及第二插接槽孔、第四插接槽孔的底部，此时导向条与对应的第一定位槽、第二定位槽、第三定位槽以及第四定位槽错位，导向条形成了卡接条，限制连接板的移动，防止其从连接座中拔出。

这种加固构件，使木梁与木柱之间连接为半刚性连接，在荷载作用下，对木结构各个构件的内力重新分布影响小，在地震、风载作用下耗能性能好。

根据本发明的古民居木结构加固构件，在第一插接板、第二插接板以及左连接板、右连接板围城的区域设置弹性卡接件，防止左连接板、右连接板在外力作用下向上蹿动从连接座中拔出。且该弹性卡接件的设置也能吸收节点处能量，有利于提高木结构的抗震性能。

根据本发明的古民居木结构加固构件，在连接板上设置弹片。弹片位于连接板上第一导向条第二端与第三导向条第二端纵向连线的中部；或/和弹片位于连接板上第二导向条第二端与第四导向条第二端纵向连线的中部。连接板穿入连接座的第一插接板、第二插接板后，弹片由连接板弹出，防止连接板从连接座中拔出。

根据本发明的古民居木结构加固构件，连接座的支座连接部在上部和底部设置防尘盖，减少环境因素如对节点构件的影响。为了便于检查维护，防尘盖与支座连接部为可拆卸连接。

根据本发明的古民居木结构加固构件，其加固方法包括以下步骤：

步骤一、对木柱、木梁的待加固端表面进行清洁处理，粘结包覆碳纤维加强层。

步骤二、拼接连接座，将连接座筒部的各个壳体单元环绕木柱彼此拼接，并通过两个以上的木柱固定件固定在木柱的侧面；连接板的固定端通过两个以上的木梁固定件固定在木梁的侧表面。

步骤三、将左连接板、右连接板依次插入第一插接板和第二插接板，在导向条的引导下，左连接板依次穿过第一插接板的第一插接槽孔和第二插接板的第三插接槽孔，右连接板依次穿过第一插接板的第二插接槽孔和第二插接板的第四插接槽孔。当左连接板和右连接板插接到位后，在重力作用下或人为施加向下的荷载，使左连接板和右连接板分别沿第一插接槽孔、第三插接槽孔以及第二插接槽孔、第四插接槽孔下沉直至到达第一插接槽孔、第三插接槽孔以及第二插接槽孔、第四插接槽孔的底部，以便导向条与对应的第一定位槽、第二定位槽、第三定位槽以及第四定位槽错位，导向条形成了卡接条，限制连接板的移动，防止其从连接座中拔出。

