木制别墅结构计算书.docx

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木制别墅结构计算书

众安余姚金型二路北侧

B+C地块项目综合楼

结

构

计

算

书

设计：

_____________________

校对：

_____________________

审核：

_____________________

日期：

_____________________

第一部分结构计算总体介绍

一、项目基本情况

本工程位于浙江余姚金型二路北侧，为地上二层结构。

房屋由防震缝分为

五个区域，Ⅰ区及Ⅲ区为木结构；局部沙盘展区及八角休息室为钢结构；专用

变配电所为混凝土结构。

地上木结构部分总建筑面积865.0平米，最高的屋面

距室外地面高度为14.034m，主屋面至室外地面13.037m，房屋高度为10.933m。

二、本结构设计主要依据的规范（规程）

《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068—2001）

《建筑结构荷载规范》（2006版）（GB50009—2001）

《木结构设计规范》（2005版）（GB50005—2003）

《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）

《建筑抗震设计规范》（08版）（GB50011—2001）

《钢结构设计规范》（GB50017—2003）

《木结构设计手册》（第三版）

三、基本荷载

1、恒荷载

恒荷载按照建筑做法及实际材料计算。

2、活荷载

不上人屋面0.5kN/m2基本雪压0.3kN/m2

基本风压0.50kN/m2楼面2.0kN/m2

四、地震作用

该场地位于浙江余姚，场地设防烈度为6度，地面加速度0.05g，Ⅲ类场地，特征周期0.45s，地面粗糙度B类。

五、材料

1、规格材：

有木材认证机构的质量认证记号，墙骨柱木材采用Ⅴ级及以上级,窗过梁及屋面搁栅木材达到Ⅲc及以上。

材料名称

解释

含水率

SPF

进口云杉、松、冷杉结构材统称，强度等级TC11

≤18

CCA

SPF经防腐处理后的木材，强度等级TC11

≤18

LVL

胶合高强工程木

≤18

OSB

木基结构板材

≤18

2、螺栓：

4.8级/8.8级普通螺栓；锚栓：

材料为Q235。

3、SPF材料力学性能：

抗弯强度设计值fm=9.4MPa；顺纹抗压及承压强度设计值为fc=12MPa；顺纹抗拉强度设计值ft=4.8MPa；顺纹抗剪强度设计值fv=1.4MPa；弹性模量E=9700MPa。

4、LVL材料力学性能：

抗弯强度设计值fm=36.5MPa；顺纹抗压及承压强度设计值为fc=33.6MPa；顺纹抗拉强度设计值ft=4.8MPa；顺纹抗剪强度设计值fv=3.65MPa；弹性模量E=14000MPa。

