木构节点刚性化连接技术的制作方法

本发明涉及木结构建筑，特别涉及一种木构节点刚性化连接技术。

背景技术：

1、传统木结构建筑采用榫卯连接的方式固定梁柱，现代木结构建筑在榫卯的基础上加入金属连接件等紧固承重构件进行刚性连接，如外部钉齿板连接、钢板连接、挂扣连接等。但木构节点主要缺点在于，所有杆件在加工中会产生尺寸公差，在杆件连接中出现几何公差，钢材与木材膨胀系数不同在收缩膨胀中产生公差等，节点从而出现缝隙，导致节点局部抗剪和抗扭强度较弱，不能按照刚性节点进行受力计算。

2、现今消除木构节点加工中的尺寸公差和连接中的几何公差的方法中，最为常见的是使用某种胶粘剂，涂刷在杆件连接的接触面，或者填补杆件与金属连接件、杆件与杆件间的所有缝隙，如木工胶、白乳胶等，胶粘剂可通过密封这些缝隙来消除木构节点的公差。而能增强节点强度的胶粘剂一般统称为结构胶，结构胶相比于其他胶粘剂在强度上具有显著优势，非结构胶在建筑中只能用于普通简易或临时性质的粘接、密封及固定，不适用于在受力构件的粘接。而结构胶能承受较大荷载，性能更稳定、更耐腐蚀、更耐老化，在钢构节点、木构节点中均可灵活使用，如钢构节点便可以使用粘钢胶完成连接，代替部分铆接、焊接等传统连接技术。

3、虽然结构胶在建筑中应用广泛且技术成熟，但木材与钢材热膨胀系数不同，钢材在日常使用中几乎不变形，而木材还会受干缩湿胀影响，在杆件的轴向、弦向、径向都随温度及湿度变化出现公差，从而形成缝隙进一步影响节点受力。故钢构节点一般是刚性节点，木构节点一般为铰接或半铰接节点，两者受力性能水平有一定差异。而现有适用于木材的结构胶由于木材的上述特点，性能优点集中在强粘性，只能保证短期的结构稳定，在木构节点荷载的过程中不能解决因出现缝隙削弱木构节点抗扭、抗剪等能力，木构节点无法成为刚性节点的问题。

4、基于木结构建筑铰接受力性能不足、存在累积公差及缝隙的现状，工程技术人员需要一种能密实木构节点累积公差、干缩湿胀的缝隙，使木构节点成为刚性节点的连接技术。

技术实现思路

1、针对木构节点在结构计算中只能视为半铰接或铰接节点，而不能作为刚性节点进行受力计算的根源，本发明提供了一种木构节点刚性化连接技术，可实现解决木构节点累积公差及缝隙，将节点刚性化的连接技术。基于胶粘剂在杆件与杆件、杆件与金属连接件之间作为中间媒介的使用定位，利用一种热膨胀系数与木材相近的胶凝材料a，实现施工期间杆件连接无公差、节点强度高；施工后性能稳定，可随木材一同膨胀收缩，使木构节点从始至终保持高强度，解决木构节点局部抗剪和抗扭强度较弱，木构节点无法成为刚性节点的问题。

2、为达到上述目的，本发明总体方针为“复合材料配方、创新施工技术”。

3、其一“复合材料配方”，是基于现有市面上常见的适用于木材的胶粘剂，取长补短，优化胶粘剂的化学成分配比，并加入其他的填充剂，复合为一种全新的胶凝材料a，加强原有结构胶的强度。本发明的复合材料组成方案之一如下：①复合材料由丙烯酸酯结构胶、硅酮胶、改性木粉、玻璃纤维粉、陶瓷微粉、偶联剂、润滑剂组成，各成分比例为：丙烯酸酯结构胶10-20重量份；硅酮胶10-15重量份；改性木粉35-40重量份；玻璃纤维粉5-10重量份；陶瓷微粉5-10重量份；偶联剂2-3重量份；润滑剂0.5-2重量份。

