建筑師講義之木結(jié)構(gòu)（一）

一、木結(jié)構(gòu)用木材
    (一)木結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和適用范圍
    由木材或主要由木材組成的承重結(jié)構(gòu)稱為木結(jié)構(gòu)。由于樹木分布普遍，易于取材，采伐加工方便，同時(shí)木材質(zhì)輕且強(qiáng)，所以很早就被廣泛地用來建造房屋和橋梁。木材是天然生成的建筑材料，它有以下一些缺點(diǎn)：各向異性、天然缺陷(木節(jié)、裂縫、斜紋等)、天然尺寸受限制、易腐、易蛀、易裂和翹曲。因此，木結(jié)構(gòu)要求采用合理的結(jié)構(gòu)形式和節(jié)點(diǎn)連接形式，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格保證施工質(zhì)量，并在使用中經(jīng)常注意維護(hù)，以保證結(jié)構(gòu)具有足夠的可靠性和耐久性。
    由于木材生長(zhǎng)速度緩慢，我國木材資源有限，因此目前在大、中城市的建設(shè)中已不準(zhǔn)采用木結(jié)構(gòu)，但在木材產(chǎn)區(qū)的縣鎮(zhèn)，磚木混合結(jié)構(gòu)的房屋還比較常見。近年來，膠合木結(jié)構(gòu)也正在積極研究推廣，速生樹種的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，因此，木結(jié)構(gòu)在一定范圍內(nèi)還會(huì)得到利用和發(fā)展。   
    承重木結(jié)構(gòu)應(yīng)在正常溫度和濕度環(huán)境中的房屋結(jié)構(gòu)和構(gòu)筑物中使用。凡處于下列生產(chǎn)、使用條件的房屋和構(gòu)筑物不應(yīng)采用木結(jié)構(gòu)：
    (1)極易引起火災(zāi)的；
    (2)受生產(chǎn)性高溫影響，木材表面溫度高于500C的；
    (3)經(jīng)常受潮且不易通風(fēng)的。
    (二)木結(jié)構(gòu)用材的種類及分類
    1．木結(jié)構(gòu)用材的種類
       結(jié)構(gòu)用的木材分兩類：針葉材和闊葉材。主要承重構(gòu)件宜采用針葉材，如紅松、云杉：冷杉等；重要的木制連接件應(yīng)采用細(xì)密、直紋、無節(jié)和其他缺陷且耐腐的硬質(zhì)闊葉材，如榆樹材、槐樹材、樺樹材等．
    2．木結(jié)構(gòu)用材的分類
    木結(jié)構(gòu)構(gòu)件所用木材根據(jù)使用前截面的不同，可分為原木、方木和板材三種：
    (1)原木
    原木又稱圓木，可分為整原木和半原木。原木根部直徑較粗，梢部直徑較細(xì)，其直徑變化一般取沿長(zhǎng)度相差1m變化9mm。原木梢部直徑為梢徑。原木直徑以梢徑米度量。
    (2)方材
    截面寬度與厚度之比小于3的稱為方材(方木)，常用厚度為60～240mm。
    (3)板材
    截面寬度與厚度之比大于3的為板材，常用厚度為15～80mm。
    (三)木材的力學(xué)性能
    1．木材的受拉性能
    木材順紋抗拉強(qiáng)度最高，而橫紋抗拉強(qiáng)度很低，僅為順紋抗拉強(qiáng)度的1／10～1／40。木材在受拉破壞前變形很小，沒有顯著的塑性變形，因此屬于脆性破壞；
    2．木材的順紋受壓性能
    由木材順紋受壓時(shí)的應(yīng)力―應(yīng)變關(guān)系(圖11-127)可見，木材受壓時(shí)具有較好的塑性變形，它可以使應(yīng)力集中逐漸趨于緩和，所以局部削弱的影響比受拉時(shí)小得多：木節(jié)對(duì)受壓強(qiáng)度的影響也較小，斜紋和裂縫等缺陷和疵病也較受拉時(shí)的影響緩和，所以木材的受壓工作要比受拉工作可靠得多。
3．木材的受彎性能
