一种对古建筑乱搭头式椽子跨中部位进行加固修缮的方法与流程

本发明涉及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乱搭头式椽子跨中部位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（如图1所示）。如彻上明造梁架，可窥其椽头相错状态。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。

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，对于乱搭头椽子跨中部位的糟朽腐烂所采取的修缮措施是：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。这种传统的修缮措施会带来以下弊端：首先，现有的修缮措施有违古建筑修缮工程中必须保持古建筑文物价值的原则要求。即在修缮工程中，对于糟朽严重的构件，可适当添配，但应尽量用原有构件，不要轻易更换，以保持古建筑的文物价值。其次，这种传统的加固措施会对古建筑屋面造成新的破坏。若整根椽子大部分的强度可以满足使用要求，仅仅因为椽子跨中局部糟朽，就采取更换新件，这种措施需要铲去此跨屋面全部的灰背层，并同时揭去望板，才能更换椽子。虽然糟朽的椽子被替换，但这样以来也加剧了对古建筑屋面的破坏作用。另外，这种因椽子跨中局部糟朽，而不考虑椽子整体承载力是否满足要求，而简单地采取更换新件的措施也是对建筑材料的极大浪费。

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乱搭头式椽子跨中部位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木椽子乱搭头排列做法的跨中部位加固修复处理。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种对古建筑乱搭头式椽子跨中部位进行加固修缮的方法，包括以下步骤：

步骤一、将椽子跨中糟朽的部位锯掉，保留下来的原有的两段椽子的断面做成l型，在l型断面的下端部中间位置各刻一个企口榫卯口，用硬杂木按锯掉的椽子跨中部位原有尺寸样式制作补配件，并在补配件两端做成与企口榫卯口相配合的z型企口凸榫；

步骤二、在原有的两段椽子的上端面中间位置各刻一个燕尾卯口a，再在补配件左右两端与原有椽子上断面相连接的位置处的中间部位各刻一个的燕尾卯口b，并用硬杂木制作两根银锭插榫，银锭插榫的两翼与原有的椽子上的燕尾卯口a和补配件上的燕尾卯口b相匹配；

步骤三、用硬杂木制作两块宽度与椽子断面宽度相同的插接板，在原有的椽子企口榫卯口断面的中点处刻矩形卯口a；然后，在补配件两端的z型企口凸榫端面中点处刻矩形卯口b，矩形卯口b和矩形卯口a拼合在一起的形状与插接板的形状一致；

步骤四、将补配件与原有的两段椽子通过企口榫卯口和企口凸榫拉结在一起，将插接板插入矩形卯口b中，将银锭插榫插入燕尾卯口a和燕尾卯口b中，完成对古建筑乱搭头式椽子跨中部位进行加固修缮。

本发明有益效果是：

本专利与现有技术比较：

首先，本专利能够在坚持采用原有的材料和施工工艺的原则基础上，利用企口凸榫与银锭插榫相结合的加固方式，提高了屋面木基层中椽子跨中部位的抗剪强度、抗拉强度及抗弯性能，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，通过企口榫与银锭插榫组合固定的结构体系，有效地解决了对乱搭头式椽子跨中部位残损的加固修缮，同时，又加强了椽子的防潮防腐性能，实际操作工序也较简单，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，且在古建筑屋面保护修缮过程中，既能够传承传统的材料做法，又能够避免对周围保存完好部位屋面的干扰，减少人为的破坏因素，最大限度的保存了古建筑屋面原有的文物价值。

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为古建筑乱搭头式椽子与檩搭接示意图；

图2为本发明的爆炸结构示意图；

图3为本发明的修复后的椽子结构示意图；

图中：1、椽子，2、挑檐檩，3、檐檩，4、金檩，5、原有的椽子，6、补配件，7、企口榫卯口，8、企口凸榫，9、燕尾卯口a，10、燕尾卯口b，11、银锭榫，12、插接板，13、矩形卯口a，14、矩形卯口b，15、檩。

具体实施方式

一种对古建筑乱搭头式椽子跨中部位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，将椽子跨中糟朽的部位锯掉，保留下来的两段椽子断面均做成l型，即原有的两段椽子的端面分为处于上方的上端面与下方的下端面，在l型断面的下端部中间位置各刻一个企口榫卯口，锯掉的椽子跨中部位用干硬性的硬杂木按原有尺寸样式补配，制成补配件，并在硬杂木补配件两端做成z型企口凸榫，企口凸榫的形状与企口榫卯口相匹配。