4、所述丙烯酸酯结构胶为双组份，由合成丙烯酸酯及改性固化剂组成，a组分中包括丙烯酸酯类单体、增韧剂、低聚物、还原剂、稳定剂、助剂；b组成分包括氧化剂、增韧剂、增塑剂、助剂。

5、所述硅酮胶为单组份中性透明硅酮结构密封胶。

6、所述改性木粉以粒径小于40目的木粉为原料，与酚醛树脂按比例溶于水后进行混合反应，再经减压脱除溶剂后烘干，得到所需改性木粉。

7、所述玻璃纤维粉为密度2.254g/cm3、粒度300-400的玻璃纤维粉。

8、所述陶瓷微粉为一种轻质非金属多功能材料，主要成分是sio2和al2o3。

9、所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

10、所述润滑剂为甲基硅油或改性硅油。

11、所述胶凝材料a在初凝时有流动性，可密实杆件中的缝隙；在终凝后则固化为强度大于木材、将杆件紧密结合为一体的胶体。胶凝材料a本身具有耐久性，可长效保持木构件的稳定；可耐腐蚀，在酸碱环境下能保持结构的稳定；同时在一定温度范围中具有耐受性，可以抵抗高温与低温对材料的破坏；并且施工工艺较为简单，常温下即可固化，便于工厂预制及现场施工，安全事故少、材料成本经济实惠。

12、其二“创新施工技术”，是转变结构胶原有粘接、密封的功能，代替部分铆接、螺栓连接等传统连接技术，创新成木构节点连接新方式。本发明的木构节点刚性化连接技术，技术原理如下。

13、①现场配制复合材料，按比例混合得到胶凝材料a。

14、②如图1所示：在杆件接触面手刷一层胶凝材料a，固定杆件；将附着一层胶凝材料a的螺栓（1-4）按对角线插入螺栓孔（1-3），用螺母（1-7）固定；将胶凝材料a（1-5）注入其余螺栓孔中，充满内部后用木塞（1-6）堵住，使胶凝材料a（1-5）初凝时渗透入木材纹理，密实杆件及连接件间的缝隙；胶凝材料a（1-5）终凝后在螺栓孔（1-3）中形成固化胶体，完成杆件与连接件的紧密固定，杆件、螺栓和胶凝材料a紧密结合为一体；

15、本发明的上述方案有如下的有益效果。

16、所述的木构节点刚性化连接技术，原理为利用胶凝材料a解决木构节点连接时产生的累积公差、膨胀收缩产生的缝隙，将原有用于粘接的结构胶代替部分螺栓连接，以增强节点的受力性能。

17、所述胶凝材料a在初凝时可以通过弹性形变解决杆件组合后形成的累积公差与膨胀收缩产生的缝隙，而在终凝硬化后可将螺栓与杆件紧密结合为一体，代替部分螺栓连接，增强杆件连接处的抗剪抗扭强度，使连接点更加紧密结实，将半铰接点转换为刚接点。

18、所述胶凝材料a的组成成分，如陶瓷微粉、玻璃纤维粉，可有效降低粘接剂的平均热膨胀系数，使胶凝材料a的热膨胀系数接近木材的热膨胀系数；而改性木粉，不仅可以降低热膨胀系数、与结构胶更易融合，还能让胶凝材料a与木材呈现相近的收缩膨胀程度，以至于木构节点在后期使用中不出现新的缝隙。

19、所述胶凝材料a选择将两种性能略有差异的结构胶组合使用，在初凝时不至于流动性过强导致渗漏至螺栓孔外，终凝后还可增加胶体凝固后的材料强度和耐久性。

20、所述胶凝材料a具有耐久性，可长效保持木构件的稳定，杆件不因螺栓连接而出现裂痕；可耐腐蚀，在酸碱环境下能保持结构的稳定；同时在-30~150℃的温度范围中具有耐受性，可以抵抗高温与低温对胶体的破坏；并且施工工艺较为简单，常温下即可固化，便于工厂预制及现场施工，安全事故少、材料成本经济实惠。

