第六章-木结构

1.木结构用材2.设计基本规定3.结构计算方法4.木结构的连接5.木结构的保护第六章木结构1.木结构用材（1）木材承重结构用材，分为原木、锯材（方木、板材、规格材）和胶合材。用于普通木结构的原木、方木和板材的材质等级分为Ⅰa、Ⅱa、Ⅲa三级，Ⅰa级为好，Ⅲa级为差；胶合材的材质等级分为Ⅰb、Ⅱb、Ⅲb三级；轻型木结构用规格材按目测分为七级，按强度分为八级。原木板材规格材方木锯材胶合材普通木结构构件的材质等级木结构构件应根据主要用途按照要求选用相应的材质等级。项次主要用途材质等级1受拉或受弯构件Ⅰa2受弯或压弯构件Ⅱa3受压构件及次要受弯构件Ⅲa承重结构原木材质标准承重结构方木材质标准承重结构板材材质标准（2）连接钢材木结构用钢材多用作连接件，在特殊情况下可代替一部分木结构发挥作用。主要有型钢、螺栓、焊条等。（3）结构用胶承重结构用胶，应保证其胶合强度不低于木材顺纹抗剪和横纹抗拉的强度。胶连接的耐水性和耐久性、应与结构的用途和使用年限相适应，并应符合环保要求。对于有可能受潮的结构及重要的建筑物，应该采用耐水胶。2.设计基本规定（1）木材的设计强度阔叶树种木材适用的强度等级强度等级适用树种TB20青冈椆木门格里斯木卡普木沉水稍克隆绿心木紫心木孪叶豆塔特布木TB17栎木达荷马木萨佩莱木苦油树毛罗藤黄TB15锥栗桦木黄梅兰蒂梅萨瓦木水曲柳红劳罗木TB13深红梅兰蒂浅红梅兰蒂白梅兰蒂巴西红厚壳木TB11大叶椴小叶椴针叶树种木材适用的强度等级强度等级组别适用树种TC17A柏木长叶松湿地松粗皮落叶松B东北落叶松欧洲赤松欧洲落叶松TC15A铁杉油杉太平洋海岸黄柏花旗松—落叶松西部铁杉南方松B鱼鳞云杉西南云杉南亚松TC13A油松新疆落叶松云南松马尾松扭叶松北美落叶松海岸松B红皮云杉丽江云杉樟子松红松西加云杉俄罗斯红松欧洲云杉北美山地云杉北美短叶松TC11A西北云杉新疆云杉北美黄松云杉—松—冷杉铁—冷杉东部铁杉杉木B冷杉速生杉木速生马尾松新西兰辐射松木材的强度设计值和弹性模量强度等级组别适用树种抗弯fm顺纹抗压及承压fc顺纹抗拉ft顺纹抗剪fv横纹承压fc,90弹性模量E全表面局部表面及齿面拉力螺栓垫板下面TC17A柏木1716101.72.33.54.610000B东北落叶松159.51.6TC15A铁衫、油杉151391.62.13.14.210000B鱼鳞云杉、西南云杉1291.5TC13A油松、新疆落叶松、云南松、马尾松13128.51.51.92.93.810000B红皮云松、丽江云杉、红松、樟子松108.01.49000TC11A西北云杉、新疆云杉11107.51.41.82.73.69000B杉木、冷杉107.01.3TB20-栎木、青冈、稠木2018122.84.26.38.412000TB17-水曲柳1716112.43.85.77.611000TB15-锥栗（拷木）、桦木1514102.03.14.76.210000上述强度指标在下列情况下应进行调整：1）当采用原木时，若验算部位未经切削，其顺纹抗压和抗弯强度设计值和弹性模量可提高15%；2）当构件矩形截面的短边尺寸不小于150mm时，其抗弯强度设计值可提高10%。3）当采用湿材时，各种木材的横纹承压强度设计值和弹性模量，以及落叶松木材的抗弯可是度设计值宜降低10%。4）不同使用条件下木材强度设计值和弹性模量的调整系数项次使用条件调整系数强度设计值弹性模量1露天环境0.900.852在生产性高温影响下，木材表面温度达40~50℃0.800.803恒荷载验算0.800.804木构筑物0.901.005施工和维时的短暂荷载1.301.005）不同设计使用年限时木材强度设计值和弹性模量的调整系数设计使用年限调整系数强度设计值弹性模量5年1.11.125年1.051.0550年1.01.0100年及以上0.90.9原木构件沿其长度的直接变化率，一般可取9mm/m采用。