CN107119918A - 一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构 - Google Patents

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Abstract

一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，包括卯接入檐柱的单额枋和垫木，檐柱的一侧开设有相连通的燕尾卯口和直榫卯口，单额枋由单额枋身和单额回肩部组成，单额枋身凿刻勾头搭掌榫A，单额回肩部凿刻与勾头搭掌榫A榫接的勾头搭掌榫B，单额回肩部的另一端设有燕尾榫，燕尾榫卯接入燕尾卯口内，垫木的一端开设有卯接入直榫卯口内的直榫，开设一条穿通单额枋身、单额回肩部的卯口A，在卯口A内卯接入插榫A，开设一条穿通檐柱、直榫的卯口B，在卯口B内卯接入插榫B。在不改变原材料及施工工艺的基础上，能够大大提高古建筑单额枋与檐柱节点的整体稳定性、抗扭转、抗剪性能和抗震性能，可以降低单额枋因拔榫而破坏的几率，减少维修次数。

Description

一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构
技术领域
本发明属于古建筑木构架体系中柱与枋节点的保护修缮，具体说的是一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构。
背景技术
在古建大木构架中，水平构件与垂直构件相交的节点很多，最常见的有柱与梁、柱与枋、山柱与排山梁架、抱头梁、挑尖梁、穿插枋及单、双步梁与金柱相交部位等。目前，在古建筑大木构架的保护修缮过程中，柱与枋节点处拔榫、榫头破坏的现象非常突出，尤其是在古建筑檐柱与单额枋节点处。
“檐柱”古建筑大木作柱子称谓。《清式营造则例》称之为“承支屋檐之柱”。“檐柱”处在单体建筑的最外四周，是构成古建筑围护结构的基本构件，也是构成屋顶梁架的前端构件。宋《营造法式》分为副阶檐柱和殿身檐柱，早期柱子上有卷刹，明清柱子没有卷刹，是区别早期建筑的重要特征。宋《营造法式》和清工部《工程做法》对“檐柱”的制作有具体的规定，如清大式“檐柱”高为60斗口，直径6斗口。
单额枋为清式建筑大木作构件，位于檐柱柱头之间，是连接檐柱的额枋，为横向拉拽构件。此构件只是在檐柱之间，既不使用小额枋，也不设置由额垫板，独立存在时，才称之为“单额枋”。其长按面阔确定，但稍间应加二分之一柱径，高厚约同柱径。
“单额枋”与“檐柱”的连接多采用燕尾榫回肩拉结形式（如图1所示）。“燕尾榫”因其榫头形同燕尾而得名，其外大里小，故又称“大头榫”，多用于枋子与柱子之间的结合，具有很强的拉结作用。其做法，大致分为带袖肩“燕尾榫”和不带袖肩的“燕尾榫”两种形式，前者实际上是两个“燕尾榫”的重置形式。“回肩”古建筑大木作榫卯做法，多用于柱子与额枋之间的连接。肩，即榫头两侧部分。额枋榫头做好后，两肩部分向反方向抹角倒圆。
古建筑檐柱与单额枋节点处残损之所以较为严重，其原因是由于古建筑的地基沉降不均匀或在水平外力的作用下，造成单额枋与檐柱之间的榫头因撕裂变形而极易拔出，若单额枋拔榫，其作用在檐柱上的拉拽作用力就会减小或消失，导致古建筑木构架整体的稳定性大幅度降低，且过大尺寸的拔榫极易造成木构架严重倾斜、歪闪，最终会破坏古建筑梁架支撑体系的安全性能；另外，榫头***卯口中，在长期外力的作用下，榫头由于卯口的挤压可能造成破坏，或者因卯口挤压变形造成自身截面尺寸减小或折断并导致下沉，从而削弱梁柱之间的结构整体的力学性能。
目前，在我国古建筑大木构架中，檐柱与单额枋节点榫卯修缮技术有：
（1）对于单额枋的榫头因撕裂变形而拔榫的现象，多采用铁扒钉或角钢进行加固。将单额枋与檐柱连接部位用铁扒钉、角钢、扁钢固定起来，以防止榫卯移位，这种加固措施虽然刚度较强，但柔韧性、抗震性、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金属件与柱枋的连接部位松动，造成加固件失效，从而使节点的安全性仍受到威胁。其次，金属件加固节点时，铆钉嵌固木构件的过程中往往会破坏木构件；改变了古建筑木结构的原材料及施工工艺，且金属件加固木结构是通过“嵌入”或“固定”的方式达到加固的目的，这种不可逆加固技术不仅不利于加固件的检修或更换，也不利于木结构的保护。