技术特征：

1.一种木构节点刚性化连接技术，其特征在于：将胶凝材料a注入木构节点缝隙中，解决木构节点连接时产生的累积公差，充实膨胀收缩产生的缝隙；在胶凝材料a初凝时连接杆件及连接件，消除杆件连接时产生的几何公差，并密实杆件及连接件间的缝隙；在终凝后将杆件与连接件紧密固定；在木构节点受到温度、湿度影响而膨胀收缩的使用过程中，已终凝的胶凝材料a能使节点紧密连接，从而将木构节点刚性化。

2.根据权利要求1所述的连接技术，其特征在于：所述连接技术先将胶凝材料a涂抹在杆件表面或灌注入杆件内部孔洞，在胶凝材料a初凝过程中，使胶凝材料a与木材充分结合固定、渗透入木材纹理；在终凝后形成固化胶体将杆件与连接件紧密固定。

3.根据权利要求1所述的连接技术，其特征在于：将用于粘接、密封的结构胶，通过固化为有强度的固化胶体来代替部分铆接、螺栓连接等传统连接技术。

4.根据权利要求1所述的胶凝材料a，其特征在于：所述胶凝材料a由丙烯酸酯结构胶、硅酮胶、改性木粉、玻璃纤维粉、陶瓷微粉、偶联剂、润滑剂组成，各成分比例为：丙烯酸酯结构胶10-20重量份；硅酮胶10-15重量份；改性木粉35-40重量份；玻璃纤维粉5-10重量份；陶瓷微粉5-10重量份；偶联剂2-3重量份；润滑剂0.5-2重量份。

5.根据权利要求4所述的胶凝材料a，其特征在于：所述胶凝材料a选择将两种性能略有差异的结构胶组合使用，在初凝时不至于流动性过强导致渗漏至螺栓孔外，终凝后还可增加胶体凝固后的材料强度和耐久性。

6.根据权利要求1所述的胶凝材料a，其特征在于：所述胶凝材料a中加入的填充成分可降低混合粘接剂后的平均热膨胀系数，使胶凝材料a的热膨胀系数接近木材的热膨胀系数，呈现相近的收缩膨胀程度，以至于木构节点在后期使用中不出现新的缝隙，可实现施工期间杆件连接无公差，施工后可随木材一同膨胀收缩。

7.根据权利要求4所述的胶凝材料a，其特征在于：所述胶凝材料a在初凝时有流动性，形成的胶体具有弹性，可密实杆件中的缝隙；在终凝后则固化为强度大于木材、将杆件紧密结合为一体的固化胶体，在木构节点的连接中可起到将半铰接节点转换为刚性节点的作用。

8.根据权利要求4所述的胶凝材料a，其特征在于：所述胶凝材料a具有耐久性，可长效保持木构件的稳定；可耐腐蚀，在酸碱环境下能保持结构的稳定；同时在一定温度范围中具有耐受性，可以抵抗高温与低温对材料的破坏。

9.根据权利要求4所述的胶凝材料a，其特征在于：所述胶凝材料a施工工艺较为简单，常温下即可固化，便于工厂预制及现场施工，安全事故少、材料成本经济实惠。

技术总结
本发明提供了一种木构节点刚性化连接技术，涉及木结构建筑技术领域。木结构建筑节点由于杆件在加工中产生尺寸公差，杆件连接中出现几何公差，钢材与木材间温、湿度材料膨胀系数不同产生公差等原因，导致木结构节点在结构计算中把所有节点均按半铰接或铰接节点进行受力计算。所述连接技术采用一种胶凝材料A密实上述节点中的缝隙，达到节点的受力要求，将木构节点刚性化。

技术研发人员：张楠,邓蔚文,戴宇琴,罗泽,刘强强
受保护的技术使用者：北京世纪天创智业系统集成技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11