验算挠度和稳定时，可取构件的中央截面，验算抗弯刚度时，取最大弯矩处的截面。3.结构计算方法（1）轴心受拉构件式中：ft--木材顺纹抗拉强度设计值(N/mm2)；N--轴心拉力设计值(N)；An--受拉构件的净截面面积(mm2)。计算An时应将分布在150mm长度上的缺孔投影面积扣除。tnfAN（2）轴心受压构件按强度验算式中：fc--木材顺纹抗压强度设计值(N/mm2)；N--轴心压力设计值(N)；An--受压构件的净截面面积(mm2)。cnfAN按稳定验算式中：fc--木材顺纹抗压强度设计值(N/mm2)；N--轴心压力设计值(N)；A0--受压构件截面的计算面积(mm2)，按以下规定取用。cfAN0受压构件截面的计算面积A0，应按下列规定采用：1）无缺口时，取受压构件的全截面面积A；2）缺口不在边缘时(图a)，取A0=0.9A；3）缺口在边缘且为对称时(图b)，取A0=An4）缺口在边缘但不对称时(图c)，应按偏心受压构件计算。轴心受压构件的稳定系数φ，应根据不同树种的强度等级按下列公式计算：1）树种强度等级为TC17、TC15及TB20时：式中：φ--轴心受压构件稳定系数；λ--构件的长细比。2)80(1123000当λ≤75时λ＞75时2）树种强度等级为TC13、TC11、TB17及TB15时：式中：φ--轴心受压构件稳定系数；λ--构件的长细比。2)65(1122800当λ≤91时λ＞91时不论构件截面上有无缺口，构件的长细比λ均应按下列公式计算：式中：l0--受压构件的计算长度(mm);i--构件截面的回转半径(mm);I--构件的毛截面惯性矩(mm4);A--构件的毛截面面积(mm2);受压构件的计算长度，应按实际长度乘以下列系数：两端铰接1.0一端固定，一端自由2.0一端固定，一端铰接0.8λ=l0/iAIi受压构件长细比限值（3）受弯构件受弯构件的抗弯承载能力，应按下式验算：式中：fm--木材抗弯强度设计值(N/mm2)；M--弯矩设计值(N·mm2)；Wn--构件的净截面抵抗矩(mm3)；mnfWM受弯构件的抗剪承载能力，应按下式验算：式中：fv--木材顺纹抗剪强度设计值(N/mm2)；V--剪力设计值(N)；S--剪切面以上的毛截面面积对中和轴的面积矩(mm3)；I--构件的毛截面惯性矩(mm4)；b--构件的截面宽度(mm)。vfIbVS式中：[ω]—受弯构件的容许挠度值(mm)，应按下页表中规定采用；ω—构件按荷载短期效应组合计算的挠度(mm)。受弯构件的挠度，应按下式验算：受弯构件挠度限值4.木结构的连接木材因天然尺寸有限，或结构构造的需要，因而常用拼合、接长和节点联结等方法，将木料连接成结构和构件。连接是木结构的重要部位,设计与施工的要求较严格,因具有传力明确，韧性和紧密性良好，构造简单，检查和制作方便等优点。常见的连接方法有：（1）榫卯连接（2）齿连接（3）螺栓连接和钉连接（4）齿板连接（1）榫卯连接是中国古代工匠创造的一种连接方式，主要在实木结构中，也常见于其他木、竹、石制的器物中。凸出部分叫榫（或榫头）；凹进部分叫卯（或榫眼、榫槽）。其特点是利用木材承压传力，以简化梁柱连接的构造；利用榫卯嵌合作用，使结构在承受水平外力时，能有一定的适应能力。因此，这种连接至今仍在中国传统的木结构建筑特别是在实木家具中得到广泛应用。其缺点主要是对木料的受力面积削弱较大，用料不经济。榫卯结构的种类很多，就其使用的部位、功能和形态而言，大体可分为明榫、暗榫、套榫、夹头榫、插肩榫、抱肩榫、钩挂榫、燕尾榫、楔钉榫及走马销等。燕尾榫：相传为鲁班发明，被后世尊称为“万榫之母”。燕尾榫是指两块平板直角相接时，为了防止受拉力时脱开，将榫头做成梯台形，形似燕尾，故名“燕尾榫”。明榫：木构件制作完成后，能够在表面看到榫头的称为明榫。用在桌案板面的四框和柜子的门框处。暗榫：木构件制作完备后，在表面不能看到榫头的称为暗榫，也称“闷榫”。