    由木材橫向彎曲試驗(yàn)得到試件中部(純彎曲段)截面的應(yīng)力分布(圖11-128)。從圖中可以看出，截面的應(yīng)力只在加荷初期才呈直線分布。隨著荷載的增加，在截面的受壓區(qū)，壓應(yīng)力分布將逐漸成為曲線，而受拉區(qū)內(nèi)應(yīng)力的分布仍接近于直線，中和軸逐漸下移。當(dāng)受壓邊緣纖維應(yīng)力達(dá)到其強(qiáng)度極限值時(shí)將保持不變，此時(shí)的塑性區(qū)不斷向內(nèi)擴(kuò)展，拉應(yīng)力不斷增大，一直到邊緣拉應(yīng)力到達(dá)抗拉強(qiáng)度極限時(shí)，試件即告破壞。木材的抗彎強(qiáng)度極限是從測(cè)得的破壞彎矩M按σ=M/W求得的(W―試件截面抵抗矩)，是假定法向應(yīng)力呈直線分布導(dǎo)出的，并不代表試件破壞時(shí)截面的實(shí)際應(yīng)力，它實(shí)際上是一個(gè)虛設(shè)的極限應(yīng)力，按這個(gè)公式求得的極限抗彎強(qiáng)度只是一個(gè)折算的指標(biāo)。
    4．木材的承壓性能
    兩個(gè)構(gòu)件利用表面互相接觸傳遞壓力叫做承壓；作用在接觸面上的應(yīng)力叫做承壓力。在構(gòu)件的接頭和連接中常遇到這種情況。
(四)影響木材力學(xué)性能的閱素
    木材是由管狀細(xì)胞組成的天然有機(jī)材料，它的力學(xué)性能受著許多因素的影響。
    1．木材的缺陷
    天然生長(zhǎng)的木材不可避免地會(huì)存在一些缺陷，對(duì)木材影響最大的缺陷是腐朽、蟲蛀，這是任何等級(jí)的木材絕對(duì)不允許的；此外，對(duì)木材影響較大的缺陷有木節(jié)、斜紋、裂縫以及髓心。
    《木結(jié)構(gòu)規(guī)蒞》將木材材質(zhì)按缺陷的多少和大小，以及承重結(jié)構(gòu)的受力要求，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)等級(jí)(Ⅰ級(jí)最好，Ⅲ級(jí)最差)。承重結(jié)構(gòu)構(gòu)件按受力方式及受力重要性分為三類：受拉或拉彎構(gòu)件材質(zhì)等級(jí)選用Ⅰ級(jí)；受彎或壓彎構(gòu)件材質(zhì)等級(jí)選用Ⅱ級(jí)；受壓構(gòu)件及次要受彎構(gòu)件(如吊頂小龍骨)材質(zhì)等級(jí)選用Ⅲ級(jí)。
    2，含水率
    木材的含水率對(duì)木材強(qiáng)度有很大影響，木材強(qiáng)度一般隨含水率的增加而降低，當(dāng)含水率達(dá)到纖維飽和點(diǎn)寸，含水率再增加，木材強(qiáng)度也不再降低、含水率對(duì)受壓，受彎、受剪及承壓強(qiáng)度影響較大，而對(duì)受拉強(qiáng)度影響較小。
    按含水率的大小，木材可分為干材(含水率≤18％)，半干材(含水率=18％～25％)和濕材(含水率>25％)．<木結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定，在制作構(gòu)件時(shí)，木材的含水率應(yīng)符合下列要求：
    (1)現(xiàn)場(chǎng)制作的原木或方木結(jié)構(gòu)不應(yīng)大干25％：
(2)板材和規(guī)格材不應(yīng)大于20％；
    (3)受拉構(gòu)件的連接板不應(yīng)大于18％；
    (4)作為連接件不應(yīng)大于15％；
    (5)層板膠合木結(jié)構(gòu)不應(yīng)大于15％，且同一構(gòu)件各層木板間的含水率差別不應(yīng)大于5％。
    3．木紋斜度
    木材是一種各向異性的材料，不同方向的受力性能相差很大，同一木材的順紋強(qiáng)度最高，橫紋強(qiáng)度最低。此外，木材的力學(xué)性能還與受荷載作用時(shí)間、溫度的高低、濕度等因素的影響有關(guān)。受荷載作用隨時(shí)間的增長(zhǎng)，木材的強(qiáng)度和剛度下降。溫度升高、濕度增大，木材的強(qiáng)度和剛度下降。

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