浅析木结构节点连接类型及其性能

刘模权   贾文  吴长勇

摘要：木结构节点连接不仅影响结构的承载力、刚度、延性、稳定性等性能，还对结构合理、安装便捷和建筑美观具有显著影响。中国古代建筑主要是采用木材之间的相互穿插、搭接和紧扣等连接方式形成受力结构体系，这种榫卯连接形式凸显了木结构独特的建造技术，是我国传统建筑技术的精髓。随着科技创新和建筑材料的发展，钉连接和螺栓连接等形式被广泛应用于木结构建筑中，这种连接方式是将不同的墙骨柱连接成整体受力。在此基础上还出现了齿板连接和植筋连接等适用于现代木结构发展的连接类型。

关键词：木结构；节点连接；性能

1木结构节点连接类型及其性能

1.1榫卯连接

谓榫卯连接，是指榫头和卯口相互咬合、相互搭接而成，榫头即木材凸出部分，卯口即木材凹进去部分。榫卯连接种类繁多，工作性能优良，很多古代木结构一直保存至今，如燕尾榫、馒头榫、箍头榫、管脚榫、直榫、透榫等，在各种连接形式中，梁柱之间的直榫、透榫以及燕尾榫等节点因其构造简单、适用范围广被大量应用。

榫卯连接属于半刚性节点，受力性能介于刚性连接和铰链连接之间，既能承受压力，又能发生一定的转动。榫卯连接传递荷载主要是依靠榫卯节点之间的相互摩擦、挤压，因此木结构整体受力性能受节点转动刚度的影响，在地震作用下即使产生较大变形也不易产生破坏。

1.2刚性连接

1.2.1 钉连接

按照受力位置不同可以分为面板钉和骨架钉。面板钉是由木基结构板（一般为结构胶合板或定向木片板）和骨架（规格材一般为SPF）通过钉节点连接而成，连接性能受到众多因素影响，主要集中在如下几个方面：规格材材料强度、种类、厚度、尺寸和密度，钉子的强度、种类和直径，节点连接方式，加载方式，钉子与规格材的距离等。骨架钉是由骨架与骨架通过钉节点相互连接而成，用来组成轻型木结构剪力墙的墙骨架。对轻型木结构骨架钉的研究主要体现在剪力墙上，连接性能影响因素主要集中在墙骨柱材料和覆面板的材料，墙体尺寸，骨架钉节点连接方式等几个方面。

钉连接节点的受力性能会直接决定轻型木结构剪力墙的受力性能，是轻型木结构连接中最常用的形式之一。在水平压力荷载作用下，靠近荷载加载点处的墙骨柱承受拉力，远离荷载加载点处的墙骨柱承受压力，墙骨柱与面板钉连接主要承受竖向剪力，底梁板和顶梁板与面板钉连接主要承受水平剪力和墙面板内的竖向剪力。剪力墙的破坏主要体现在钉连接和骨架连接节点处，因此，加强对钉连接破坏模式和受力机理的研究，其成果有利于后续工程设计的优化和正确应用。

1.2.2 螺栓连接

螺栓连接是指采用螺栓将不同材料构件连成一体的连接方式，具有显著的半刚性、施工便捷、传力可靠、经济性能好等特点，在现代木结构中应用广泛。螺栓连接与钉连接都属于销连接形式，两者受力性能相差无几，不过螺栓直径比钉直径更大，故其节点受力性能要比钉连接更好。

螺栓连接的力学性能受多方面的影响，如螺栓的几何尺寸、强度等级，螺栓的连接方式，木材的销槽承压性能、厚度、材料，制作工艺流程及安装精度等因素的影响。

2古建筑中预制装配式木结构拼装技术分析

（1）古建筑预制装配式木结构拼装，要求进行测量放线。在得出对应轴线以及标高数据之后，安装木柱完成支撑。随后，开展屋面木基层以及门窗安装。在施工方法中，需要对各构件进行基本分析，检查分析构件规格、数量等是否齐全。检查构件的卯榫咬合部位能否精准咬合，需要精细到毫米级别。按照古建筑的类型以及复杂程度，完成技术分析。

（2）通过角梁柱以及山柱顺序，按照编号对柱子进行吊装，并对柱脚的管脚进行临时支撑。依次按照小额枋、大额枋顺序完成吊装。在拨正后，使用线坠吊线立正，将各支撑连接板进行撑牢，完成梁架安装。

