木结构建筑之节点分析

木构—节点概述大型的宫殿式木构建筑，成千上万个单件组合而成，构造简单的古建筑，也有数以百计的木构件．这样多的木构件，除椽子．望板外，其余构件几乎全部是凭榫卯结合在一起的．木结构的形式和榫结合的方法，是中国古代建筑的一个主要结构特点．概念榫卯泛指中国传统建筑木构件之间的联结形式。榫，即是构件的凸起部分；卯，即是构件的凹进部位。榫卯搭接是指在木料上分别开桦头和卯眼，通过它们之间的咬合，把木材连接起来的搭接方式。类型木构榫卯种类很多，形态各异，这些种类和形状的形成，不仅与榫卯的功能有直接的关糸，而且在木构件所处位置，构件之间的组合角度，结合方式，以及木构件的安装顺序和安装方法等，均有直接的关糸1面与面的接合，也可以是两条边的拼合，还可以是面合。“槽口榫”、“企口榫”、“燕尾榫”、“穿带榫”、“扎榫”等。一按结合作用，分为三大类型：2是作为“点”的结构方法。主要用于作横竖材丁字结合，成角结合，交叉结合，以及直材和弧形材的伸延接合,如“格肩榫”、“双榫”、“双夹榫”、“勾挂榫”、“锲钉榫”、“半榫”、“通榫”等等。3是将三个构件组合一起并相互连结的构造方法，这种方法除运用以上的一些榫卯联合结构外，都是一些更为复杂和特殊的做法.如常见的有“托角榫”、“长短榫”、“抱肩榫”、“粽角榫”等二按榫卯功能，分为六类，一、固定垂直构件的榫卯古建大木中的垂直构件主要是柱．柱子可分为落地柱和悬空柱两类．落地柱即柱脚直接落在柱顶石上的柱子，如:金柱、中柱、山柱都属此类．悬空柱即指落脚在梁架上或被其它构件悬空挑起、摔起的柱子．如童柱、瓜柱、雷公柱等，都是悬空柱．这些垂直构件，不管处于在什么部位，都需要用榫卯来固定它的位置，于是就产生了用于柱上的各种榫卯．(一)管脚榫固定柱脚的榫，用于各种落地柱根部，童柱与梁架或墩斗相交处，也用管脚榫．它的作用是防止柱脚位移．(二)套顶榫套顶榫是管脚榫的一种特殊形式，它是一处长短﹑径寸都远远超过管脚榫，并穿透柱顶石直接落脚于磉墩(基础)的长榫，常用于地势高﹑受风荷较大的建筑物．它的作用在于加固建筑物的稳定性．(三)瓜柱柱脚半榫与梁架垂直相交的瓜柱(包括金﹑脊瓜柱﹑交金瓜柱等)，柱脚亦用管脚榫．二﹑水平构件与垂直构件拉结相交使用的榫卯在石建大木中，水平构件与垂直构件相交的节为很多，最常见的有柱与梁﹑柱与枋﹑山柱与排山梁架﹑抱头梁﹑穿插枋及单，双步梁与金柱﹑中柱相交部位等．由于构件相交的部位与方式不同，榫卯的形状亦有很大区别．(一)馒头榫馒头榫是柱头与梁头垂直相交时所使用的榫子，与之相对应的是梁头底面的海眼．镘头榫用于各种直接与梁相交的柱头顶部，其长短径寸与管脚榫相同中．它的作用在于使柱与梁垂直结合，避免水平移位(二)燕尾榫这种榫多用于拉扯联糸构件，如檐枋﹑额枋﹑随梁枋﹑金枋﹑脊枋等水平构件与柱头相交的部位．燕尾榫又称大头榫﹑银定榫．它的形状是端部宽﹑根部窄．(三)箍头榫箍头榫是枋与柱在尽端或转角部相结合时采取的一种特殊结构榫卯．”箍头”一字，顾名思义，是”箍住柱头”的意思(四)透榫透榫用于大木构件，常做成大进小出的形状所以又称大进小出榫．所谓大进小出，是指榫的穿入部分，高按梁或枋本身高．(五)半榫半榫的使用部位与透榫大致相同．在古建大木中，常使用山柱相交处．在古建大木中，常使用山柱或中柱这样的构件．三水平构件互交部位常用的榫卯水平构件互交，在古建大木中，常见于扶脊木与扶脊木、平板枋与平板枋之间的顺接延续或十字搭交．(一)大头榫亦即燕尾榫．做法与枋子上的燕尾榫基本相同，榫头作”乍”，且略作”溜”，以便安装．也有不作”溜”的．大头榫采用上起下落方法安装，它常用于正身部位的檐、金、脊禀以及扶脊木等的顺延相交接部位，起拉结作用(二)十字刻半榫十字刻半榫主要用于方形构件的十字搭交，最多见于平板枋的十字相交．方法是按枋子本身宽度，在相交处，各在枋子的上、下面刻掉下面一半的为盖口十字扣搭．(三)十字卡腰榫俗称蚂蜂腰，主要用于圆形或带有线条的构件的十字相交．