一种对古建筑斜搭掌式椽子与檩节点进行加固修缮的方法与流程

本发明属于古建筑屋面木结构层的保护修缮，具体说的是一种对古建筑斜搭掌式椽子与檩节点进行加固修缮的方法。

背景技术：

椽子属古建筑大木构件，处在梁架中的檩与望板之间，架于上下檩与桁之上，按一定顺序，或正角或斜角排列。其断面有圆形和方形两种。依其所在位置，“椽”有不同的称谓，如：檐椽、脑椽、花架椽等。根据研究，椽子早在“构木为巢”的时代就已经使用，但当时由于屋面为直面，所以，“椽子”实际起的是檩子的作用，汉代的跌落式屋顶，表明汉代有了多段的“椽子”；南北朝的曲面屋顶，导致了“椽子”的多样化。在封建社会，“椽子”的制作有着严格的等级制度，如《国语》曾记载：天子的宫室“椽子”不但要磨光，还要有纹理；诸侯房屋上的“椽子”只能磨光；士大夫房屋上的“椽子”只要砍圆就行。总之，构成古建筑木构架的构件除了梁、柱、枋、檩之外，还有屋面的椽子、望板等木基层及其附属构件。古建筑椽子的排列形式可分为：乱搭头与斜搭掌两类；乱搭头是指椽头与椽头之间平行依靠，斜向交错。斜搭掌是指将脊步、金步与檐部等各步椽头，根据举折尺度锯成斜面，钉椽时使之上下重叠相交，并用椽钉加固（如图1所示）。

古建筑屋面木基层是指木椽子与其上承的木望板之间所形成的结构层，它对古建筑屋面的健康起着举足轻重的作用。由于古建筑屋架为木结构，若屋面木基层糟朽或破损，必会导致屋面灰背层开裂、屋顶漏雨，造成屋架体系糟朽腐烂，进而影响整个建筑木构架的受力强度。古建筑的屋面是个复杂的结构体系，椽子承受由望板传递来的屋面荷载，并将这些荷载均匀地传递给檩条，其中椽子是否具备足够的强度和承载能力，并能有效地将屋面荷载均匀地传递给桁檩是考察古建筑屋面承重体系的一个重要指标。由此可见，椽子就是古建筑屋面结构层的坚强“卫士”。椽子作为屋面木基层的构件之一，直接与灰背层中的灰泥接触，年长日久，屋面渗漏会造成望板和椽子的糟朽；所以，椽子的加固是古建筑木结构修缮工程中经常遇到的问题。

目前，我国在古建筑屋面木基层的保护修缮工程中，对于斜搭掌式椽子糟朽腐烂严重，需要更换新件时，在椽头与檩节点处所采取的修缮加固措施是：拆除屋面的瓦件，铲掉屋面泥背层，揭去望板，拆掉糟朽的椽子，更换新件。在更换时，先将新更换椽子的椽头根据屋面举折尺度锯成斜面，再将屋面上下跨椽头的斜面与斜面进行搭接即为斜搭掌，在斜搭掌式椽头与檩节点处将椽头斜面上下搭接相交，并用铁钉将椽头与檩钉固在一起，以防止椽头在上下和左右方向产生位移。但是，这种传统的修缮措施会带来以下弊端：首先，这种利用铁钉固定的措施虽然在短期内刚度较强，但其节点处的柔韧性、抗扭转能力不足；如遇地基不均匀沉降或地面震动容易造成铁钉与椽子、檩条之间连接部位的松动，导致加固作用失效，从而使斜搭掌式椽头与檩节点的安全性仍受到威胁。另外，铁钉长期暴露在空气中，由于氧化作用产生锈蚀，必然会导致铁钉强度削弱，节点刚度降低，从而造成椽头在节点处松脱移位。其次，铁件加固节点时，改变了古建筑木结构的原材料及施工工艺，且铁钉加固斜搭掌椽头与檩节点是通过“钉入”的方式达到加固的目的，这种不可逆的加固修缮技术不仅不利于椽子的检修或更换，也不利于古建筑屋面木结构基层的保护。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种对古建筑斜搭掌式椽子与檩节点进行加固修缮的方法，在不改变原材料及施工工艺的基础上，对古建筑屋面结构层中斜搭掌式木椽子与檩节点处的加固修缮结构。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种对古建筑斜搭掌式椽子与檩节点进行加固修缮的方法，包括以下步骤：

步骤一、拆掉糟朽的椽子进行更换，将椽子的椽头根据屋面举折尺度并按檩节点位置锯成斜面，分为上跨椽子和下跨椽子，在上跨椽子的椽头斜面上刻勾连搭掌凸榫，在下跨椽子的椽头斜面上刻与勾连搭掌凸榫相匹配的勾连搭掌卯口；

