理论教育 契合构造的发展演变及其应用

契合构造的发展演变及其应用

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:契合构造是一种通过阴阳咬合直接连接的构造方式。在纽约举行的暴风建造实验中,新奥尔良住宅采用了一种新颖的木板榫卯构造方式。嵌板是一种类似榫卯的连接构造,金属嵌板取代了木材的榫卯开口,以最小的材料损失取得最大的构造强度。图4-5新的契合构造——拉链连接在膜结构中的应用资料来源:http://www.flick.com

契合构造的发展演变及其应用

契合构造是一种通过阴阳咬合直接连接的构造方式。榫卯是契合构造最典型的代表,这种精巧的连接构造被广泛地应用于木构件连接中,早期也曾经被用于砖和石材构件安装构造中(图4-1)。依靠构件阴阳相接之处的摩擦力实现连接的强度,不需要其他过渡构件是榫卯构造装配高效的优势。但构件的开榫耗时耗材,以及连接强度有限是其明显的缺点。因此,随着金属构件的发展,木榫卯逐渐被钉子、螺栓、齿板等连接所取代。尽管如此,在轻型木结构建造系统中,经过现代改良的榫卯构造依然是一种高效的连接技术。

图4-1 传统的榫卯构造

资料来源:自绘

现代木榫卯工艺简化了榫卯构造形式,并通过机器生产提高标准构件的生产效率,由胶合木形成的构件强度也更高。在纽约举行的暴风建造实验中,新奥尔良住宅(House for New Orleans)采用了一种新颖的木板榫卯构造方式。从结构柱、梁到墙板维护构件,乃至楼梯等附属构件全部采用胶合木板组装而成。以木板形成的排架结构作为建筑的整体支撑体系(包括基础),木板上预先开锯齿形企口作为接口,所有的结构和围护板材之间都通过榫卯构造连接,墙板每隔一定距离加以十字形或者一字形构件作为加强连接,屋顶和梁的结构连接通过半圆形的插接件进行加固(图4-2)。

图4-2 新奥尔良住宅中经过改进的木榫卯构造

资料来源:http://www.flick.com

金属工艺的发展,产生了一种新型的榫卯形式,那就是从钢结构连接中嫁接过来的齿板连接技术。嵌板是一种类似榫卯的连接构造,金属嵌板取代了木材的榫卯开口,以最小的材料损失取得最大的构造强度。人们通过水力压力机、气动压力机或机械滚筒等机械手段将齿板压入木材,这些齿形紧固件起到多重钉盘的作用,将木构件连接在一起。这种整体嵌入式的构造比螺钉、螺栓更容易与更大块的木纤维产生强效连接,从而使木材开裂的可能性降到最低。齿板的引入为木构件提供了各方向的高效连接,使得木材也可以形成和钢材一样的空间结构形式:嵌板从单向单板形式到多板多向的形式可以满足从简支梁结构到空间网架结构等各种不同构造的要求(图4-3)。

图4-3 由金属嵌板和木材形成的混合材料榫卯构造(www.daowen.com)

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在先进的加工技术下,榫卯构造得以拓展到其他材料领域。受传统木构启发,英国工程师劳伦斯·杜赫斯特(Laurence Dewhurst)和蒂姆·麦克法兰(Tim Macfarlane)尝试研制出了一种不含任何金属构件,以玻璃榫眼和凸榫为构造的全玻璃建筑。在此基础上,1992年,建筑师瑞克·马瑟(Rick Mather)建成了第一个真正意义上的全玻璃构造建筑——伦敦汉普斯特德(Hampstead)的一间温室。除了柱、梁外,墙体和屋顶完全由带PVB层的三层层压玻璃组成,玻璃之间全部采用榫眼连接。由安泰纳(Antenna)与麦克法兰合作设计的英国金斯威德(Kingswinford)博物馆扩建工程同时也是迄今为止最大的全玻璃建筑(图4-4)也采用了相同的构造方式。长11m、高3.5m的玻璃清澈透亮,完全没有采用任何金属连接件,1.1m的柱子和梁采用树脂合成的碾压结构,玻璃层通过榫眼和凸榫连接[1]

图4-4 金斯威德博物馆扩建项目中采用玻璃榫构造实现了特殊的全玻璃建造技术

资料来源:[德]史蒂西,施塔伊贝.玻璃构造手册[M].白宝鲲,厉敏,译.大连:大连理工大学出版社,2004:278,作者编辑

除了榫卯,最常见的另一种契合构造就是拉链:它将柔性的皮革、布料通过刚性链牙的契合构造连接在一起,并能达到开合自如的效果。拉链连接分为压状拉链、旋转拉链、槽型拉链和滑行拉链等,建筑工程中通常采用的是金属压状拉链,尤其在膜结构连接中,拉链有着广泛的应用。作为膜结构构造中一种高效的连接方式,拉链节点在两排膜边缘上做链条压边,并在拉链末端设置开启拉链的拉环,用以防止拉环脱出拉链的端部,可以在现场实现张拉膜之间的快速连接(图4-5)。

契合构造通常不需要借助其他过渡连接技术就可以实现构件之间的快速结合,除此以外,大部分构件的连接都会借助第三种材料(如黏合剂)、构件(如过渡连接件)或者特殊工艺方法(如焊接)。从构件连接后的状态考虑,一般可以分为固定连接和可变连接。

图4-5 新的契合构造——拉链连接在膜结构中的应用

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