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[建筑结构] 红豆生南国, 第七章 第一~二节 木结构用材和构件计算,今朝蟢子飞

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发表于 2013-2-21 10:39:59 | 显示全部楼层 |阅读模式

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禁门宫树月痕过,媚眼惟看宿鹭窠。斜拔玉钗灯影畔,剔开红焰救飞蛾。
第一节  木结构用木材

一、木材的特点和适用范围
木结构( timber structure )是指以木材为主制作的结构。
由于我国树木分布广泛,易于取材;木材采伐和加工方便,同时质轻且强,所以木材很早就被用来建造房屋与桥梁。但是,由于术材存在着各向异性、天然缺陷(木节、斜纹、髓心、裂缝等)、易腐、易蛀和易裂等缺点,对木结构的结构形式、节点连接,施工质量以及使用期维护都有比较高的要求,以保证木结构有足够的可靠性和耐久性。
木结构生长速度缓慢,而木材资源有限,因此,建造木结构除了做到保证安全和人体健康以外,还要合理利用木材,大力发展人工林,改变过去对生态保护重视不够,森林资源破坏严重的情况,促进我国木结构健康地可持续性发展。
承重木结构应在正常温度和湿度环境中项房屋结构和构筑物中使用 J 几处于下列生产和使用条件的情况,不应采用木结构:
( 1 )极易引起火灾的;
( 2 )受生产性高温影响,木材表面温度高于 50 ℃ 的;
( 3 )经常受潮且不易通风的。

二、木材的分类
       木结构用的木材分为针叶材阔叶材。主要承重构件宜采用针叶材,重要的木质连接件应采用细密、直纹、无节和无其他缺陷且耐腐蚀的硬质阔叶材
       承重木结构用的木材,按照其材质,从好到坏可分为I、II、III级,设计时应根据受力的种类进行选用:受拉或拉弯构件材质等级选用 I 级受弯或压弯构件材质等级选用II 级受压构件次要受弯构件材质等级选用 III级承重结构木材材质标准参见《 木结构设计规范 》 ( GB50005-2003 ) (本节以下简称 《 规范 》 )附录 A 。
木结构用材按使用截面的不同,可分为原木、锯材和胶合材。
( 1 )原木(log)是指伐倒并除去树皮、树枝和树梢的树干。
( 2 )锯材( sawn lumber )是指由原木锯制而成的任何尺寸的成品材或半成品材。锯材又分方木( square timber )、板材( plank )和规格材( dimension lumber )。方木是指直角锯切且宽厚比小于 3 的,截面为矩形或正方形的锯材。板材是指宽度为厚度 3 倍或 3 倍以上的矩形锯材。规格材是指按轻型木结构设计的需要,木材截面宽度和高度按规定尺寸加工的规格化木材。
( 3 )胶合材( glued lunber )是指以木材为原料通过胶合压制而成的柱型材和各种板材的总称。

三、木材的物理性能
1 .木材的含水率
       木材的含水率对木材强度有很大的影响,随含水率的增加木材强度降低当含水率达到纤维饱和点时,木材的强度不再降低含水率受压受弯受剪承压强度影响较大,而对受拉强度影响较小
按照含水率大小,木材可分为干材(含水率小于 18 % )、半干材(含水率等于 18 %一 25 % )和湿材(含水率大于 25 % )。 《 规范 》 规定,在制作构件时,木材的含水率应符合下列要求:
( 1 )现场制作的原木或方木结构不应大于 25 % ;
( 2 )板材和规格材不应大于 20 % ;
( 3 )受拉构件的连接板不应大于 18 % ;
( 4 )作为连接件不应大于 15 % ;
( 5 )层板胶合木结构不应大于 15 % ,同一构件各层木板间的含水率差别不应大于 5 %。
2 .木材的湿胀、干裂与翘曲
当木材的含水率在纤维饱和点以下变化而引起木材的湿胀或干裂时,其尺寸变化的规律是相似的。由于干缩会引起开裂和翘曲,对于木结构的工作影响较大,因此木结构的干缩更需要引起重视。
原木或带髓心的方木在干燥过程中开裂的原因主要有两种:
( 1 )环向的收缩受到径向的约束,沿年轮产生的环向拉应力
( 2 )木材外层的水分蒸发速度比内层快,其收缩变形受到内层的阻碍时,亦产生环向拉应力上述两种原因产生的拉应力之和,超过了木材的抗拉强度时,即由外向内发生开裂。木材端部水分蒸发较快,常形成严重的端裂,应设法预防。
对于板材而言,在干燥过程中,环向和径向两个方向的干缩率不同,不会致使开裂,若任其自由变形,则发生翘曲。
3 .木材的缺陷
天然生长的木材不可避免的会存在一些缺陷。对木材影响最大的缺陷是腐朽和虫蛀,这是任何等级的木材都绝对不允许的。对木材强度有影响的缺陷还包括:木节、斜纹、裂缝和髓心。

