第七章 第一～二節(jié) 木結(jié)構(gòu)用材和構(gòu)件計算

gaocen

第一節(jié)  木結(jié)構(gòu)用木材

一、木材的特點和適用范圍

木結(jié)構(gòu)（ timber structure ）是指以木材為主制作的結(jié)構(gòu)。

由于我國樹木分布廣泛，易于取材；木材采伐和加工方便，同時質(zhì)輕且強，所以木材很早就被用來建造房屋與橋梁。但是，由于術材存在著各向異性、天然缺陷（木節(jié)、斜紋、髓心、裂縫等）、易腐、易蛀和易裂等缺點，對木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、節(jié)點連接，施工質(zhì)量以及使用期維護都有比較高的要求，以保證木結(jié)構(gòu)有足夠的可靠性和耐久性。

木結(jié)構(gòu)生長速度緩慢，而木材資源有限，因此，建造木結(jié)構(gòu)除了做到保證安全和人體健康以外，還要合理利用木材，大力發(fā)展人工林，改變過去對生態(tài)保護重視不夠，森林資源破壞嚴重的情況，促進我國木結(jié)構(gòu)健康地可持續(xù)性發(fā)展。

承重木結(jié)構(gòu)應在正常溫度和濕度環(huán)境中項房屋結(jié)構(gòu)和構(gòu)筑物中使用 J 幾處于下列生產(chǎn)和使用條件的情況，不應采用木結(jié)構(gòu)：

（ 1 ）極易引起火災的；

（ 2 ）受生產(chǎn)性高溫影響，木材表面溫度高于 50 ℃ 的；

（ 3 ）經(jīng)常受潮且不易通風的。

二、木材的分類

       木結(jié)構(gòu)用的木材分為針葉材和闊葉材。主要承重構(gòu)件宜采用針葉材，重要的木質(zhì)連接件應采用細密、直紋、無節(jié)和無其他缺陷且耐腐蝕的硬質(zhì)闊葉材。

       承重木結(jié)構(gòu)用的木材，按照其材質(zhì)，從好到壞可分為I、II、III級，設計時應根據(jù)受力的種類進行選用：受拉或拉彎構(gòu)件材質(zhì)等級選用 I 級；受彎或壓彎構(gòu)件材質(zhì)等級選用II 級；受壓構(gòu)件及次要受彎構(gòu)件材質(zhì)等級選用 III級。承重結(jié)構(gòu)木材材質(zhì)標準參見《 木結(jié)構(gòu)設計規(guī)范 》 （ GB50005-2003 ） （本節(jié)以下簡稱 《 規(guī)范 》 ）附錄 A 。

木結(jié)構(gòu)用材按使用截面的不同，可分為原木、鋸材和膠合材。

（ 1 ）原木（log）是指伐倒并除去樹皮、樹枝和樹梢的樹干。

（ 2 ）鋸材（ sawn lumber ）是指由原木鋸制而成的任何尺寸的成品材或半成品材。鋸材又分方木（ square timber ）、板材（ plank ）和規(guī)格材（ dimension lumber ）。方木是指直角鋸切且寬厚比小于 3 的，截面為矩形或正方形的鋸材。板材是指寬度為厚度 3 倍或 3 倍以上的矩形鋸材。規(guī)格材是指按輕型木結(jié)構(gòu)設計的需要，木材截面寬度和高度按規(guī)定尺寸加工的規(guī)格化木材。

（ 3 ）膠合材（ glued lunber ）是指以木材為原料通過膠合壓制而成的柱型材和各種板材的總稱。

三、木材的物理性能

1 ．木材的含水率

       木材的含水率對木材強度有很大的影響，隨含水率的增加木材強度降低。當含水率達到纖維飽和點時，木材的強度不再降低。含水率對受壓、受彎、受剪及承壓強度影響較大，而對受拉強度影響較小。

按照含水率大小，木材可分為干材（含水率小于 18 % ）、半干材（含水率等于 18 ％一 25 % ）和濕材（含水率大于 25 % ）。 《 規(guī)范 》 規(guī)定，在制作構(gòu)件時，木材的含水率應符合下列要求：

（ 1 ）現(xiàn)場制作的原木或方木結(jié)構(gòu)不應大于 25 % ;

（ 2 ）板材和規(guī)格材不應大于 20 % ;

（ 3 ）受拉構(gòu)件的連接板不應大于 18 % ;

（ 4 ）作為連接件不應大于 15 % ;

（ 5 ）層板膠合木結(jié)構(gòu)不應大于 15 % ，同一構(gòu)件各層木板間的含水率差別不應大于 5 ％。

2 ．木材的濕脹、干裂與翹曲

當木材的含水率在纖維飽和點以下變化而引起木材的濕脹或干裂時，其尺寸變化的規(guī)律是相似的。由于干縮會引起開裂和翹曲，對于木結(jié)構(gòu)的工作影響較大，因此木結(jié)構(gòu)的干縮更需要引起重視。