古建大木构件中的卡腰，主要用于搭交桁禀．四、水平或倾斜构件重叠稳固所用的榫卯古建大木的上架(即柱头以上)构件，都是一层层叠起来的．这就不仅需要解决每层之中构件与构件的结合问题，而且需要解决上下两层构件之间的结合问题，这样才能使多层构件组成一个完整的结构体．水平(或倾斜)构件迭交有两种情况、一种是两层或两层以上构件叠合，再就是两层或两层以上构件垂直(交角成９０度)或按一定角度半叠交．在两层或两层以上构件迭合时，采用下面两种销合联结的方法：(一)栽销栽销是在两层构件相叠面的对应位置凿眼，然后把木销栽入下层构件的销子眼内．在古建大木中，销子多用于额枋与平枋之间、老角梁与他角梁之间以及迭落在一起的梁与随梁之间、角背、隔架雀替与梁架相迭处等，(二)穿销穿销与栽销的方法类似，不同这处是，栽销法销子不穿透构件；穿销常用于溜金斗拱后尾各层构件的锁合．五、用于水平或倾斜构件叠交或半叠交的榫卯水平或倾斜构件重叠稳固，需要用销子；而当构件按一定角度(９０度或其它需要的角度)叠交或半叠交时，则需要采用桁碗刻或压掌等榫卯来稳固．(一)桁碗桁碗(小式称禀碗)在古建大木中用处很多，凡桁碗与柁梁、脊瓜柱相交处，都须使用桁碗．桁碗即放置桁禀的碗口，位置在柁梁头部或脊瓜柱顶部．(二)趴梁阶梯榫多用于趴染、抹角染与桁禀半叠交以及短趴染相交的部位．趴梁与桁禀半叠交时，一般作阶梯榫，阶梯榫的做法(三)压掌榫它的形状与人字屋架上弦端点的双槽齿做法很相似．这种榫多用于角梁与由戗或由戗之间接续相交的节点压掌榫要求接触面充分、严实．不应有实有虚．（六）、用于板缝拼接的几种榫卯制作古建大木和部分装修构件，常常需要很宽的木板，如制作博缝板、山花板、挂落板以及榻板、实榻大门等．这就需要板缝拼接．为使木板拼接牢固，除使用胶膘粘合外，还采用榫卯拼合．(一)银锭扣银锭扣，又名银锭榫，是两头大，中腰细的榫，因其形状象银锭而得名．将它镶入两板缝之间，可防止胶膘年久失效后拼板松散开裂．镶银锭扣是一种键合作法．用于榻板，博缝板等处(二)穿带穿带是将拼粘好的板的反面刻出燕尾槽．槽一端略宽，另一端略窄．它可锁合诸板不使开裂，并有防止板面凹凸变形的作用(三)抄手带这是穿带的另一种形式，但又不同于穿带．穿抄手带必须在木板小面居中打透眼．(四)裁口是将木板小面用裁刨裁掉一半，裁去的宽与厚近似，木板两边交错裁做，然后搭接使用．这种做法常用于山花板(五)龙风榫亦称企口，将木板小面居中打槽，另一块与之结合的板面居中裁作凸榫，将两板互相咬合榫卯的经典例证：斗拱小结传统榫卯构建搭接的特点小结:（1）榫卯搭接具有一定强度、韧性和变形能力。榫头和卯眼的穿插在力学上相当于铰接点，可以承受特定方向上的拉力和压力。（2）榫卯搭接外形简洁。榫卯设计的本身就是研究如何去除木料上多余的部分，来保证榫卯紧密地咬合，同时达到力学的要求。（3）榫卯搭接刚性较低。由于木材断面的损失，造成节点处力学性能大大下降，难以承担大型木结构的连接作用。简言之：榫卯的功能，在于使千百件独立，松散的构件紧密结合为一个符合设计要求和使用要求的，具有承受各种荷载能力的完整的结构体．一、榫卯连接井干式：将圆木或半圆木两端开凹槽，组合成矩形木框，层层相叠作为墙壁---实际是木承重结构墙。这种方式由于耗材量大，建筑的面阔和进深又受木材长度的限制，外观也比较厚重，应用不广泛，一般仅见于产木丰盛的林区。补充：编织：马特赛住宅:是奥地利林茨的建筑事务所KlebothLindingerPartners设计的一座两层私人别墅绑扎：植物建筑齿连接是将受压构件的端头做成齿榫，在另一构件上锯成齿槽，使齿榫直接抵承在齿槽内，通过抵承面的承压工作传力。因此，齿连接只能用来传递压力，这是它的特点。优点：构造简单，传力明确，可用简单工具制作；由于其构造外露，易于检查施工质量和观测工作情况。缺点：由于在构件上刻槽，对构件截面削弱较大，从而增加木材用量；在齿槽中除承压工作外，尚伴随着脆性的剪切工作，同时只能用于手工操作，要技术级别较高的木工进行制作，方能保证连接质量。