六、计算方式

木结构部分按照木结构设计的基本概念手算,楼面桁架和屋面桁架采用MITEK软件辅助设计。

本计算书仅对典型构件进行设计验算。

第二部分木结构部分计算

一．项目资料

本工程平立面图纸如下

该建筑的外墙和部分内墙的墙面板采用剪力板加石膏板的组合墙面，局部采用双层剪力板,其余墙体的墙面板均采用石膏板墙面。

表1.1.1列出了该建筑使用的材料及自重。

名称

自重

石板瓦

油毡防水层

11.9mmOSB板

15.1mmOSB板

屋架间距610mm

15mm石膏天花板

保温棉

楼面搁栅

38x140间距406@墙骨柱

12mm石膏板

9.5mm石膏板

0.96KN/m2

0.050KN/m2

0.075KN/m2

0.09KN/m2

0.15KN/m2

0.15KN/m2

0.075KN/m2

0.5KN/m2

0.070KN/m2

0.125KN/m2

0.09KN/m2

二、荷载计算

Ⅰ区进行设计

1．永久荷载

（1）屋盖荷载标准值

石板瓦0.96KN/m2

防水卷才0.05KN/m2

11.9mmOSB板0.075KN/m2

38*38木龙骨0.012KN/m2

屋架间距@6100.15KN/m2

10厚松木企口板檐口吊顶0.05KN/m2

屋盖保温棉0.075KN/m2

其他0.03KN/m2

总计：

1.4KN/m2

（2）楼面荷载标准值（室内部分）

装修层0.20KN/m2

40mm厚找平层0.80KN/m2

铁丝网0.075KN/m2

15.1mm楼面板0.09KN/m2

平行弦桁架0.5KN/m2

15mm石膏天花板0.15KN/m2

吊顶及管道0.5KN/m2

其他0.03KN/m2

总计：

2.35KN/m2

（3）外墙荷载标准值

砂岩板0.50KN/m2

砂浆层0.40KN/m2

9.5mmOSB板0.15KN/m2

15mm石膏板0.15KN/m2

38mmx140mm间距406mm墙骨柱0.070KN/m2

外墙铁丝网0.075KN/m2

墙体保温棉0.050KN/m2

其他0.030KN/m2

总计：

1.43KN/m2

（4）内墙荷载标准值

15mm石膏板（双层）0.30KN/m2

38mmx89mm间距@406mm墙骨柱0.06KN/m2

墙体保温棉0.050KN/m2

其他0.030KN/m2

总计：

0.44KN/m2

可变荷载

（1）雪荷载标准值：

sk=μrs0=1.0x0.30=0.3KN/m2

（2）屋面活荷载标准值：

不上人屋面，活荷载为0.5KN/m2

（3）楼面活荷载标准值：

楼面活荷载为2.0KN/m2

（4）风荷载标准值为：

ωk=βzμsμzω0

式中βz———风振系数，取1.0；

μs———风荷载体形系数，按荷载规范表7.3.1取用；

μz———风压高度变化系数，B类地面粗糙度，离地面10.933米处，取1.03；

ω0———基本风压，为0.50KN/m2；

ωk=βzμsμzω0=1.0xμsx1.03x0.50

=0.515μs（kpa）

1）屋盖水平风荷载

横向：

F2-H=[（0.41+0.26）x（4.2/2+0.575）+（0.26-0.07）xsin26.57°x3.06]

X20.2=41.4KN

纵向：

F2-Z=（0.41+0.26）x[（4.2/2+0.575）+3.06/2]x12.24=34.48KN

2）屋盖竖向风荷载

F2-up=（0.07x7.62+0.26x6.12）xcos26.57°x20.2=38.4KN

3）楼盖水平向风荷载

横向：

F1-H=（0.41+0.26）x（4.2/2+4.35/2）x20.2=57.8KN

纵向：

F1-Z=（0.41+0.26）x（4.2/2+4.35/2）x12.24=35.06KN

4）地震作用

Fi=GiHi/∑GjHj[FEK（1-δn）]=GiHi/∑GjHjα1Geq（1-δn）

式中α1———水平地震影响系数；

α1=（Tg/T）rη2αmax其中Tg=0.45，η2=1.0

T=0.05H0.75=0.05x10.9330.75=0.30（见GB50005-2003第9.2.2条）

0.1

δn－顶部附加地震作用系数，δn＝0.0

Geq－结构等效总重力荷载。

屋盖自重：

Groof=1.4x406.6=569.24KN

楼面自重：

Gfloor=2.35x379.8=892.53KN

二层楼层墙体自重：

G2=（1.43x99+0.44x98.4）x4.2=776.44KN

一层楼层墙体自重：

G1=（1.43x98.9+0.44x91.81）x3.9=709.11KN

屋盖质点自重：

G2-eq=Groof+0.5*Aroof*0.3+0.5*G2

=569.24+0.5*406.6*0.3+0.5*776.44=1018.45KN

楼盖质点自重：

G1-eq=Gfloor+0.5*Afloor*2.0+0.5*（G2+G1）

=892.53+0.5*379.8*2.0+0.5*（776.44+709.11）=1825.21KN

结构等效总重力荷载：

Geq=0.85*（G1-eq+G2-eq）

=0.85*（1018.45+1825.21）=2417.11KN

Fek=0.04*2417.11=96.68KN

F2-eq=1018.45*10.655*96.68/（1018.45*10.655+1825.21*3.9）=58.38KN

F1-eq=1825.21*3.9*96.68/（301.31*7.767+1042.42*3.9）=37.3KN

由此可见，对于Ⅰ区屋盖水平荷载，本结构横向纵向均由地震控制，对于楼盖水平荷载，本结构横向由风荷载控制，纵向由地震控制。

Ⅲ区进行设计

风荷载及地震作用计算如下，其他参数同Ⅰ区

（5）风荷载标准值为：

ωk=βzμsμzω0

式中βz———风振系数，取1.0；

μs———风荷载体形系数，按荷载规范表7.3.1取用；

μz———风压高度变化系数，B类地面粗糙度，离地面9.755米处，取1.0；

ω0———基本风压，为0.50KN/m2；

ωk=βzμsμzω0=1.0xμsx1.0x0.50

=0.50μs（kpa）

1）屋盖水平风荷载

横向：

F2-H=[（0.4+0.25）x（3.5/2+0.575）+（0.25-0.07）xsin26.57°x3.26]