步骤四、在第一插接板、第二插接板以及左连接板、右连接板围城的区域插入弹性卡接件，防止左连接板、右连接板在外力作用下向上蹿动。

步骤五、在连接座的支座连接部的上部和底部设置可拆卸的防尘盖。

由此可见，上述加固方法操作简单，加固效果好且对木结构本身破坏较小。

附图说明

图1所示为根据本发明的古民居木结构加固构件的横向剖视图；

图2所示为根据本发明的古民居木结构加固构件的左侧视图；

图3所示为根据本发明的古民居木结构加固构件的正视图；

图4所示为根据本发明的古民居木结构加固构件中连接座与连接板的透视图；

图5所示为根据本发明的古民居木结构加固构件中连接座的第一插板与第二插板的示意图；

图6A所示为根据本发明的古民居木结构加固构件中左连接板的正视图；

图6B所示为根据本发明的古民居木结构加固构件中左连接板的左侧视图；

图7A所示为根据本发明的古民居木结构加固构件中右连接板的正视图；

图7B所示为根据本发明的古民居木结构加固构件中右连接板的右侧视图；

图8所示为根据本发明的古民居木结构加固构件中左连接板与第一插接板、第二插接板配合连接示意图；

图9所示为根据本发明的古民居木结构加固构件中另一种形式的连接板的示意图。

图中，

1——木柱；

2——木梁；

3——碳纤维加强层；

4——连接座；

5——连接板；

6——木柱固定件；

7——木梁固定件；

8——弹性卡接件；

9——导向条；

10——弹片；

11——第一插接槽孔；

12——第二插接槽孔；

13——第一定位槽；

14——第二定位槽；

21——第三插接槽孔；

22——第四插接槽孔；

23——第三定位槽；

24——第四定位槽；

41——侧板；

42——第一插接板；

43——第二插接板；

51——左连接板；

52——右连接板；

9a——第一导向条；

9b——第二导向条；

9c——第三导向条；

9d——第四导向条。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述。

实施例一

一种古民居木结构加固构件，该加固构件用于加固古民居木结构中木柱1与木梁2连接的节点。如图1-3所示，该加固构件，包括连接座4与连接板5。连接板5通过木梁固定件7固定在木梁2的侧表面。连接座4包括筒部和支座连接部。筒部由两块以上的壳体单元环绕木柱1彼此拼接而成，并通过两个以上的木柱固定件6固定在木柱1的侧面。筒部与木梁2邻接的壳体单元的外表面设置有支座连接部。

如图4、图5所示，支座连接部包括两个侧板41和第一插接板42、第二插接板43。两个侧板41形状相同，均为直角梯形，二者平行设置且位于同一高度。两个侧板41的长底边端分别与筒部的壳体单元连接，两个侧板41的短底边端分别与第一插接板42的两个侧边相连。第二插接板43的两个侧边分别与两个侧板41内表面的直角梯形的中位线位置连接，且与第一插接板42平行设置。第一插接板42上设置有第一插槽孔11和第二插槽孔12；第二插接板43上设置有第三插槽孔21和第四插槽孔22。第一插槽孔11和第二插槽孔12均为竖向设置的槽孔，且槽孔上均设置有第一定位槽13和第二定位槽14。第三插槽孔21和第四插槽孔22均为竖向设置的槽孔，且槽孔上均设置有第三定位槽23和第四定位槽24。第一插接板42上的第一插槽孔11与第二插接板43上的第三插槽孔21形状相同且彼此对齐；第一插接板42上的第二插槽孔21与第二插接板43上的第四插槽孔22形状相同且彼此对齐。

如图5-图7B所示，连接板5上设置有导向条9。连接板5包括左连接板51和右连接板52，左连接板51以及右连接板52的两端中，一端为插接端，另一端为固定端。左连接板51以及右连接板52的固定端和分别由两个以上的木梁固定件7固定在木梁2的两个侧面；左连接板51以及右连接板52的插接端用来和连接座4连接。左连接板51和右连接板52的插接端上分别设置有导向条9，导向条9包括第一导向条9a，第二导向条9b，第三导向条9c和第四导向条9d。第一导向条9a，第二导向条9b，第三导向条9c和第四导向条9d中指向插接端的一端称为第一端，背离插接端的一端称为第二端。第一导向条9a，第二导向条9b，第三导向条9c和第四导向条9d均为水平设置。第一导向条9a与第二导向条9b同时位于左连接板51或右连接板52的一侧表面，且二者高度相同，沿连接板5的轴线方向自插接端依次排列；第三导向条9c与第四导向条9d同时位于左连接板51或右连接板52的另一侧表面，且二者高度相同，沿连接板5的轴线方向自插接端依次排列。第一导向条9a的第二端与第二导向条9b的第一端之间的间距D1略大于第二插接板43的厚度；第三导向条9c的第二端与第四导向条9d的第一端之间的间距D2略大于第二插接板43的厚度。第三导向条9c以及第四导向条9d的长度略小于第一插接板42与第二插接板43之间的间距。