楔钉榫：用来连接弧形弯材的常用结构，它把弧形材的上下两片榫头交搭，同时让榫头上的小舌入槽，使其不能上下移动。然后在搭扣中部剔凿方孔，将一枚断面为方形，一边稍粗，一边稍细的楔钉插贯穿过去，使其不能左右移动。夹头榫：这类榫卯结构在案形家具中最常见，家具的腿足上端开口，嵌夹牙条与牙头，顶端出榫，与桌案案面的卯眼结合，结构稳固，桌案和腿足角度不易变动，又可将桌面重量分担到腿足上来。套榫：椅子的扶手等位置连接时不用夹头榫，而是将一边做方形出榫，相对的部分挖成方形榫眼，然后将二者套接。抱肩榫：这种榫卯结构常用在束腰家具的腿足与束腰、牙条相结合处。勾挂榫插肩榫：也是案类家具常用的一种榫卯结构，虽然外观与夹头榫不同，但其结构却与夹头榫相似。插肩榫与夹头榫不同之处是插肩榫腿足的上端外侧被削出斜肩，牙条与腿足相交处剔出槽口。走马销：是指将一块独立的木块做成榫头栽到构件上去，来代替构件本身做成的榫头。独立的木块做成的榫头形状是下大上小，榫眼的开口是半边大，半边小。榫头由大的一端插入，推向小的一边，就可扣紧。（2）齿连接将受压构件的端头做成齿榫，抵承在另一构件的齿槽内以传递压力的一种连接方式。齿槽除承受压杆的压力外，并在槽底平面上承受顺纹方向的剪力。分单齿连接和双齿连接。齿连接应符合下列规定：1）齿连接的承压面，应与所连接的压杆轴线垂直。2）单齿连接应使压杆轴线通过承压面中心。3）木桁架支座节点的上弦轴线和支座反力的作用线，当采用方木或板材时，宜与下弦净截面的中心线交汇于一点；当采用原木时，可与下弦毛截面的中心线交汇于一点。此时，刻齿处的截面可按轴心受拉验算。4）齿连接的齿深，对于方木不应小于20mm；对于原木不应小于30mm。（3）螺栓连接和钉连接螺栓连接和钉连接中可采用双剪连接或单剪连接。连接木构件的最小厚度，应符合一下要求。螺栓连接和钉连接中木构件的最小厚度注：c--中部构件的厚度或单剪连接中较厚构件的厚度；a--边部构件的厚度或单剪连接中较薄构件的厚度；d--螺栓或钉的直径。螺栓的排列，可按两纵行齐列或两纵行错列布置，且间距应符合相关的规定。钉的排列，可采用齐列、错列或斜列布置，其最小间距应符合一定要求，对于软质阔叶材，其顺纹中距和端距应适当增加；对于硬质阔叶材和落叶松，若无法预先钻孔，不应采用钉连接。在一个节点中，不得少于两颗钉。（4）齿板连接用高强螺栓或专门机具将齿板直接压入被连接构件中，而不必预先挖槽，既方便又紧密，且具有较好的韧性，但承载能力较低。齿板为经表面处理的钢板冲压成带齿板，用于轻型桁架节点连接或受拉杆件的接长。对处于腐蚀环境、潮湿或有冷凝水环境的木桁架不应该采用齿板连接。齿板不得用于传递压力；齿板应成对对称设置于构件连接节点的两侧；采用齿板连接的构件厚度不应小于齿嵌入构件深度的两倍。5.木结构的保护木结构对于使用环境的要求较高，不能在高温、潮湿、虫害猖獗的环境使用。（1）防火木结构建筑构件的燃烧性能和耐火极限不应低于下表规定：构件名称耐火极限（小时）防火墙不燃烧体3.00承重墙、分户墙、楼梯和电梯井墙体难燃烧体1.00构件名称耐火极限（小时）非承重墙、疏散走道两侧的隔墙难燃烧体1.00分室隔墙难燃烧体0.50多层承重柱难燃烧体1.00单层承重柱难燃烧体1.00梁难燃烧体1.00楼盖难燃烧体1.00屋顶承重构件难燃烧体1.00疏散楼梯难燃烧体0.50室内吊顶难燃烧体0.25木结构建筑不应超过三层。不同层数建筑最大允许长度和防火分区面积不应超过下表规定：当安装有自动喷水灭火系统时，每层楼最大允许长度、面积可在上表基础上扩大一倍，局部设置时候，应按局部面积计算。层数最大允许长度（m）每层最大允许面积（m2）单层1001200两层80900三层60600防火间距木结构建筑之间、木结构建筑与其它耐火等级的建筑之间的防火间距不应小于下列规定：建筑种类一、二级建筑三级建筑木结构建筑四级建筑木结构建筑8.09.010.011.0两座木结构建筑之间、木结构建筑与其它结构建筑之间的外墙均无任何门窗洞口时，其防火间距不应