（b）在原有两段椽子断面的上端面中间位置各刻一个燕尾卯口a，再在补配件左右两端与原有椽子上端面相连接的位置处中间部位各刻一个样式尺寸相同的燕尾卯口b，并用干硬性的硬杂木制作两根银锭插榫，银锭插榫的两翼与椽子上端面上的燕尾卯口a和补配件上的燕尾卯口b尺寸相同（如图2所示）。

（c）用干硬性硬杂木制作两块宽度与椽子宽度相同的插接板，插接板的面积与椽子断面的面积大小相同，在原椽子z型企口榫卯口断面的中点处刻矩形卯口a；然后，在椽子补配件两端的z型企口凸榫断面中点处刻矩形卯口b，矩形卯口b和矩形卯口a拼合在一起的形状与插接板的形状一致。

（d）首先，将硬杂木补配件与两段椽身（原有的两段椽子）通过企口凸榫和企口榫卯口拉结在一起，企口凸榫插入椽身的企口榫卯口中，在搭接处形成两个受力支点，椽子所承载的荷载通过此支点传递到左右两侧的椽身，并进而传递到椽子下部的受力构件檩条上；企口榫不仅可以加强椽子左右方向的拉结力，而且还可以通过榫卯的挤压来增强椽子跨中上下方向的抗剪性能；因受力支点处的剪力和弯矩最小，企口榫相互挤压和摩擦还可以提高椽子的抗弯性能。

然后，再用硬杂木插接板插入原椽身与补配件上的矩形卯口中，这样可进一步扩大补配件与原有椽身的接触面积，这两个插接板在整个受力体系中相当于支点两端的悬挑构件，可以使椽子补配件中部的弯矩值显著降低，从而提高了整个椽子的抗弯性能。

最后，再用银锭插榫将硬杂木补配件与椽身插接在一起，通过银锭榫插接不仅可以进一步提高椽身与硬杂木补配件在左右方向的拉结性能，还可以阻止左右两段椽身与补配件在前后方向产生位移，进一步增强了椽子的整体稳定性。修复完成的古建筑乱搭头式椽子跨中部位与原来的椽子跨中部件从外表上来看完全一致。

综上所述，这种企口榫、银锭插榫以及插接板相结合的加固修缮措施，既能在左右方向加强椽子跨中部位结构整体的拉结力，同时，又能在上下方向加强椽子跨中部位的抗剪性能，并提高了椽子的整体抗弯性能；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。且修复时只需翻新残损部位的屋面灰背及木基层，最大限度的保存了古建筑屋面原有的文物价值。

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，椽子跨中局部糟朽的现象。对于这种椽子跨中部位糟朽的情况，可采用本专利技术进行加固修缮。

实施例1：

比如，上金檩与中金檩之间的椽子跨中部位出现糟朽现象，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，将椽子跨中糟朽的部位锯掉，保留下来的两段椽子断面做成l型。在l型断面的下端部中间位置各刻一个企口榫卯口，锯掉的椽子跨中部位用干硬性的硬杂木按原有尺寸样式补配，并在硬杂木补配件两端做成z型企口凸榫。

在原有两段椽子断面的上端部中间位置各刻一个燕尾卯口a，再在补配件左右两端与原有椽子上断面相连接的位置处中间部位各刻一个样式尺寸相同的燕尾卯口b，并用干硬性的硬杂木制作两根银锭插榫，银锭插榫的两翼与椽子断面和补配件上的燕尾卯口尺寸相同。

用干硬性硬杂木制作两块20mm厚、长200mm、宽度与椽子断面相同的插接板，在原椽子z型卯口断面的中点处刻20mm高、180mm深的矩形卯口a；然后，在椽子补配件两端的z型凸榫断面中点处刻20mm高、20mm深的矩形卯口b。

首先，将硬杂木补配件与两段椽身通过z型企口榫拉结在一起，z型企口凸榫插入椽身的z型企口榫卯口中，然后，再用20mmx200mm的硬杂木插接板插入原椽身与补配件上的矩形卯口中，最后，再用银锭插榫将硬杂木补配件与椽身插接在一起。

实施例2

如古建筑屋面木基层的中金檩与下金檩之间的椽子跨中部位的加固修缮均可采用本专利技术。具体实施步骤与实施例1相同。