石材作为结构构件时的连接方法

石材作为结构材料可以形成板柱体系、梁柱体系、墙承重结构体系、拱式结构等不同的结构体系。石材具有抗压强度高，耐久性好的优点，决定了石材主要应用于受压部位以及抵抗自然环境侵蚀的部位如墙体、柱子、基础，有时也会用做屋面板、梁等建筑结构构件。石材作为结构材料使用已久，连接石构件的方法也因此在漫长的应用历史中不断发展变化。

石材的结构体系及构件形式

1：叠砌

叠砌指石材的连接不靠任何粘接材料，单纯通过石材自身的自重，或通过材料自身的咬合叠砌，使石材之间整体稳定。最初叠砌方法主要应用在石墙砌筑上。大致可分为三种：（1）由多边形石块砌筑（图1），有的石材还经过粗加工，使之互相咬合（但用巨石砌筑的城墙，尽管拼合精心，一般很少雕琢，也不用灰浆）；（2）采用较齐整的错拐砌筑方法（图1）；（3）更规则的矩形石块墙，即由修凿过的石块分层垒成墙体（同层石头之间的接缝并不一定垂直），如（图1）。

图1：早期石墙的砌筑方式

我国江浙地区楠溪江的卵石墙砌法有多种：乱石砌、人字纹墙、自由人字纹墙等。一般先用大块毛石打好基础，然后分内外两层皮砌筑，逐渐向上收分，石间不用砂浆灰泥或其它填充材料，全凭高超的技术，利用石头的大小开形状，自然相互挤压而成（如图2）。我国贵州石板房的墙用乱石板像垒砖头那样，砌成40厘米左右厚的墙体（如图2）。早期石材作为屋面时多用整块的石材作为屋面板，后来出现了石板搭接而成的屋面（如图2）。

图2：我国的石墙及石屋顶形式图

石砌穹顶可以采用石材叠涩挑出的方法砌筑。砌筑穹顶用的石板的尺寸比较大，每个石块与下层的石块成一定角度排列，并且向内逐渐收缩。这样每层形成一个多边形，中央洞口层层缩减到收拢，形成叠涩穹顶，这种方法所形成的拱顶内部形状宛若一朵玫瑰花（图3），虽不完整，但胜在独特。

图3：叠涩挑出砌筑的墓室顶棚，公元前 1 世纪

2：用粘结材料连接-浆砌

浆砌连接石材，在我国古代就有用石灰浆、石灰砂浆加糯米汁、石灰黏土砂浆来粘结石材，现代石砌体的粘结材料还包括石灰砂浆、石灰水泥混合砂浆及水泥砂浆等。

浆砌石墙包括乱石墙和整石墙。乱石墙是用大小不等、形状不一，且未琢凿的石块砌筑而成，墙面凹凸不平，按石块的形状不同有片石墙（如图4）、虎皮墙（如图4）以及块石墙（如图4）。乱石墙砌筑时，先将转角或墙头砌好，再由两端向中间砌，石块应大小搭配，大面（座面）向下，照面（较整齐的面）向外，斜口朝内，上下缝交错排列。石缝须用水泥砂浆或混合砂浆灌满。整石墙是经加工外形规则的石块砌成，整石尺寸长600-1200mm，宽200-600mm，高150-400mm。墙厚250-400mm，灰缝厚度3-6mm。砌筑时石块应错缝搭接。

图4

3：靠连接件销接

靠连接件销接石构件，在各地都曾广泛应用过。古埃及人用木制燕尾销连接各层石块；到了迈锡尼时期，人们改用铜件固定装饰面层；而希腊人则将销连接件用在了结构构件上，并且由铜件改为铁制品（图5），并且辅助以来自东方的浇铅办法将铁销件固定在石构件里，当然，昂贵的金属销件只能应用在最重要的建筑中。

图5：石材的销连接

古希腊帕提农神庙的巨大圆柱底部直径2m，高有十米。高大的石柱由0.9米高的石鼓组成。石柱的最上层和最下一层柱鼓石做变形处理，柱鼓间仅周围琢平吻合，中心凿小孔，中间以木销件连接（如图6）。

图6：帕提农神庙柱倾斜角柱构造做法

我国建筑营造中的石活工艺中的铁活连接包括用“拉扯”（如图7），用“银锭”又叫“头钩”（如图7），用“扒锔”（如图7）。通常石活的表面按铁活的形状凿出窝来，将铁活安放好，空余部分用灰浆或白矾水灌严，讲究的做法要灌入盐卤浆或铁水。

图7：我国石活中的铁活连接

4：后张拉技术

石材在压力作用下很坚固，可以承受很大的压力，因此，工程师彼德·怀斯将石材砌筑和受拉钢索结合，发明了石材的后张拉承重技术。后来怀斯改进了后张拉方法，通过钢筋插入石材内部，并拉紧钢筋使石块紧紧地压在一起。伦佐·皮亚诺在后来设计的Padre Pio pilgrimage 教堂中，就使用了这种技术方法（如图8）。用后张法来预压石块，可以减少石块以后在拉力作用下开裂的危险，而且后张法连接的石拱还能满足教堂所在地区的抗震设防要求。

图8：Padre Pio pilgrimage 教堂

5：金属框连接石材

用金属丝围成的笼子做容器，里面装满石块，形成一个石筐。早期的金属筐是管状的，和现在用的沙袋一样，装上石块后，用来抵御河水的冲蚀。而箱型石筐的出现使金属筐装石材的方法在建筑上有了更大作为。由于这种方法可以利用采矿的废石料，对石材的要求比其它石材的连接方法的要求低很多。这种方法不但能形成特殊的光影效果、有保温隔热作用，且石材和金属所形成的独特肌理为建筑物增色不少（图9）。

图9：石筐建筑

文章来源：《连接的技术研究》--于文砚，图片版权归属原作者，如侵权请联系删除。

知识点：石材作为结构构件时的连接方法

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