原木或帶髓心的方木在干燥過程中開裂的原因主要有兩種：

（ 1 ）環(huán)向的收縮受到徑向的約束，沿年輪產(chǎn)生的環(huán)向拉應力；

（ 2 ）木材外層的水分蒸發(fā)速度比內(nèi)層快，其收縮變形受到內(nèi)層的阻礙時，亦產(chǎn)生環(huán)向拉應力。上述兩種原因產(chǎn)生的拉應力之和，超過了木材的抗拉強度時，即由外向內(nèi)發(fā)生開裂。木材端部水分蒸發(fā)較快，常形成嚴重的端裂，應設法預防。

對于板材而言，在干燥過程中，環(huán)向和徑向兩個方向的干縮率不同，不會致使開裂，若任其自由變形，則發(fā)生翹曲。

3 ．木材的缺陷

天然生長的木材不可避免的會存在一些缺陷。對木材影響最大的缺陷是腐朽和蟲蛀，這是任何等級的木材都絕對不允許的。對木材強度有影響的缺陷還包括：木節(jié)、斜紋、裂縫和髓心。

四、木材的力學性能

1 ．木材的受拉性能

       木材順紋抗拉強度最高，而橫紋抗拉強度很低，僅為順紋抗拉強度的 1 /10~1 / 40 。斜紋受拉強度介于順紋與橫紋兩者之間，因而應盡量避免木材橫紋受拉。木材受拉破壞前的變形很小，沒有顯著的塑性變形，屬于脆性破壞。故《 規(guī)范 》 對木材受拉除了采用較低的強度設計值外，還要求使用I級材，對未材的缺陷給予嚴格限制。

2 ．木材的受壓性能

木材受壓時，有較好的塑性變形，可以使應力集中逐漸趨于緩和，所以局部削弱對木材受壓的影響比受拉時小得多，木節(jié)、斜紋和裂縫等缺陷也較受拉時的影響緩和。木材受壓時的工作性能要比受拉時可靠得多，因此對木材的選擇較受拉時為寬，可采用III級材。

兩個構(gòu)件利用表面互相接觸傳遞壓力叫承壓。在木結(jié)構(gòu)的接頭和連接中常遇到承壓的情況。根據(jù)木材承壓的外力與木紋所成的角度不同，可分為順紋承壓、橫紋承壓和斜紋承壓（圖 7-1 ）。

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（ 1 ）順紋承壓。

木材的順紋承壓強度略低于順紋受壓的強度，原因為：

1 ）承壓面不可能完全平整，致使承壓力分布不均勻；

2 ）兩個構(gòu)件的年輪不可能對準，一構(gòu)件晚材壓人另一構(gòu)件早材，也使變形增大。但是木材的順紋承壓與順紋受壓相差很小，在《 規(guī)范 》 中將順紋承壓與順紋受壓取同一值 fc 。

（ 2 ）橫紋承壓。

橫紋承壓分為局部長度承壓、局部長度和局部寬度承壓、全表面承壓三種情況。如圖 7-2 （ a ）、（ b ）、（ c ）所示。

局部長度承壓的強度較高，因為局部長度承壓時，不承壓部分的的纖維對其受壓部分的纖維變形有阻止作用。在局部長度承壓中，承壓面長度越小，承壓強度越高。當木結(jié)構(gòu)構(gòu)件未承壓部分的長度很短時，構(gòu)件兩端將出現(xiàn)橫紋開裂現(xiàn)象（圖 7-3 ） ，因此構(gòu)造上必須保證木結(jié)構(gòu)構(gòu)件L/ Lc 的比值足夠大，才能提高橫紋承壓強度。

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由于木材在橫紋方向的彼此牽制作用很小，所以局部承壓中不考慮在寬度方向未受力部分的影響。

木材全表面橫紋承壓時，變形較大，加荷至一定限度以后，由于木材細胞壁逐漸破裂被壓扁，木材被壓實，其變形逐漸減小直至纖維束失去穩(wěn)定而破壞。橫紋全表面承壓強度最低。

（ 3 ）斜紋承壓。斜紋承壓即外力與木紋成一定角度的局部承壓。斜紋承壓的強度介于順紋承壓和橫紋承壓之間，與 a 值有關系。

3 ．木材的受彎性能

木材的受彎性能如圖 7-4 所示：截面應力在加載初期呈直線分布；隨著荷載的增加，在截面受壓區(qū)，壓應力逐漸成為曲線，而受拉區(qū)內(nèi)的應力仍接近直線，中和軸下移；當受壓邊緣纖維應力達到其強度極限值時將保持不變，此時的塑性區(qū)不斷向內(nèi)擴展，拉應力不斷增大；邊緣拉應力達到抗拉強度極限時，構(gòu)件受彎破壞�！� 規(guī)范 》 對受彎構(gòu)件材質(zhì)的要求介于拉、壓之間，可采用II級材。