四、木材的力学性能
1 .木材的受拉性能
       木材顺纹抗拉强度最高,而横纹抗拉强度很低,仅为顺纹抗拉强度的 1 /10~1 / 40 。斜纹受拉强度介于顺纹与横纹两者之间,因而应尽量避免木材横纹受拉。木材受拉破坏前的变形很小,没有显著的塑性变形,属于脆性破坏。故《 规范 》 对木材受拉了采用较低强度设计值,还要求使用I级材对未材的缺陷给予严格限制
2 .木材的受压性能
木材受压时,有较好的塑性变形,可以使应力集中逐渐趋于缓和,所以局部削弱对木材受压的影响比受拉时小得多,木节、斜纹和裂缝等缺陷也较受拉时的影响缓和。木材受压时的工作性能要比受拉时可靠得多,因此对木材的选择较受拉时为宽,可采用III级材
两个构件利用表面互相接触传递压力叫承压。在木结构的接头和连接中常遇到承压的情况。根据木材承压的外力与木纹所成的角度不同,可分为顺纹承压、横纹承压和斜纹承压(图 7-1 )。
第七章 第一~二节 木结构用材和构件计算,木结构,木结构用材,木结构构件计算,木材,承压,构件,横纹,注册建筑师考试论坛,forum
( 1 )顺纹承压。
木材的顺纹承压强度略低于顺纹受压的强度,原因为:
1 )承压面不可能完全平整,致使承压力分布不均匀;
2 )两个构件的年轮不可能对准,一构件晚材压人另一构件早材,也使变形增大。但是木材的顺纹承压与顺纹受压相差很小,在《 规范 》 中将顺纹承压与顺纹受压取同一值 fc 。
( 2 )横纹承压。
横纹承压分为局部长度承压、局部长度和局部宽度承压、全表面承压三种情况。如图 7-2 ( a )、( b )、( c )所示。
局部长度承压的强度较高,因为局部长度承压时,不承压部分的的纤维对其受压部分的纤维变形有阻止作用。在局部长度承压中,承压面长度越小,承压强度越高。当木结构构件未承压部分的长度很短时,构件两端将出现横纹开裂现象(图 7-3 ) ,因此构造上必须保证木结构构件L/ Lc 的比值足够大,才能提高横纹承压强度。
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由于木材在横纹方向的彼此牵制作用很小,所以局部承压中不考虑在宽度方向未受力部分的影响。
木材全表面横纹承压时,变形较大,加荷至一定限度以后,由于木材细胞壁逐渐破裂被压扁,木材被压实,其变形逐渐减小直至纤维束失去稳定而破坏。横纹全表面承压强度最低。
( 3 )斜纹承压。斜纹承压即外力与木纹成一定角度的局部承压。斜纹承压的强度介于顺纹承压和横纹承压之间,与 a 值有关系。
3 .木材的受弯性能
木材的受弯性能如图 7-4 所示:截面应力在加载初期呈直线分布;随着荷载的增加,在截面受压区,压应力逐渐成为曲线,而受拉区内的应力仍接近直线,中和轴下移;当受压边缘纤维应力达到其强度极限值时将保持不变,此时的塑性区不断向内扩展,拉应力不断增大;边缘拉应力达到抗拉强度极限时,构件受弯破坏。《 规范 》 对受弯构件材质的要求介于拉、压之间,可采用II级材。