（2）对于单额枋的榫头出现折断的情况，则采用将整根单额枋弃之不用，采用硬杂木木料按原构件尺寸样式重新补配。这种措施不仅造成极大的材料浪费，而且重新更换的单额枋也不具备原构件所承载的历史价值和文物价值，从而失去了古建筑保护的目的和意义。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，在不改变原材料及施工工艺的基础上，对古建筑大木构架体系中檐柱与单额枋节点部位进行加固修缮处理。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，包括卯接入檐柱的单额枋和垫木，檐柱的一侧开设有相连通的燕尾卯口和直榫卯口，燕尾卯口在上，直榫卯口在下，单额枋由单额枋身和单额回肩部组成，单额枋身的一端下方凿刻勾头搭掌榫A，单额回肩部的一端上方凿刻与勾头搭掌榫A相匹配的勾头搭掌榫B，单额回肩部的另一端设有燕尾榫，勾头搭掌榫A和勾头搭掌榫B榫接，燕尾榫与燕尾卯口相匹配并卯接入燕尾卯口内，垫木贴合单额枋的下表面设置，垫木的一端开设有直榫，直榫与直榫卯口相匹配并卯接入直榫卯口内，在单额枋身、单额回肩部和垫木上开设一条穿通单额枋身、单额回肩部的卯口A，在卯口A内卯接入与卯口A相匹配的插榫A，在直榫、直榫两侧的檐柱上开设一条穿通檐柱、直榫的卯口B，在卯口B内卯接入与卯口B相匹配的插榫B。
本发明所述的垫木的宽度与单额枋的宽度一致。
本发明所述的垫木的厚度为单额枋厚度的1/2。
本发明所述的卯口A呈垂直开设。
本发明所述的卯口A的截面为矩形。
本发明所述的卯口B的截面为矩形。
本发明所述的直榫为大进小出样式。
本发明有益效果是：
本专利与现有技术比较：
首先，本专利能够大大提高古建筑单额枋与檐柱节点的整体稳定性、抗扭转、抗剪性能和抗震性能，可以降低单额枋因拔榫而破坏的几率，减少维修次数。
其次，这种加固结构用料较少，加工十分方便，实际加固操作工序较简单，既节省原材料，有利于环保，又大大降低维修施工的劳动强度，且在以后的古建筑保护修缮过程中，只需将所有的插接的榫卯及带燕尾隼的水平拉结件更换即可。
因此，可以反映出这种组合式加固枋与柱节点的处理结构在保持古建筑大木构架稳定以及修缮更换时的巨大优势，未来具有广阔的发展前景。
附图说明
图1为现有技术柱枋节点示意图；
图2为本发明的***结构示意图；
图3为本发明的修缮后的结构示意图；
图中：1、檐柱，2、单额枋，201、单额枋身，202、单额回肩部，3、垫木，4、燕尾卯口，5、直榫卯口，6、勾头搭掌榫A，7、勾头搭掌榫B，8、燕尾榫，9、直榫，10、卯口A，11、插榫A，12、卯口B，13、插榫B。
具体实施方式
如图所示，一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，包括卯接入檐柱1的单额枋2和垫木3，单额枋2和垫木3可单独制作替换，檐柱1的一侧开设有相连通的燕尾卯口4和直榫卯口5，燕尾卯口4和直榫卯口5设置在相同侧，燕尾卯口4在上，直榫卯口5在下，单额枋2由单额枋身201和单额回肩部202组成，单额枋身201和单额回肩部202可采用原单额枋切割修整得到，单额枋身201的一端下方凿刻勾头搭掌榫A6，单额回肩部202的一端上方凿刻与勾头搭掌榫A6相匹配的勾头搭掌榫B7，单额回肩部202的另一端设有燕尾榫8，勾头搭掌榫A6和勾头搭掌榫B7榫接，燕尾榫8与燕尾卯口4相匹配并卯接入燕尾卯口4内，垫木3贴合单额枋2的下表面设置，垫木3的一端开设有直榫9，直榫9与直榫卯口5相匹配并卯接入直榫卯口5内，在单额枋身201、单额回肩部202和垫木3上开设一条穿通单额枋身201、单额回肩部202的卯口A10，卯口A10可穿通垫木3也可不穿通，在卯口A10内卯接入与卯口A10相匹配的插榫A11，在直榫9、直榫两侧的檐柱1上开设一条穿通檐柱1、直榫9的卯口B12，在卯口B12内卯接入与卯口B12相匹配的插榫B13。