X31.82=56.4KN

纵向：

F2-Z=（0.4+0.25）x[（3.5/2+0.575）+3.26/2]x16.345=42.02KN

2）屋盖竖向风荷载

F2-up=（0.07x8.32+0.25x8.025）xcos26.57°x31.82=73.67KN

3）楼盖水平向风荷载

横向：

F1-H=（0.4+0.25）x（3.5/2+4.35/2）x31.82=81.18KN

纵向：

F1-Z=（0.4+0.25）x（3.5/2+4.35/2）x16.345=41.7KN

4）地震作用

Fi=GiHi/∑GjHj[FEK（1-δn）]=GiHi/∑GjHjα1Geq（1-δn）

式中α1———水平地震影响系数；

α1=（Tg/T）rη2αmax其中Tg=0.45，η2=1.0

T=0.05H0.75=0.05x10.9330.75=0.30（见GB50005-2003第9.2.2条）

0.1

δn－顶部附加地震作用系数，δn＝0.0

Geq－结构等效总重力荷载。

屋盖自重：

Groof=1.4x450.3=630.42KN

楼面自重：

Gfloor=2.35x467.08=1097.64KN

二层楼层墙体自重：

G2=（1.43x111.2+0.44x90.1）x3.5=695.31KN

一层楼层墙体自重：

G1=（1.43x103.2+0.44x151.28）x3.9=835.14KN

屋盖质点自重：

G2-eq=Groof+0.5*Aroof*0.3+0.5*G2

=630.42+0.5*450.3*0.3+0.5*659.31=1045.62KN

楼盖质点自重：

G1-eq=Gfloor+0.5*Afloor*2.0+0.5*（G2+G1）

=1097.64+0.5*467.08*2.0+0.5*（695.31+835.14）=2329.95KN

结构等效总重力荷载：

Geq=0.85*（G1-eq+G2-eq）

=0.85*（1045.62.+2329.95）=2869.23KN

Fek=0.04*2869.23=114.77KN

F2-eq=1045.62*9.755*114.77/（1045.62*9.755+2329.95*3.9）=60.7KN

F1-eq=2329.95*3.9*114.77/（1045.62*9.755+2329.95*3.9）=54.07KN

由此可见，对于Ⅲ区屋盖水平荷载，本结构横向纵向均由地震控制，对于楼盖水平荷载，本结构横向由风荷载控制，纵向由地震控制。

由《木结构设计规范》GB50005-2003第9.2.6条规定：

本工程遵照其相应规定，轻型木结构抗侧力设计即可按构造要求进行：

1）建筑物每层面积不超过600m2，层高不大于3.6m。

2）抗震设防烈度为6°和7°（0.10g）时，建筑物的高宽比不大于1.2；抗震设防烈度为7°（0.15g）时和8°（0.2g）时，建筑的高宽比不大于1.0时；建筑物高度指室外地面到建筑物屋顶二分之一高度处。

3）楼面活荷载标准值不大于2.5KN/m2，屋面活荷载标准值不大于0.5KN/m2，雪荷载按照国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的有关规定。

4）不同抗震设防烈度和风荷载时，剪力墙的最小长度符合表9.2.6的规定。

5）剪力墙的设置符合下列规定：

（1）单个墙段的高宽比不大于2：

1；

（2）由于该建筑抗震设防烈度为6度，故同一轴线上墙段的水平中心距不得大于10.6m；

（3）相邻墙之间横向间距与纵向间距的比值不大于2.5：

1；大于2.5：

1时至少横向外墙的面板应采用两面木基结构板，其它所有外墙均采用木基结构板作为面板。

（4）墙端与离墙端最近的垂直方向的墙段边的垂直距离不大于2.4m；

（5）一道墙中各墙段轴线错开距离不大于1.2m

6）构件的净跨距不大于12m。

7）除专门设置的梁柱外，轻型木结构承重构件的水平中心距不大于600mm。

8）建筑物屋面坡度不小于1:

2，也不大于1:

1，纵墙上檐口悬挑长度不大于1.2m，山墙上檐口悬挑长度不大于0.4m。

三、结构构件设计

对于轻型木结构，结构设计一般假定由规格材或工程木产品组成的木构架承受竖向荷载，由木基结构板材和木框架组成的楼、屋盖和剪力墙承受水平荷载。

1.屋面桁架设计

现以沿B轴线剖面为例，对轻型木桁架屋架进行结构内力分析（用MITEK软件进行辅助设计）：

屋面坡度为26.57°，屋面桁架间距为406mm，采用SPF（云杉-松-冷杉）类规格材，材质等级Ⅲc。

上弦杆选用38mmx89mm规格材，下弦杆选用38mmx89mm规格材，腹杆选用38mmx89mm规格材。

上弦杆及跨中的腹杆上设有38mmx89mm侧向支撑，以保证侧向稳定性。

选取其中跨度最大的桁架进行验算，过程如下：

2.屋面梁设计（选取受荷最大的梁进行验算）

WL1两端均由墙体支撑，支座之间的中心距为6990mm，其计算简图及节点图见1.1.4a。

根据估算初步选定材料为3-45mmx457mmLVL梁。

计算参数为：

W=bh2/6=135x4572/6=4.7x106mm3

I=bh3/12=135x4573/12=1.07x109mm4

屋面桁架在该梁上产生的均布荷载设计值为：

（1.4*1.2+0.5*1.4）x14.84/2=17.66KN/m

梁的自重设计值为1.2x0.045x0.457x7x3=0.52KN/m

故梁承受的均布荷载设计值为：

g+q=17.66+0.52=18.18KN/m

图1.1.4aWL1计算简图

M=（g+q）L2/8=18.18x6.052/8=83.18KN·m

V=（g+q）L/2=18.18x6.05/2=54.99KN

（1）弯曲强度验算

M/Wn=83.18x106/4.7x102=17.69N/mm2＜fm=36.5N/mm2满足设计

（2）剪切强度验算

3V/2A=3*54.99*103/（2*135*457）=1.34N/mm2＜fv=3.65N/mm2满足设计

（3）变形验算

屋面桁架在该梁上产生的均布荷载标准值为：

（1.4+0.5）x14.84/2=14.1KN/m

梁的自重标准值为0.045x0.457x7x3=0.43KN/m

故梁承受的均布荷载标准值为：

g+q=14.1+0.43=14.53KN/m

5qL4/384EI=5x14.53x6.054x1012/（384x14000*1.07*109）

=16.9mm<6050/250=24.2mm满足设计

（4）支撑处局部受压验算

局部受压面积：

Ac=140X135=18900mm2

局部压应力fc=vf/Ac=54990/18900=2.91N/mm2>2.7N/mm2

故此处的墙骨加密至5根

3.屋盖设计

屋盖结构单元由12mm的木基结构板材和屋架组成，面板边缘钉的间距为150mm。

。

假设所产生的侧向力均匀分布，则所作用在屋盖上横向的水平荷载设计值为ωf=1.3x58.38/23.94=3.17KN/m。

根据建筑物平面图，屋盖的边界杆件位于8轴线、5轴线,3轴线。

（1）屋盖抗剪承载力验算

由《木结构设计规范》GB50005-2003附录P知：

屋盖的设计抗剪承载力为：

V=fdxB=fvdxk1xk2Xb

其中fd－采用木基结构板材的楼盖，屋盖抗剪强度设计值，由规范表P.0.1查fvd＝5.2KN/m

K1－木基结构板材含水率调整系数，取k1=0.75

K2－骨架构件材料树种的调整系数，对于本工程采用的云杉－松－冷杉类，k2＝0.8

B－屋盖平行于荷载方向的有效宽度，取20.1m

故由上述公式得：

V=fdxB=5.2x0.75x0.8x20.1=62.71KN>0.5x58.38=29.19KN满足设计

（2）屋盖边界杆件承载力验算

屋盖边界杆件由二层外墙的双层顶梁板2－38mmx140mmSPFⅢc级进口云杉、松、冷杉结构材组成，强度等级TC11。

沿3~8轴线间的边界杆件承受的轴向力设计值为：

Nf=M1/B0=WfxL12/8B0=3.17x12.242/（8x20.1）=2.95KN

由于杆件的抗拉承载力低于抗压承载力，故边界杆件的轴向承载力由抗拉承载力控制：

Nt=2x38x140x4.8x10-3=51.07KN>2.95KN满足设计

4.二层外墙墙骨柱设计

二层外墙墙骨柱为38mmx140mmSPFⅢc级进口云杉、松、冷杉结构材组成。

墙骨柱间距406mm。

墙骨柱的计算长度为L=4200mm，其计算简图见图.1.1.12。

根据规范GB50005-2003表4.2.1-3查的墙骨柱的各强度设计值。