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4 ．木材的受剪性能

       木材的受剪可分為截紋受剪、順紋受剪和橫紋受剪，如圖 7-5 （ a ）、（ b ）、（ c ）所示。截紋受剪是指剪切面垂直于木紋，木材對這種剪切的抵抗力是很大的，一般不會發(fā)生這種破壞。順紋受剪提指作月力與術紋平行。橫紋受剪是指作用力與木紋垂直。橫紋剪切強度約為順紋剪切強度的一半，而截紋剪切強度則為順紋剪切強度的 8 倍。木結(jié)構(gòu)中通常多用順紋受剪破壞，屬于脆性破壞。木材缺陷對受剪工作影響很大，特別是木材的裂縫，當裂縫與剪面重合時更加危險，常是木結(jié)構(gòu)連接破壞的主要原因。由于木材的髓心處材質(zhì)較易開裂，故《 規(guī)范 》 規(guī)定受剪面應該避開髓心。

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第二節(jié)  木結(jié)構(gòu)構(gòu)件計算

一、軸心受拉構(gòu)件

軸心受拉構(gòu)件的承載力按下式驗算：

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式中 ft― 木材順紋抗拉強度設計值， N / mm2；

    N軸心受拉構(gòu)件拉力設計值，N ;

An― 受拉構(gòu)件的凈截面面積，mm2，計算 An時應扣除分布在 150mm長度上的

缺孔投影面積。

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二、軸心受壓構(gòu)件

軸心受壓構(gòu)件的承載力驗算：

1 ．按強度驗算

2 ．按穩(wěn)定驗算

式中 fc― 木材順紋抗壓強度設計值，

N －一軸心受壓構(gòu)件壓力設計值，

An ― 受壓構(gòu)件的凈截面面積，mm2；

A0 ― 受壓構(gòu)件截面的計算面積，mm2，按照 《 規(guī)范 》 第 5 . 1 . 3 條確定；

file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif——軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)，按照 《規(guī)范 》 第 5 . 1 . 4 條確定。

三、受彎構(gòu)件

1 ．單向受彎構(gòu)件的抗彎承載力驗算

式中fm―木材抗彎強度設計值， N / mm2 ;

M一受彎構(gòu)件彎矩設計值， N · mm ;

Wn ― 受彎構(gòu)件的凈截面抵抗矩，mm3。

2 ．單向受彎構(gòu)件的抗剪承載力驗算

式中fv——木材順紋抗剪強度設計值， N / mm2；

V ——受彎構(gòu)件剪力設計值， N ，按照 《 規(guī)范 》 第 5 . 2 . 3 條確定；

I——構(gòu)件的全截面慣性矩，mm4；

B——構(gòu)件的截面寬度， mm ;

S——剪切面以上的截面面積對中性軸的面積矩， mm3。

3 ．單向受彎構(gòu)件的撓度驗算

式中[ω]― 受彎構(gòu)怕內(nèi)撓度限制， mm ，按照 《 規(guī)范 》 表 4 . 2 . 7 采用；

ω一構(gòu)件按荷載效應的標準組合計算的撓度， mma。

4 ．雙向受彎構(gòu)件的承載力驗算

式中σmx、σmy ― 對構(gòu)件截面 x 、 y 軸的彎曲應力設計值， N /mm2 。

5 ．雙向受彎構(gòu)件的撓度驗算

式中ωx、ωy― 構(gòu)件按荷載效應的標準組合計算的對 x 、 y 軸方向的撓度，mm。

四、拉彎構(gòu)件

拉彎構(gòu)件的承載力按下式驗算：

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式中符號意義同前。

五、壓彎構(gòu)件

壓彎構(gòu)件及偏心受壓構(gòu)件的承載力驗算：

1 ．按強度驗算

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2 ．按穩(wěn)定驗算

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式中

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― 考慮軸向力和初始彎矩共同作用的折減系數(shù)，按照《規(guī)范》第 5 .3 .2-4式確定； fc 、fm― 考慮 《 規(guī)范》 表 4 . 2 . 1 一 4 所列調(diào)整系數(shù)后的木材順紋抗壓強度設計值、抗彎強度設計值， N / mm 2 ;

其余符號意義同前。

sm0769t

寫得好啊　估計有馬甲  

佳訊通

哈哈,頂你了哦.  

凱文

先頂后看  

小小女x

必須頂  

qiqutc

我來看看！謝謝  

iydZOSGK

知道了 不錯~~~  

文杰君

寫得好啊　估計有馬甲  

花非花1

天啊.