步骤二、在椽子与檩节点处的檩条上刻贯通檩条首尾端的燕尾卯口，用硬杂木制作一根通长的引条，引条下部为燕尾状，引条下部的形状与檩条上的燕尾卯口相同，引条上部为矩形；将引条下部插入檩的燕尾卯口中，使引条固定在檩条上；同时，在下跨椽子的椽头与檩条的接触面上刻与引条上部相配合的矩形卯口，将下跨椽子通过矩形卯口卡接在引条上，当下跨椽子卡接到引条上后，在贴着下跨椽子左右两侧的引条立面上各凿一个圆通孔，再用硬杂木制作两根与圆通孔相匹配的圆形插榫，圆形插榫的长度长于圆通孔深度15-25mm，将圆形插榫插入圆孔孔内对下跨椽子进行夹紧；

步骤三、在上跨椽子椽头刻贯通顶面与斜面的矩形卯口a，在下跨椽子椽头斜面与上跨椽头斜面相对应的位置处刻矩形卯口b，矩形卯口b与矩形卯口a的尺寸相同，在利用硬杂木制作一根与矩形卯口a和矩形卯口b拼合形状相同的矩形插榫，将上跨椽头和下跨椽头通过勾连搭掌凸榫和勾连搭掌卯口固定在一起，再通过矩形插榫将上、下跨椽头插接固定，完成对古建筑斜搭掌式椽子与檩节点进行加固修缮。

本发明所述的新更换的椽子用槐树木或榆树木制作。

本发明有益效果是：

首先，本专利能够在坚持采用原有的材料和施工工艺的原则基础上，利用勾连搭掌榫卯接、暗榫栽销和矩形榫插接三者相结合的加固修缮措施，提高了屋面木基层中椽子与檩节点部位的抗剪强度、柔韧性及抗扭转性能，进而提高了古建筑屋面木基层的整体结构强度，可以大大降低屋面残损的几率，减少屋面维修次数。

其次，本专利采用传统的木质材料，通过勾连搭掌榫卯接、矩形插榫插接、引条榫卡接以及圆榫插接组合固定的结构体系，有效地解决了斜搭掌式椽子与檩节点处的加固修缮，实际操作工序也较简单，又有利于环保，且在古建筑屋面保护修缮过程中，既能够传承传统的材料做法，同时又具有工程技术上的可逆性，再次维修时只需将所有的榫卯插件更换即可。

因此，本专利在古建筑屋面木基层加固维修工程方面具有巨大优势，它符合文物修缮原则，具有科学性和规范性，且经济实用，未来将会有广阔的发展前景。

附图说明

图1为古建筑乱斜搭掌式椽子与檩搭接示意图；

图2为本发明的爆炸示意图；

图3为本发明修复后的椽子与檩节点结构示意图；

图中：1、椽子，2、檩，3、上跨椽子，4、下跨椽子，5、勾连搭掌凸榫，6、勾连搭掌卯口，7、燕尾卯口，8、引条，9、矩形卯口，10、圆通孔，11、圆形插榫，12、矩形卯口a，13、矩形卯口b，14、矩形插榫，15、铁钉。

具体实施方式

一种对古建筑斜搭掌式椽子与檩节点进行加固修缮的方法，包括以下步骤：

（a）在坚持不改变古建筑原材料及施工工艺原则的基础上，确定屋面椽子残损范围，拆除屋面的瓦件，铲掉屋面破损的泥背层，揭去望板，拆掉糟朽的椽子，以待更换新件。新更换的椽子用槐树木或榆树木制作，将椽子的椽头根据屋面举折尺度并按檩节点位置锯成斜面，分为上跨椽子和下跨椽子，在上跨椽子的椽头斜面上刻勾连搭掌凸榫，在下跨椽子的椽头斜面上刻与勾连搭掌凸榫相匹配的勾连搭掌卯口。

（b）在椽子与檩节点处的檩条上刻贯通檩条首尾端的燕尾卯口，用硬杂木制作一根通长的引条，引条下部为燕尾状，燕尾状部位的尺寸与檩条上的燕尾卯口相同，引条上部为矩形；将引条下部插入檩的燕尾卯口中，使引条固定在檩上；同时，在下跨椽子的椽头与檩条的接触面上刻与引条上部相同尺寸的矩形卯口，将下跨椽子通过矩形卯口卡接在引条上，从而使下跨椽子与檩固定在一起。当下跨椽子卡接到引条上后，在贴着下跨椽子左右两侧的引条立面上各凿一个圆通孔，即两个圆通孔的内边缘之间的距离与椽子的宽度一致，再用硬杂木制作两根与圆通孔相匹配的的圆形插榫，且圆插榫长度超出孔深度约15-25mm，将圆形插榫插入圆孔孔内对下跨椽子进行夹紧；通过这种引条卡接和圆榫插接可以阻止椽子在前后、左右方向产生位移，加强了节点处的柔韧性和抗扭转性能。