二、齿连接单齿连接双齿连接三、销连接销是用钢或者木做成圆杆状或者片状，用以阻止被连接构件相对移动的连接物。属于圆杆状的，有螺栓、钉、圆钢销、螺钉、玻璃钢圆销等；属于板片状的，有玻璃钢板销，钢板销等。圆杆状销板片状销四、钢结构的连接大型木建筑设计中，结构跨度及构件尺寸相对较大，传统的结构形式无法满足大型结构的要求，结构设计往往会更多的引用钢结构的设计方法，节点处也会积极地使用金属构件或者钢结构节点来满足结构的要求。轻微结合处可以采用钉子或者螺栓等小型钢构件进行连接；大型结构中则常在集成材的结合处插入钢板与木构件固定，钢板之间或者钢板与混凝土基础之间采用螺栓等钢构件进行连接。在大跨木结构中，这些刚节点处理方法可以有效地解决节点的结构问题，为设计带来新的突破。节点是设计上的自白，真实反映出系统的作用原理，以及设计与技术合二为一的最佳语汇节点分类：从其连接的功能性来看，分为：面与面的接触连接，间接连接件的传递连接木木节点，木铁节点，胶合节点丘陵网格壳体建筑site：英国苏塞克斯by爱德华库里南建筑师事务所内部结构：丘陵状网格壳体，双层木材网格，整个建筑呈双层漏斗状，长度为48米，最宽点的跨度为16米，最窄处11米，室内高度从7米到10米不等建造过程截面尺寸：50mmX35mm，橡木条板，分四层胶合而成、橡木特点：含水量高，可以在结构安装的过程中提供很大的伸缩灵活性。强度是其他木材的两倍（在英国这种木材是用来做帆船的。---同样条件下，可以采用更小的横截面，弥补了橡木的一个缺点：需要更大的弯曲作用力才能得到需要的弧度节点大样：施工方发明了一种无栓的条板连接装置，既能给连接构建提供必要的稳定性，而且能够让构建略微活动，此装置由几块钢板组成，每个钢板都有四个定位螺栓孔，其中两个孔还可以用来连接斜向的支撑。每个条板为6m的标准长度，采用了最新的胶合技术，这种技术可以将水分含量高达40%的绿色橡木胶合，但条板与条板之间采用的是传统的嵌接节点连接成连续的长条板。条板的距离跟怒受荷载的情况进行调整，荷载较大的区域距离在0.5m左右，荷载小的距离在1m左右。建造过程建筑物表面采用的是当地的红雪松面板，面板内有铝箔衬层，两者之间还有绝缘层。屋顶是有很多100mmX12mm的纵向木板组成的带状屋顶。木板下面每个2m有檩条作为支撑，檩条网格壳体上。儿童游乐中心site：法国切希by阿万特特拉维克斯入口这里是附近孩子的娱乐中心，三座建筑连接在一起，两个建筑靠的很近，第三个稍微脱离，高高的倾斜的屋顶非常小心的位于原有的树木之间。入口的设计给人一种在结构上相互脱离的感觉。结构钢木节点Soundbox,Swisspavilion,expo2000Hannover,Germany2000年德国汉诺威世界博览会瑞士展馆—共鸣箱该展馆的建设为了体现真正的生态环保理念，建筑师放弃了所有会损坏木材本身的连接方式，没有钉子，没有螺栓和黏合剂，板条之间的搭接、固定仅借助于钢杆和弹簧。彼得·祖姆托钢木节点Soundbox,Swisspavilion,expo2000Hannover,Germany2000年德国汉诺威世界博览会瑞士展馆—共鸣箱彼得·祖姆托该展馆在结构上通过一种创新性的悬挂系统将木材、沥青和钢材这三种看起来互不相容的材料组合在一起。将木梁用横梁以严格的平行装配形式相互搭接形成高的墙体，插入双层平行梁之间的横梁将两个组合连接在一起，放置在沥青垫上。从黑色表层升起的不锈钢板形成不锈钢拉杆的支撑基础，拉杆穿过沥青层,插进下面独立的混凝土基础。双梁墙体顶端两侧的拉杆通过压缩弹簧插入,弹簧则通过垂直预应力使各个木梁各就各位。钢木节点Soundbox,Swisspavilion,expo2000Hannover,Germany2000年德国汉诺威世界博览会瑞士展馆—共鸣箱彼得·祖姆托不锈钢拉杆与横梁的连接细部共鸣箱的墙体剖面结构图钢木节点Yamadearpostoffice,Japan日本山寺邮局伊藤邦明日本山寺邮局采用了混