所述的垫木3的宽度与单额枋2的宽度一致，垫木3的厚度为单额枋2厚度的1/2。
所述的卯口A10呈垂直开设，即卯口A10穿通勾头搭掌榫A6和勾头搭掌榫B7再在垫木上开口，最优开设方式是在勾头搭掌榫A6和勾头搭掌榫B7的中心位开设，不影响勾头搭掌榫A6和勾头搭掌榫B7的榫接，还能对勾头搭掌榫A6和勾头搭掌榫B7的榫接起到稳定的作用。
所述的卯口A10的截面为矩形，也可采用其它形状，例如圆形截面、梯形截面等，同理，所述的卯口B12的截面为矩形或其它形状。
所述的直榫9为大进小出样式。
这种榫卯插接组合的节点加固修缮方式，通过勾头搭掌榫咬合搭接以及矩形木条插榫的插接和栽销，可以加强单额枋与檐柱在水平方向的拉结力。单额枋是一种水平拉拽构件，其与檐柱搭接的作用是：使檐柱在水平方向形成一个稳定的整体，以抵抗震动荷载对檐柱所造成的破坏力。
首先，原单额枋与补配的硬杂木棱柱体由勾头搭掌榫咬合搭接在左右水平方向进行拉结固定，为防止二者在水平方向和上下方向产生位移，又在垫木的上表面和原单额枋端部以及补配的硬杂木棱柱体端部勾头搭掌榫相应的部位开卯口，用一根矩形木条插榫将原单额枋和硬杂木棱柱体插榫连接，并与垫木栽销固定，从而把三者有机联系在一起，这样进一步加强了原单额枋与补配的硬杂木棱柱体之间的整体稳定性和水平拉拽力。
其次，垫木进檐柱一端采用大进小出型榫头，并在其榫头端部立面上以及檐柱柱身相应的位置上各开一尺寸相同的矩形卯口，垫木与檐柱插接，矩形木条插榫与垫木和檐柱上的卯口插接，使垫木在节点处形成一个固定的支点，其上下方向由檐柱柱身将其固定，左右方向由木条插榫阻止垫木与檐柱产生位移，从而使垫木成为一个刚性悬臂构件，其悬挑端承托上部单额枋与补配的棱柱体端部的荷载，并将荷载传递给檐柱。这种加固处理既在水平方向加强了单额枋与檐柱节点处的整体性和柔韧性，又在上下方向加强了节点处的刚性，使节点处的抗扭转和抗剪性能得到大幅度提升。
综上所述，这种加固措施大大提高了单额枋与檐柱节点的整体稳定性，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，减小结构整体的破坏，水平方向勾头搭掌榫、燕尾榫、矩形木条插榫以及垫木与檐柱插接组合来加强整体的拉结力；上、下方向可由垫木和檐柱的插接来抵抗节点处所受的剪力，从而达到加强单额枋与檐柱节点处整体的强度及抗震性能。
实施例1
“副阶柱子”宋式建筑大木作构件名称，又称“副阶檐柱”或“下檐柱”。用于建筑台基上的周匝回廊， 从平面看，这种柱子处于建筑的最外端，上承副阶檐头，是构成副阶木构架部分的主要构件。其主要特点，一、由“副阶柱子”构成的空间，小于室内内柱空间；二、单额枋成为“副阶柱子”的横向联系构件；三、按照《营造法式》的规定，“副阶柱子”的直径小于内柱。
在古建筑修缮工程中，单额枋与副阶檐柱节点处出现拔榫、榫头破坏的现象非常普遍，可采用本专利技术进行加固修缮。
具体加固步骤如下：
① 将单额枋端部的回肩部分连同其残损的榫头一起垂直锯凿掉，在切割后的单额枋端部下方凿刻勾头搭掌榫。再用干硬性的硬杂木制作一个四棱柱体来补配原单额枋截掉的部分，补配的硬杂木棱柱体断面尺寸样式与原单额枋相同，长度为补全原单额枋的总长为准，约200-300mm之间。在此硬杂木棱柱体一端按原单额枋端部的标准要求制作燕尾榫和回肩，在另一端的上部凿刻勾头搭掌榫。
② 在切割后的单额枋端部的勾头搭掌榫的上表面中心位置开一个矩形卯口，然后，在硬杂木棱柱体上的勾头搭掌榫相应的位置也开凿一个矩形卯口，其尺寸大小与单额枋端部顶面上的卯口尺寸相同。另外，再用硬杂木制作断面与单额枋上的卯口相同的木条插榫。
③ 用干燥的硬杂木制作一块四棱柱形构件，此构件将对单额枋的端部起支撑作用，可将其称为垫木，垫木的断面宽度与单额枋宽相同，厚度为单额枋厚度的二分之一，垫木块长度为300—400mm。在垫木的一端凿刻直榫，此直榫为大进小出样式，并在榫头上开一个矩形卯口；在垫木的另一端与单额枋上卯口相对应位置也开一矩形卯口，其尺寸与单额枋上的卯口相同。