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4 .木材的受剪性能
       木材的受剪可分为截纹受剪顺纹受剪横纹受剪如图 7-5 ( a )、( b )、( c )所示。截纹受剪是指剪切面垂直于木纹,木材对这种剪切的抵抗力是很大的,一般不会发生这种破坏。顺纹受剪提指作月力与术纹平行。横纹受剪是指作用力与木纹垂直。横纹剪切强度约为顺纹剪切强度一半,而截纹剪切强度则为顺纹剪切强度8 倍木结构中通常多用顺纹受剪破坏,属于脆性破坏。木材缺陷对受剪工作影响很大,特别是木材的裂缝,当裂缝与剪面重合时更加危险,常是木结构连接破坏的主要原因。由于木材的髓心处材质较易开裂,故《 规范 》 规定受剪面应该避开髓心。
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第二节  木结构构件计算

一、轴心受拉构件
轴心受拉构件的承载力按下式验算:
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式中 ft― 木材顺纹抗拉强度设计值, N / mm2;
    N轴心受拉构件拉力设计值,N ;
An― 受拉构件的净截面面积,mm2,计算 An时应扣除分布在 150mm长度上的
缺孔投影面积。



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 楼主| 发表于 2013-2-21 10:45:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 gaocen 于 2013-2-22 11:09 编辑

二、轴心受压构件
轴心受压构件的承载力验算:
1 .按强度验算
2 .按稳定验算
式中 fc― 木材顺纹抗压强度设计值
N -一轴心受压构件压力设计值,
An ― 受压构件的净截面面积,mm2;
A0 ― 受压构件截面的计算面积,mm2,按照 《 规范 》 第 5 . 1 . 3 条确定;
file:///C:/Users/ADMINI~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image016.gif——轴心受压构件稳定系数,按照 《规范 》 第 5 . 1 . 4 条确定。
三、受弯构件
1 .单向受弯构件的抗弯承载力验算
式中fm―木材抗弯强度设计值, N / mm2 ;
M一受弯构件弯矩设计值, N · mm ;
Wn ― 受弯构件的净截面抵抗矩,mm3。
2 .单向受弯构件的抗剪承载力验算
式中fv——木材顺纹抗剪强度设计值, N / mm2;
V ——受弯构件剪力设计值, N ,按照 《 规范 》 第 5 . 2 . 3 条确定;
I——构件的全截面惯性矩,mm4;
B——构件的截面宽度, mm ;
S——剪切面以上的截面面积对中性轴的面积矩, mm3。
3 .单向受弯构件的挠度验算
式中[ω]― 受弯构怕内挠度限制, mm ,按照 《 规范 》 表 4 . 2 . 7 采用;
ω一构件按荷载效应的标准组合计算的挠度, mma。
4 .双向受弯构件的承载力验算
式中σmx、σmy ― 对构件截面 x 、 y 轴的弯曲应力设计值, N /mm2 。
5 .双向受弯构件的挠度验算
式中ωx、ωy― 构件按荷载效应的标准组合计算的对 x 、 y 轴方向的挠度,mm。

四、拉弯构件
拉弯构件的承载力按下式验算:
,,注册建筑师考试论坛,forum
式中符号意义同前。
五、压弯构件
压弯构件及偏心受压构件的承载力验算:
1 .按强度验算
,,注册建筑师考试论坛,forum
2 .按稳定验算
,,注册建筑师考试论坛,forum
式中 ,,注册建筑师考试论坛,forum ― 考虑轴向力和初始弯矩共同作用的折减系数,按照《规范》第 5 .3 .2-4式确定; fc 、fm― 考虑 《 规范》 表 4 . 2 . 1 一 4 所列调整系数后的木材顺纹抗压强度设计值、抗弯强度设计值, N / mm 2 ;
其余符号意义同前。


发表于 2013-3-15 15:52:59 | 显示全部楼层
写得好啊 估计有马甲  

发表于 2013-4-4 06:58:18 | 显示全部楼层
哈哈,顶你了哦.  

发表于 2013-4-19 08:15:03 | 显示全部楼层
先顶后看  

发表于 2013-5-9 13:30:43 | 显示全部楼层
必须顶  

发表于 2013-5-31 18:28:46 | 显示全部楼层
我来看看!谢谢  

发表于 2013-9-25 17:07:47 | 显示全部楼层
知道了 不错~~~  

发表于 2013-11-17 01:30:43 | 显示全部楼层
写得好啊 估计有马甲  

发表于 2014-1-21 19:58:09 | 显示全部楼层
天啊.  

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