木结构连接计算方法解析

2023-08-28 理论教育版权反馈

【摘要】：当采用湿材制作时，木桁架支座节点连接的剪面长度应比计算值加长50mm。表4.9-9 双齿连接抗剪强度降低系数桁架支座节点采用齿连接时，必须设置保险螺栓，但不考虑保险螺栓与齿的共同工作。图4.9-6 双剪连接图4.9-7 单剪连接连接构件最小厚度连接木构件的最小厚度，应符合表4.9-10的规定。当木构件采用湿材制作时，螺栓连接的计算系数kv不应大于6.7。ψα值按表4.9-12确定。某受拉木构件由两端矩形截面干燥的油松木

1.齿连接

（1）齿连接的形式齿连接可采用单齿（图4.9-3）或双齿（图4.9-4）的形式，并应符合下列规定（《木规》第6.1.1条）：

1）齿连接的承压面，应与所连接的压杆轴线垂直。

2）单齿连接应使压杆轴线通过承压面中心。

3）木桁架支座节点的上弦轴线和支座反力的作用线，当采用方木或板材时，宜与下弦净截面的中心线交汇于一点；当采用圆木时，可与下弦净截面的中心线交汇于一点，此时，刻齿处的截面可按轴心受拉验算。

图4.9-3 单齿连接

4）齿连接的齿深，对于方木不应小于20mm；对于圆木不应小于30mm。

桁架支座节点齿深不应大于h/3，中间节点的齿深不应大于h/4（h为沿齿深方向的构件截面高度）。

双齿连接中，第二齿的齿深h_c应比第一齿的齿深h_c1至少大20mm。单齿和双齿第一齿的剪面长度不应小于4.5倍齿深。

当采用湿材制作时，木桁架支座节点连接的剪面长度应比计算值加长50mm。

（2）单齿连接计算单齿连接应按下列公式验算（《木规》第6.1.2条）：

按木材承压

图4.9-4 双齿连接

式中 f_cα——木材斜纹承压强度设计值（N/mm²）；

N——作用于齿面上的轴向压力设计值（N）；

A_c——齿的承压面面积（mm²）。

按木材受剪

式中 f_v——木材顺纹抗剪强度设计值（N/mm²）；

V——作用于剪面上的剪力设计值（N）；

l_v——剪面计算长度（mm），其取值不得大于齿深h_c的8倍；

b_v——剪面宽度（mm）；

ψ_v——沿剪面长度剪应力分布不匀的强度降低系数，按表4.9-8采用。

表4.9-8 单齿连接抗剪强度降低系数

木材斜纹承压的强度设计值，可按下列公式确定（《木规》第4.2.6条）：

当α＜10°时

f_cα=f_c （4.9-28）

当10°＜α＜90°时

式中 f_cα——木材斜纹承压的强度设计值（N/mm²）；

α——作用力方向与木纹方向的夹角（°）。

木材斜纹承压强度设计值亦可根据f_c、f_c，90和α数值从图4.9-5查得。

图4.9-5 木材斜纹承压强度设计值

（3）双齿连接计算双齿连接的承压，按式（4.9-26）验算，但承压面面积应取两个齿承压面面积之和。

双齿连接的受剪，仅考虑第二齿剪面的工作，按式（4.9-27）计算。计算受剪应力时，全部剪力V应由第二齿的剪面承受；第二齿剪面的计算长度l_v的取值，不得大于齿深h_c的10倍；双齿连接沿剪面长度剪应力分布不匀的强度降低系数ψ_v值应按表4.9-9（《木规》表6.1.3）采用。

表4.9-9 双齿连接抗剪强度降低系数

桁架支座节点采用齿连接时，必须设置保险螺栓，但不考虑保险螺栓与齿的共同工作。保险螺栓应与上弦轴线垂直。保险螺栓所承受的轴向拉力应由下式确定（《木规》第6.1.4条）：

N_b=Ntan（60°-α）（4.9-30）

式中 N_b——保险螺栓所承受的轴向拉力（N）；

N——上弦轴向压力的设计值（N）；

α——上弦与下弦的夹角（°）。

保险螺栓的强度设计值乘以1.25的调整系数。

双齿连接宜选用两个直径相同的保险螺栓（图4.9-4），但不考虑调整系数。

木桁架下弦支座设置附木，并与下弦用钉钉牢。钉子数量可按构造布置确定。附木截面宽度与下弦相同，其截面高度不小于h/3（h为下弦截面高度）。

2.螺栓连接和钉连接

（1）螺栓连接形式螺栓连接和钉连接中可采用双剪连接（图4.9-6）或单剪连接（图4.9-7）。

图4.9-6 双剪连接

图4.9-7 单剪连接

（2）连接构件最小厚度连接木构件的最小厚度，应符合表4.9-10的规定。

对于钉连接，表4.9-10中木构件厚度a或c值，应取钉在构件中的实际有效长度。在未被钉穿的构件中，计算钉的实际有效长度时，应扣去钉尖长度（按1.5d计）。若钉尖穿出最后构件的表面，则该构件计算厚度也应减少1.5d。