图1.1.12二层墙骨柱计算简图

作用在屋面的竖向荷载设计值为：

S=1.2x1.4+1.4x0.5=2.38KN/m2

每根墙骨柱承受的荷载设计值为：

N=0.406x2.38x（12.24/2+0.35）=6.25KN

风荷载设计值为：

w=1.4x0.41x0.406=0.23KN/m

故M=WL2/8=0.23x4.22/8=0.51KN*M

按强度验算：

（N/Anxfc）+（M/Wnxfm）=（6.25x103/38x140x12）+（0.51x106x6/38x1402x9.4）

=0.53<1.0满足设计

按稳定验算：

N/ФфmA0≤fc

式中фm＝0.45

i=（I/A0）1/2=（38x1403/12x38x140）1/2=40.41mm

λ=l0/i=4200/40.41=103.9>91

故Ф＝2800/λ2=0.26

故该墙骨柱的稳定性：

N/ФфmA0＝6.25x1000/（0.26x0.45x38x140）=10.04N/mm2<12N/mm2

满足设计

5.二层剪力墙设计

剪力墙由墙骨柱，顶梁板和底梁板以及墙面板组成。

5轴剪力墙长15.655m，墙骨柱为38mmx140mmSPFⅢc级进口云杉、松、冷杉结构材组成，墙骨柱间距406mm。

墙面板为9.5mm的木基结构板材，面板边缘钉的间距为150mm。

经计算，地震荷载作用下墙承受的总剪力设计值分别为27.36KN。

（1）剪力墙抗剪承载力验算

由规范GB50005-2003附录Q知剪力墙的抗剪承载力为：

V=fvdxl=（fvdxk1xk2xk3）xl

查表的k1=1.0k2=0.8k3=1.0

由规范GB50005-2003附录Q.0.1-1查的fvd=4.3KN/m,所以

fd=4.3x1.0x0.8x1.0=3.44KN/m

V=fdxB=3.44x15.655=53.85KN>27.36KN满足设计

（2）剪力墙边界杆件承载力验算

剪力墙的边界杆件为剪力墙边界墙骨柱，为两根38mmx140mmSPFⅢc级进口云杉、松、冷杉结构材组成。

边界杆件承受的设计轴向力为：

Nf1=27.36x4.2/15.655=7.34KN

由于杆件的抗拉承载力低于抗压承载力，故边界杆件的轴向承载力由抗拉承载力控制：

Nt=2x38x140x4.8x10-3=51.07KN>Nf=7.34KN

满足设计

6.楼盖平行弦桁架设计（选取典型桁架进行设计）

平行弦桁架结构内力分析（用MITEK软件进行辅助设计）：

桁架采用SPF（云杉-松-冷杉）类规格材，材质等级Ⅲc。

上弦杆选用38mmx89mm规格材，下弦杆选用38mmx89mm规格材，腹杆选用38mmx89mm规格材。

7.楼面梁设计（选取受荷最大的梁进行验算）

（1）、L5一端由墙体支撑，另一端以L6为支座，长为4745mm，其计算简图如下图，根据估算初步选定材料为4-45mmx406mmLVL梁。

计算参数为：

W=bh2/6=180x4062/6=4.95x106mm3

I=bh3/12=180x4063/12=1.0x109mm4

屋面传来的均布荷载设计值为：

（1.4*1.2+0.5*1.4）x（4.94/2+0.6）=7.31KN/m

三层楼面传来的均布荷载设计值为：

（1.0*1.2+2*1.4）x4.94/2=9.88KN/m

二层楼面传来的均布荷载设计值为：

（2.35*1.2+2.5*1.4）x2.5/2=7.9KN/m

墙体传来：

1.4X7.874X1.2=13.23

梁的自重设计值为1.2x0.180x0.406x7=0.61KN/m

故梁承受的均布荷载设计值为：

g+q=7.31+9.88+7.9+13.23+0.61=38.93KN/m

L5计算简图

M=（g+q）L2/8=38.93x4.7452/8=109.6KN·m

V=（g+q）L/2=38.93x4.745/2=92.36KN

（1）弯曲强度验算

M/Wn=109.6x106/4.95x106=22.14N/mm2＜fm=36.5N/mm2满足设计

（4）剪切强度验算

3V/2A=3*92.36*103/（2*180*406）=1.90N/mm2＜fv=3.65N/mm2满足设计

（5）变形验算

屋面传来的均布荷载设计值为：

（1.4*+0.5）x（4.94/2+0.6）=5.83KN/m

三层楼面传来的均布荷载设计值为：

（1.0+2）x4.94/2=7.41KN/m

二层楼面传来的均布荷载设计值为：

（2.35+2.5）x