（c）在上跨椽子椽头刻贯通顶面与斜面的矩形卯口a，在下跨椽子椽头斜面与上跨椽头斜面相对应的位置处刻矩形卯口b，矩形卯口b与矩形卯口a的尺寸相同，在利用硬杂木制作一根与矩形卯口形状尺寸相同的矩形插榫，通过矩形插榫将上下跨椽头插接固定（如图2所示）。

（d）首先，在椽头与檩节点处将上跨椽头和下跨橼头斜面利用勾连搭掌榫卯接使两椽头上下搭接相交，勾连搭掌榫贯通上下椽头斜面，使两椽头紧密地固定在一起，既满足了节点整体刚度的要求，又提高了节点处上下方向的抗剪性能，同时还可以有效阻止上下跨椽头在左右和上下方向产生相对位移。

然后，再将下跨椽头通过矩形卯口与檩上的引条卡接在一起，这种引条卡接结构将下跨椽头与檩条固定，同时，椽头两侧利用圆形插榫与引条插接；可以有效防止下跨椽头与檩条在左右和上下方向产生位移，并且可以加强节点处的柔韧性和抗扭转性能。

最后，在上、下跨椽椽头的上顶面利用矩形插榫将上下椽头插接，可以阻止上、下跨椽椽头在前后方向产生位移，进一步增强椽子与檩节点处结构的整体稳定性。

综上所述，这种勾连搭掌榫卯接、矩形榫插接和引条卡接以及圆榫插接相结合的加固修缮措施，既能在上下方向加强椽子与檩节点部位的抗剪性能，同时，又能在左右和前后方向避免椽头与檩在节点处产生位移，并提高了节点处结构的整体柔韧性和抗扭转性能；如遇地震或突发振动，榫头与卯口的相互挤压和摩擦能消耗地震能量，减小对屋面木基层结构整体的破坏。

实施例1

古建筑屋面由于年长日久，风吹雨淋等因素，极易发生瓦件破损、移位和灰背层开裂，从而导致出现屋面漏雨，木望板腐烂，椽子糟朽的现象。如果椽子糟朽严重，不能满足其承载力要求的情况，必须更换新件，对于所有斜搭掌式椽子与檩节点的加固修缮均可采用本专利技术。

（a）所有斜搭掌式椽子与檩的节点处，如：上金檩、中金檩、下金檩等与椽子搭接处，如果椽子糟朽严重需更换新件时，先确定糟朽腐烂的范围，将此范围内的屋面瓦件揭去，铲掉相应的屋面灰背，揭开此处木望板，拆掉糟朽的椽子，以待更换新件。新更换的椽子用槐树木或榆树木制作，将椽子的椽头根据屋面举折尺度锯成斜面，矩后的下跨椽子的下表面要正好在檩正上方，在上跨椽子的椽头斜面上刻勾连搭掌凸榫，在下跨椽子的椽头斜面上刻相同尺寸的勾连搭掌卯口。

（b）在椽子与檩节点处的檩条上刻燕尾卯口，用硬杂木制作一根通长的引条，引条下部为燕尾状，尺寸与檩条上的燕尾卯口相同，引条上部为矩形；将引条下部插入檩燕尾卯口中，使引条固定在檩上；同时，在下跨椽子的椽头与檩条的接触面上刻相同尺寸的矩形卯口，将下跨椽子通过矩形卯口卡接在引条上，从而使下跨椽子与檩固定在一起。当下跨椽子卡接到引条上后，在椽子左右两侧的引条立面上各凿一个直径为20mm的圆通孔，再用硬杂木制作两根直径为20mm的圆形插榫，将圆插榫插入孔洞中，且圆插榫长度超出孔深度约20mm；通过这种引条卡接和圆榫插接可以阻止椽子在前后、左右方向产生位移，加强了节点处的柔韧性和抗扭转性能。

（c）在上跨椽子椽头的顶面刻矩形卯口a，在下跨椽子椽头斜面与上跨椽头卯口相对应的位置处也刻尺寸相同的矩形卯口b，在利用硬杂木制作一根与矩形卯口a和矩形卯口b拼合后的形状尺寸相同的矩形插榫，通过矩形插榫将上下跨椽头插接固定。

（d）在椽头与檩节点处将椽头斜面利用勾连搭掌榫卯接使两椽头上下搭接相交，勾连搭掌榫贯通上下椽头斜面，使两椽头紧密地固定在一起，将下跨椽头通过矩形卯口与檩上的引条卡接在一起，这种引条卡接结构将下跨椽头与檩条固定，在上跨椽头的上顶面利用矩形插榫将上下椽头插接，完成对古建筑斜搭掌式椽子与檩节点进行加固修缮。