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1、建筑师之木结构复习(一)一、木结构用木材 (一)木结构的特点和适用范围 由木材或主要由木材组成的承重结构称为木结构。由于树木分布普遍,易于取材,采伐加工方便,同时木材质轻且强,所以很早就被广泛地用来建造房屋和桥梁。木材是天然生成的建筑材料,它有以下一些缺点:各向异性、天然缺陷(木节、裂缝、斜纹等)、天然尺寸受限制、易腐、易蛀、易裂和翘曲。因此,木结构要求采用合理的结构形式和节点连接形式,施工时应严格保证施工质量,并在使用中经常注意维护,以保证结构具有足够的可靠性和耐久性。 由于木材生长速度缓慢,我国木材资源有限,因此目前在大、中城市的建设中已不准采用木结构,但在木材产区的县镇,砖木混合结构的房
2、屋还比较常见。近年来,胶合木结构也正在积极研究推广,速生树种的应用范围也在不断扩大,因此,木结构在一定范围内还会得到利用和发展。 承重木结构应在正常温度和湿度环境中的房屋结构和构筑物中使用。凡处于下列生产、使用条件的房屋和构筑物不应采用木结构: (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500C的; (3)经常受潮且不易通风的。 (二)木结构用材的种类及分类 1木结构用材的种类 结构用的木材分两类:针叶材和阔叶材。主要承重构件宜采用针叶材,如红松、云杉:冷杉等;重要的木制连接件应采用细密、直纹、无节和其他缺陷且耐腐的硬质阔叶材,如榆树材、槐树材、桦树材等 2木结构用材的分
3、类 木结构构件所用木材根据使用前截面的不同,可分为原木、方木和板材三种: (1)原木 原木又称圆木,可分为整原木和半原木。原木根部直径较粗,梢部直径较细,其直径变化一般取沿长度相差1m变化9mm。原木梢部直径为梢径。原木直径以梢径米度量。 (2)方材 截面宽度与厚度之比小于3的称为方材(方木),常用厚度为60240mm。 (3)板材 截面宽度与厚度之比大于3的为板材,常用厚度为80mm。 (三)木材的力学性能 1木材的受拉性能 木材顺纹抗拉强度,而横纹抗拉强度很低,仅为顺纹抗拉强度的1140。木材在受拉破坏前变形很小,没有显著的塑性变形,因此属于脆性破坏; 2木材的顺纹受压性能 由木材顺纹受压
4、时的应力应变关系(图7)可见,木材受压时具有较好的塑性变形,它可以使应力集中逐渐趋于缓和,所以局部削弱的影响比受拉时小得多:木节对受压强度的影响也较小,斜纹和裂缝等缺陷和疵病也较受拉时的影响缓和,所以木材的受压工作要比受拉工作可靠得多。 3木材的受弯性能 由木材横向弯曲试验得到试件中部(纯弯曲段)截面的应力分布(图8)。从图中可以看出,截面的应力只在加荷初期才呈直线分布。随着荷载的增加,在截面的受压区,压应力分布将逐渐成为曲线,而受拉区内应力的分布仍接近于直线,中和轴逐渐下移。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,一直到边缘拉应力到达抗拉强度
5、极,试件即告破坏。木材的抗弯强度极限是从测得的破坏弯矩M按=M/W求得的(W试件截面抵抗矩),是假定法向应力呈直线分布导出的,并不代表试件破坏时截面的实际应力,它实际上是一个虚设的极限应力,按这个公式求得的极限抗弯强度只是一个折算的指标。 4木材的承压性能 两个构件利用表面互相接触传递压力叫做承压;作用在接触面上的应力叫做承压力。在构件的接头和连接中常遇到这种情况。 (四)影响木材力学性能的阅素 木材是由管状细胞组成的天然有机材料,它的力学性能受着许多因素的影响。 1木材的缺陷 天然生长的木材不可避免地会存在一些缺陷,对木材影响的缺陷是腐朽、虫蛀,这是任何等级的木材绝对不允许的;此外,对木材影
6、响较大的缺陷有木节、斜纹、裂缝以及髓心。 木结构规莅将木材材质按缺陷的多少和大小,以及承重结构的受力要求,分、三个等级(级,级最差)。承重结构构件按受力方式及受力重要性分为三类:受拉或拉弯构件材质等级选用级;受弯或压弯构件材质等级选用级;受压构件及次要受弯构件(如吊顶小龙骨)材质等级选用级。 2,含水率 木材的含水率对木材强度有很大影响,木材强度一般随含水率的增加而降低,当含水率达到纤维饱和点寸,含水率再增加,木材强度也不再降低、含水率对受压,受弯、受剪及承压强度影响较大,而对受拉强度影响较小。 按含水率的大小,木材可分为干材(含水率),半干材(含水率=25)和湿材(含水率25) (1)现场制作的原木或方木结构不应大干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; (4)作为连接件不应大于; (5)层板胶合木结构不应大于,且同一构件各层木板间的含水率差别不应大于5。 3木纹斜度 木材是一种各向异性的材料,不同方向的受力性能相差很大,同一木材的顺纹强度,横纹强度最低。此外,木材的力学性能还与受荷载作用时间、温度的高低、湿度等因素的影响有关。受荷载作用随时间的增长,木材的强度和刚度下降。温度升高、湿度增大,木材的强度和刚度下降。