如图4、图5以及图8所示，左连接板51的第一导向条9a和第二导向条9b的断面形状与第一插接板42中第一插接槽孔11中的第一定位槽13形状匹配。左连接板51的第三导向条9c和第四导向条9d的断面形状均第一插接板42中第一插接槽孔11中的第二定位槽14形状匹配。右连接板52的第一导向条9a和第二导向条9b与第一插接板42中第二插接槽孔12中的第一定位槽13截面形状以及位置均匹配；右连接板52的第三导向条9c和第四导向条9d与第一插接板42中第二插接槽孔12中的第二定位槽14截面形状以及位置均匹配。第一插接板42中第一插接槽孔11的宽度略大于左连接板51的厚度，第一插接槽孔11的高度大于左连接板51的宽度，且第一插接槽孔11中的第一定位槽13距离第一插接槽孔11顶端的距离略大于第一导向条9a距离左连接板51顶端的距离；第一插接板42中第二插接槽孔12的宽度略大于右连接板52的厚度，第一插接槽孔11的高度大于右连接板52的宽度，且第二插接槽孔12中的第一定位槽13距离第一插接槽孔11顶端的距离略大于第一导向条9a距离右连接板52顶端的距离。第二插接板43上第三插接槽孔21的形状以及位置与第一插接槽孔11完全相同，以便左连接板51能在导向条9的引导下，依次穿过第一插接槽孔11和第三插接槽孔21。第二插接板43上第四插接槽孔22的形状以及位置与第二插接槽孔12完全相同，以便右连接板52能在导向条9的引导下，依次穿过第二插接槽孔12和第四插接槽孔22。由于第一插接槽孔11、第二插接槽孔12、第三插接槽孔21、第四插接槽孔22的高度均大于对应的左连接板51和右连接板52的宽度，因此当左连接板51和右连接板52插接到位后，由于导向条9在第二插接板43处中断，在重力作用下，左连接板51和右连接板52分别沿第一插接槽孔11、第三插接槽孔21以及第二插接槽孔12、第四插接槽孔22下沉直至到达第一插接槽孔11、第三插接槽孔21以及第二插接槽孔12、第四插接槽孔22的底部，此时导向条9与对应的第一定位槽13、第二定位槽14、第三定位槽23以及第四定位槽24错位，导向条9形成了卡接条，限制连接板5的移动，防止其从连接座4中拔出。

这种加固构件，使木梁与木柱之间连接为半刚性连接，在荷载作用下，对木结构各个构件的内力重新分布影响小，在地震、风载作用下耗能性能好。

实施例二

如图1所示，一种古民居木结构加固构件，其结构与实施例一中相同。在此基础上，在第一插接板42、第二插接板43以及左连接板51、右连接板52围城的区域设置弹性卡接件8，防止左连接板51、右连接板52在外力作用下向上蹿动从连接座4中拔出。且该弹性卡接件8的设置也能吸收节点处能量，有利于提高木结构的抗震性能。

实施例三

一种古民居木结构加固构件，其结构同实施例一或实施例二。如图9所示，在连接板5上设有弹片10。弹片10位于连接板5上第一导向条9a第二端与第三导向条9c第二端纵向连线的中部；或/和弹片10位于连接板5上第二导向条9b第二端与第四导向条9d第二端纵向连线的中部。连接板5穿入连接座4的第一插接板42、第二插接板43后，弹片10由连接板5弹出，防止连接板5从连接座4中拔出。

实施例四

一种古民居木结构加固构件，其结构同实施例一或实施例二或实施例三，连接座4的支座连接部可以在上部和底部设置防尘盖，减少环境因素如对节点构件的影响。为了便于检查维护，防尘盖与支座连接部为可拆卸连接。

实施例五

一种如实施例一至四中任一古民居木结构加固构件的加固方法包括以下步骤：

步骤一、对木柱1、木梁2的待加固端表面进行清洁处理，粘结包覆碳纤维加强层3。

步骤二、拼接连接座4，将连接座筒部的各个壳体单元环绕木柱1彼此拼接，并通过两个以上的木柱固定件6固定在木柱1的侧面；连接板5的固定端通过两个以上的木梁固定件7固定在木梁2的侧表面。

步骤三、将左连接板51、右连接板52依次插入第一插接板42和第二插接板43，在导向条9的引导下，左连接板51依次穿过第一插接板42的第一插接槽孔11和第二插接板43的第三插接槽孔21，右连接板52依次穿过第一插接板42的第二插接槽孔12和第二插接板43的第四插接槽孔22。当左连接板51和右连接板52插接到位后，在重力作用下或人为施加向下的荷载，使左连接板51和右连接板52分别沿第一插接槽孔11、第三插接槽孔21以及第二插接槽孔12、第四插接槽孔22下沉直至到达第一插接槽孔11、第三插接槽孔21以及第二插接槽孔12、第四插接槽孔22的底部，以便导向条9与对应的第一定位槽13、第二定位槽14、第三定位槽23以及第四定位槽24错位，导向条9形成了卡接条，限制连接板5的移动，防止其从连接座4中拔出。

步骤四、在第一插接板42、第二插接板43以及左连接板51、右连接板52围城的区域插入弹性卡接件8，防止左连接板51、右连接板52在外力作用下向上蹿动。

步骤五、在连接座4的支座连接部的上部和底部设置可拆卸的防尘盖。

由此可见，上述加固方法操作简单，加固效果好且对木结构本身破坏较小。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换或改进等，均包含在本发明的保护范围之内。