（3）螺栓连接或钉连接顺纹受力的每一剪面的设计承载力应按下式确定：

表4.9-10 螺栓连接和钉连接中木构件的最小厚度

注：表中c——中部构件的厚度或单剪连接中较厚构件的厚度；

a——边部构件的厚度或单剪连接中较薄构件的厚度；

d——螺栓或钉的直径。

式中 N_v——螺栓或钉连接每一剪面的承载力设计值（N）；

f_c——木材顺纹承压强度设计值（N/mm²）；

d——螺栓或钉的直径（mm）；

k_v——螺栓或钉连接设计承载力计算系数，按表4.9-11采用。

表4.9-11 螺栓或钉连接设计承载力计算系数kv

采用钢夹板时，计算系数k_v取表中螺栓或钉的最大值。当木构件采用湿材制作时，螺栓连接的计算系数k_v不应大于6.7。

单剪连接中，若受条件限制，木构件厚度c不能满足表4.9-10的规定时，则每一剪面的承载力设计值N_v除按式（4.9-31）计算外，且不得大于0.3cdψ²_αf_c。ψ_α值按表4.9-12（《木规》表6.2.4）确定。若螺栓的传力方向与构件木纹成α角时，按式（4.9-31）计算的每一剪面的承载力设计值应乘以木材斜纹承压的降低系数ψ_α。对于钉连接，可不考虑斜纹承压的影响。

表4.9-12 斜纹承压的降低系数ψ_α

注：α在10°和80°之间时，按线性插值法确定（《木规》第6.2.5条）。

（4）设计木桁架时，其构造应符合下列要求：受拉下弦接头应保证轴心传递拉力；下弦接头不宜多于两个；接头应锯平对正，宜采用螺栓和木夹板连接；采用螺栓夹板（木夹板或钢夹板）连接时，接头每端的螺栓数由计算确定，但不宜少于6个，且不应排成单行。

（5）螺栓的排列螺栓的排列，可按两纵行齐列（图4.9-8）或两纵行错列（图4.9-9）布置，并应符合下列规定（《木规》第6.2.5条）：

图4.9-8 两纵行齐列

图4.9-9 两纵行错列

1）螺栓排列的最小间距，应符合表4.9-13的规定。

表4.9-13 螺栓排列的最小间距

注：d——螺栓直径。

2）当采用湿材制作时，木构件顺纹端距s₀应加长70mm。

3）当构件成直角相交且力的方向不变时，螺栓排列的横纹最小边距：受力边不小于4.5d；非受力边不小于2.5d（图4.9-10）。

4）当采用钢夹板时，钢板上的端距s₀取螺栓直径的2倍；边距s₃取螺栓直径的1.5倍。

【例4.9-2】某受拉木构件由两端矩形截面干燥的油松木连接而成，顺纹受力，接头采用螺栓木夹板连接，夹板木材与主杆件相同，连接节点处的构造如图4.9-11所示。该构件处于室内正常环境，安全等级为二级，设计使用年限为50年，螺栓采用4.6级普通螺栓，其排列方式为两纵行齐列：螺栓纵向中距为9d，端距为7d。

图4.9-10 横纹受力时螺栓排列

图4.9-11 截面尺寸

【例4.9-2a】当构件接头部位连接强度足够时，试问，该构件的轴心受拉承载力为多少？

解答：根据表4.9-1知，油松木强度等级为TC13A，顺纹抗拉强度设计值为f_t=8.5N/mm²，强度无需调整；螺栓纵向中距为9d=180mm＞150mm，由式（4.9-1），有

N=A_nf_t=120×（200-2×20）×8.5×10^-3kN=163.2kN

【例4.9-2b】若该杆间的轴心拉力设计值为130kN，试问，接头每端最少需要多少个螺栓？

解答：根据式（4.9-31）

则

3.木结构钢构件计算

承重木结构中的钢构件部分，应按第3章（《钢结构设计规范》（GB 50017—2003））采用。当采用两根圆钢共同受拉时，宜将钢材的强度设计值乘以0.85的调整系数。对圆钢拉杆验算螺纹部分的净截面受拉，其强度设计值应按第3章（《钢结构设计规范》（GB 50017—2003））采用。圆钢拉杆和拉力螺栓的直径，应按计算确定，但不宜小于12mm。

圆钢拉杆和拉力螺栓的方形钢垫板尺寸，可按下列公式计算（《木规》第7.1.6条）：

垫板面积（mm²）