④ 在檐柱的燕尾卯口的下方开大进小出的直榫卯口，其尺寸大小与垫木一端的直榫大小相同，然后在檐柱的前后方向与垫木直榫榫头相应的位置开矩形卯口，再用硬杂木制作一根矩形插榫，其断面尺寸与檐柱上的卯口尺寸相同。
⑤ 通过大进小出形直榫的插接将垫木与檐柱固定在一起，再在前后方向上，利用矩形木条插榫与檐柱和垫木榫头上的卯口插接进一步将垫木与檐柱固定，以防止直榫榫头在左右方向产生位移；直榫插接使垫木成为檐柱上的一根悬挑构件，节点处的负弯矩由檐柱来承受。
⑥ 将单额枋上补配的硬杂木棱柱体一端的燕尾榫与檐柱的燕尾卯口拉结固定，其刻有勾头搭掌榫的另一端由垫木支撑，再将原单额枋一端的勾头搭掌榫与所补配的硬杂木棱柱体上的勾头搭掌榫相结合，使原单额枋和补配的硬杂木棱柱体在左右方向拉结在一起成为一个整体。
⑦ 利用矩形木条插榫与原单额枋和补配的硬杂木棱柱体块上的卯口插接，并与垫木上的卯口插销连接，将原单额枋、补配的硬杂木棱柱体块和垫木三者紧密地固定在一起；最终在节点处形成为一个安全稳定的结构体系。
实施例2
在古建筑修缮工程中，单额枋与殿身檐柱节点处出现拔榫、榫头破坏的现象也非常普遍，可采用本专利技术进行加固修缮，具体加固步骤与实施例1相同。

Claims (7)

1.一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，其特征在于：包括卯接入檐柱（1）的单额枋（2）和垫木（3），檐柱（1）的一侧开设有相连通的燕尾卯口（4）和直榫卯口（5），燕尾卯口（4）在上，直榫卯口（5）在下，单额枋（2）由单额枋身（201）和单额回肩部（202）组成，单额枋身（201）的一端下方凿刻勾头搭掌榫A（6），单额回肩部（202）的一端上方凿刻与勾头搭掌榫A（6）相匹配的勾头搭掌榫B（7），单额回肩部（202）的另一端设有燕尾榫（8），勾头搭掌榫A（6）和勾头搭掌榫B（7）榫接，燕尾榫（8）与燕尾卯口（4）相匹配并卯接入燕尾卯口（4）内，垫木（3）贴合单额枋（2）的下表面设置，垫木（3）的一端开设有直榫（9），直榫（9）与直榫卯口（5）相匹配并卯接入直榫卯口（5）内，在单额枋身（201）、单额回肩部（202）和垫木（3）上开设一条穿通单额枋身（201）、单额回肩部（202）的卯口A（10），在卯口A（10）内卯接入与卯口A（10）相匹配的插榫A（11），在直榫（9）、直榫两侧的檐柱（1）上开设一条穿通檐柱（1）、直榫（9）的卯口B（12），在卯口B（12）内卯接入与卯口B（12）相匹配的插榫B（13）。
2.如权利要求1所述的一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，其特征在于：所述的垫木（3）的宽度与单额枋（2）的宽度一致。
3.如权利要求1所述的一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，其特征在于：所述的垫木（3）的厚度为单额枋（2）厚度的1/2。
4.如权利要求1所述的一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，其特征在于：所述的卯口A（10）呈垂直开设。
5.如权利要求1所述的一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，其特征在于：所述的卯口A（10）的截面为矩形。
6.如权利要求1所述的一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，其特征在于：所述的卯口B（12）的截面为矩形。
7.如权利要求1所述的一种古建筑檐柱与单额枋节点的加固修缮结构，其特征在于：所述的直榫（9）为大进小出样式。
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