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[建筑結構] 第七章 第一~二節 木結構用材和構件計算

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樓主
發表于 2013-2-21 10:39:59 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式

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第一節  木結構用木材

一、木材的特點和適用范圍
木結構( timber structure )是指以木材為主制作的結構。
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、斜紋、髓心、裂縫等)、易腐、易蛀和易裂等缺點,對木結構的結構形式、節點連接,施工質量以及使用期維護都有比較高的要求,以保證木結構有足夠的可靠性和耐久性。
木結構生長速度緩慢,而木材資源有限,因此,建造木結構除了做到保證安全和人體健康以外,還要合理利用木材,大力發展人工林,改變過去對生態保護重視不夠,森林資源破壞嚴重的情況,促進我國木結構健康地可持續性發展。
承重木結構應在正常溫度和濕度環境中項房屋結構和構筑物中使用 J 幾處于下列生產和使用條件的情況,不應采用木結構:
( 1 )極易引起火災的;
( 2 )受生產性高溫影響,木材表面溫度高于 50 ℃ 的;
( 3 )經常受潮且不易通風的。

二、木材的分類
       木結構用的木材分為針葉材闊葉材。主要承重構件宜采用針葉材,重要的木質連接件應采用細密、直紋、無節和無其他缺陷且耐腐蝕的硬質闊葉材。
       承重木結構用的木材,按照其材質,從好到壞可分為I、II、III級,設計時應根據受力的種類進行選用:受拉或拉彎構件材質等級選用 I 級;受彎或壓彎構件材質等級選用II 級;受壓構件次要受彎構件材質等級選用 III級。承重結構木材材質標準參見《 木結構設計規范 》 ( GB50005-2003 ) (本節以下簡稱 《 規范 》 )附錄 A 。
木結構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。規格材是指按輕型木結構設計的需要,木材截面寬度和高度按規定尺寸加工的規格化木材。
( 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。含水率受壓、受彎、受剪承壓強度影響較大,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 % )。 《 規范 》 規定,在制作構件時,木材的含水率應符合下列要求:
( 1 )現場制作的原木或方木結構不應大于 25 % ;
( 2 )板材和規格材不應大于 20 % ;
( 3 )受拉構件的連接板不應大于 18 % ;
( 4 )作為連接件不應大于 15 % ;
( 5 )層板膠合木結構不應大于 15 % ,同一構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,其尺寸變化的規律是相似的。由于干縮會引起開裂和翹曲,對于木結構的工作影響較大,因此木結構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 )環向的收縮受到徑向的約束,沿年輪產生的環向拉應力;
( 2 )木材外層的水分蒸發速度比內層快,其收縮變形受到內層的阻礙時,亦產生環向拉應力。上述兩種原因產生的拉應力之和,超過了木材的抗拉強度時,即由外向內發生開裂。木材端部水分蒸發較快,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、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《 規范 》 對木材受拉了采用較低強度設計值,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、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。
兩個構件利用表面互相接觸傳遞壓力叫承壓。在木結構的接頭和連接中常遇到承壓的情況。根據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 )。
( 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 )兩個構件的年輪不可能對準,一構件晚材壓人另一構件早材,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。當木結構構件未承壓部分的長度很短時,構件兩端將出現橫紋開裂現象(圖 7-3 ) ,因此構造上必須保證木結構構件L/ Lc 的比值足夠大,才能提高橫紋承壓強度。
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,壓應力逐漸成為曲線,而受拉區內的應力仍接近直線,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,此時的塑性區不斷向內擴展,拉應力不斷增大;邊緣拉應力達到抗拉強度極限時,構件受彎破壞! 規范 》 對受彎構件材質的要求介于拉、壓之間,可采用II級材。

4 .木材的受剪性能
       木材的受剪可分為截紋受剪、順紋受剪橫紋受剪,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一半,而截紋剪切強度則為順紋剪切強度8 倍。木結構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,常是木結構連接破壞的主要原因。由于木材的髓心處材質較易開裂,故《 規范 》 規定受剪面應該避開髓心。

第二節  木結構構件計算

一、軸心受拉構件
軸心受拉構件的承載力按下式驗算:
式中 ft― 木材順紋抗拉強度設計值, N / mm2;
    N軸心受拉構件拉力設計值,N ;
An― 受拉構件的凈截面面積,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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沙發
 樓主| 發表于 2013-2-21 10:45:15 | 只看該作者
本帖最后由 gaocen 于 2013-2-22 11:09 編輯

二、軸心受壓構件
軸心受壓構件的承載力驗算:
1 .按強度驗算
2 .按穩定驗算
式中 fc― 木材順紋抗壓強度設計值,
N -一軸心受壓構件壓力設計值,
An ― 受壓構件的凈截面面積,mm2;
A0 ― 受壓構件截面的計算面積,mm2,按照 《 規范 》 第 5 . 1 . 3 條確定;
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif——軸心受壓構件穩定系數,按照 《規范 》 第 5 . 1 . 4 條確定。
三、受彎構件
1 .單向受彎構件的抗彎承載力驗算
式中fm―木材抗彎強度設計值, N / mm2 ;
M一受彎構件彎矩設計值, N · mm ;
Wn ― 受彎構件的凈截面抵抗矩,mm3。
2 .單向受彎構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 ——受彎構件剪力設計值, N ,按照 《 規范 》 第 5 . 2 . 3 條確定;
I——構件的全截面慣性矩,mm4;
B——構件的截面寬度, mm ;
S——剪切面以上的截面面積對中性軸的面積矩, mm3。
3 .單向受彎構件的撓度驗算
式中[ω]― 受彎構怕內撓度限制, mm ,按照 《 規范 》 表 4 . 2 . 7 采用;
ω一構件按荷載效應的標準組合計算的撓度, mma。
4 .雙向受彎構件的承載力驗算
式中σmx、σmy ― 對構件截面 x 、 y 軸的彎曲應力設計值, N /mm2 。
5 .雙向受彎構件的撓度驗算
式中ωx、ωy― 構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、拉彎構件
拉彎構件的承載力按下式驗算:
式中符號意義同前。
五、壓彎構件
壓彎構件及偏心受壓構件的承載力驗算:
1 .按強度驗算
2 .按穩定驗算
式中 ― 考慮軸向力和初始彎矩共同作用的折減系數,按照《規范》第 5 .3 .2-4式確定; fc 、fm― 考慮 《 規范》 表 4 . 2 . 1 一 4 所列調整系數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。


板凳
發表于 2013-3-15 15:52:59 | 只看該作者
寫得好啊 估計有馬甲  

地板
發表于 2013-4-4 06:58:18 | 只看該作者
哈哈,頂你了哦.  

5#
發表于 2013-4-19 08:15:03 | 只看該作者
先頂后看  

6#
發表于 2013-5-9 13:30:43 | 只看該作者
必須頂  

7#
發表于 2013-5-31 18:28:46 | 只看該作者
我來看看!謝謝  

8#
發表于 2013-9-25 17:07:47 | 只看該作者
知道了 不錯~~~  

9#
發表于 2013-11-17 01:30:43 | 只看該作者
寫得好啊 估計有馬甲  

10#
發表于 2014-1-21 19:58:09 | 只看該作者
天啊.  

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