（3）校准。校准可以进行拉线校准，如使用砖梁用测试线，从一端至另一端进行持平滚动。左右两端必须保持线头绷紧，随后进行检查。从中间定核心点，进行吊线。而另一侧，则使用肉眼观察线的平整度。需要注意的是，在固定过程中，需要留专人看线。且看线时，要使各尺寸精准无误，注意盘面平整，不得出现斜顶等问题。

（4）正身飞头安装。要先调线，随后进行铺钉。不可使飞头差异过大，在安装时，飞头吊线避免出现较大误差。若轻微细小高低误差，可修整飞头解决。注意保障整体测量线的顺直、精准，飞头后尾少于三颗钉，彼此错开，不得呈现直线钉钉等问题。

（5）木装修工程。木装修工程是最重要、也是最后阶段，要保障门窗安装合理，按照传统方式进行打钉。在门窗安装时，要保证线条顺直、开关灵活。在格栅划线中，按制作好的样板对盘角后方进行统一划线，并确定各构件的成品规格以及对应的磨损长度。在尺寸测量时，要考虑构件的所在位置以及结构方式，完成预组装。保证所有的柱子接触面灵活，在差活中，要使用直线将抱框调直，随后另一端抵住柱子进行画墨线操作。画完墨线后，要保障抱框柱子、墙面紧密，不留任何空隙。

3木结构构件加固

3.1墩接加固法

柱根由于长时间接触潮湿的地面，易腐烂。墩接法是将柱根糟朽部分去掉，换上新料，再用铁箍箍牢墩接的加固方法。当糟朽面积占柱截面面积1/2；或有柱心糟朽现象，糟朽高度占柱高的1/5～1/3宜采用墩接法，墩接高度为柱高的1/5～1/3。

20世纪60年代，美国学者Wangaard[14]首次将CFRP运用到木结构加固中，并进行了CFRP加固木梁的试验研究。FRP弥补了铁件易锈蚀的缺点，将传统与现代加固方法融合起来，更好地提高了加固的效果。

3.2嵌补加固法

嵌补加固法主要用于木构件产生干缩裂缝，且损坏不大（构件的水平裂缝深度小于梁宽或梁直径的1/4）的情况。基本方法为通过耐水性胶水和木条将裂缝缝隙粘结严实，再用铁箍等箍紧。当木构件仅表层受到腐蚀时，也可先将表层去除，再采用嵌补加固法。国外学者研究发现，使用环氧树脂作为粘合剂，木屑和玻璃纤维作为填料，填充和表面修复木材腐烂、裂缝和其他损坏，可以避免修补和嵌入造成的材料损失。但实际效果仍需得到实践的检验。

此方法操作相对简单，能有效地阻止木材裂缝。但由于经维护后的木构件2部分受力状况差别较大，因此受力性能相较于原构件，有了一定的降低。

3.3铁件加固法

作为一种传统的加固方法，铁件加固法能高效地提高木结构构件的承载能力及刚度。具体加固方式有铁箍加固、铁片加固、铁钩加固和铁钉加固等。

2011年，周乾等采用人工分析与计算机模拟结合的方法，研究了古建筑铁件加固技术的分类及其特点，客观地评价了加固效果。但此方法的缺点也同样突出，一是铁片长期暴露于空气中，极易产生锈蚀；二是加工方法往往是不可逆的，破坏了木结构的原有状态；三是严重地影响建筑的美观。

3.4化学加固法。木材在放置过程中会受到虫蚁、菌类的侵害，使用化学试剂能有效预防此类情况，保证木材的性能。木材防腐剂一般应具有保证木材不受生物侵害，能起到杀虫、杀菌作用，不易挥发、不影响木材性能及进一步加工等要求。

化学防腐一般采用以下几种处理方法：涂刷法、喷洒法、注射法、滴液法、浸泡法、加压法和熏蒸法等。但此过程是不可逆的，对木结构影响较大。

结论

木结构是我国传统建筑结构中应用最广泛的结构形式，贯穿于整个古代建筑的发展历程。随着国民经济的高速发展和环保要求的提高，我国对木结构等低碳环保建筑材料需求量会不断增加，木结构的使用对建筑业可持续发展也具有重要的推动作用。

参考文献：

[1]胡杨楠,杨宇生. 轻型木结构节点连接方式研究[J]. 城市住宅,2021,28(09):143-145.

[2]宋怡. 木结构屋盖与墙体连接节点力学性能及模拟研究[D].内蒙古农业大学,2021.

[3]杨子明,徐大为,潘峰. 轻型木结构构件安装及节点连接技术研究[J]. 工程建设与设计,2020,(15):208-212.