第四节 木结构的连接.docx

第四节 木结构的连接.docx

《第四节 木结构的连接.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第四节 木结构的连接.docx（71页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第四节木结构的连接

第四章木结构的连接

第一节齿连接

一、单齿及双齿连接的构造规定

正确的设计和制造，是提高齿连接质量的重要条件。

齿连接正确的作法如下（图4－1、4－2）。

图4－1单齿连结

图4－2双齿连结

1）承压面应与所连接的压杆轴线垂直，使压力明确地作用在该承压面上，并保证剪力面上存在着横向压紧力（压杆轴向压力的竖直分力）,以利于木材的剪切工作。

2）单齿连结应使压杆轴线应通过承压面的中心。

3）木桁架支座节点处的上弦轴线和支座反力的作用线，当下弦为方木或板材时，宜与下弦净截面的中心线交汇于一点；当下弦为原木时，可与下弦毛截面的中心线交汇于一点，此时，下弦刻齿处的截面可按轴心受拉计算。

4）木桁架支座节点的齿深hc不应大于h／3，在中间节点处不应大于h／4。

此处h为沿齿深方向的构件截面尺寸：

对于方木或板材为截面的高度；对于原木为削平后的截面高度。

同时，对于方木齿深不应小于20mm；对于原木不应小于30mm。

5）双齿连接中，第二齿的齿深hc应比第一齿的齿深hc1至少大20mm，第二齿的齿尖应位于上弦轴线与下弦上表面的交点。

单齿和双齿第一齿的剪面长度均不应小于该齿齿深的4．5倍。

6）当采用湿材制作时，还要考虑木材发生端裂的可能性。

为此，木桁架支座节点齿连接的剪面长度应比计算值加大50mm。

7）木桁架支座节点必须设置保险螺栓、附木（其厚度不小于h／3，h下弦截面的高度）和经过防腐药剂处理的垫木。

二、齿连接的计算

单齿和双齿连接应验算木材的承压、受剪和受拉强度。

1．按木材承压验算

（4－l）

式中N——轴心压力设计值（N）；

fcα——木材斜纹承压强度设计值（N／mm2），按公式（2－9）、（2－10）或图2－2确定；

Ac——齿的承压面积（mm2）；

对于双齿连接，取两个齿的承压面面积之和；

对于原木，齿的承压面积的计算方法如下。

原木单齿连接承压面积Ac计算表

表中：

hC——弦杆齿深；

φ——腹杆与弦杆之间的夹角；

d1——受压腹杆在承压面处的直径；

bC——直径为d的弦杆，当切削深度为hC时的弦长；

bC1——直径为d1的腹杆，当切削深度为hC1时的弦长；

2AC1——直径为d1的腹杆，当两边切削深度为

时的弓形面积。

附图l当t≤d1时的承压面积

附图2当t＞d1时的承压面积

2．按木材受剪验算

（4－2）

式中V——剪面上的剪力设计值（N），对于木桁架的支座节点，其值等于下弦的拉力；对于双齿全部剪力由第二齿的剪面承担；

fv——木材顺纹抗剪强度设计值（N／mm2）；

v——剪面计算长度，其取值：

对于单齿不得大于该齿齿深hc的8倍，对于双齿不得大于第二齿齿深hc的10倍，全部剪力V由第二齿的剪面承受；

bv——剪面宽度；

ψv——考虑沿剪面长度剪应力分布不均匀的强度降低系数，其值按表4－1采用。

强度降低系数ψv值表4－1

/hc

4．5

5

6

7

8

10

ψv

单齿

0．95

0．89

0．77

0．70

0．64

—

双齿

—

—

1．0

0．93

0．85

0．71

3．按木材受拉验算

（4—3）

式中Nt——受拉杆件的拉力设计值（N）；

ft——木材抗拉强度设计值（N／mm2）；

An——齿根处的净截面面积（mm2），计算中应扣除由于安设保险螺栓、附木等造成的削弱。

三、齿连接中的保险螺栓

桁架支座节点采用齿连接时，必须设置保险螺栓。

保险螺栓应与上弦轴线垂直，一般位于非承压齿面的中央。

保险螺栓的作用在于防止因剪面由于某些偶然因素突然破坏而引起整个桁架的破坏，使有可能及时进行抢修，避免酿成更大的事故。

保险螺栓只在木材剪面破坏以后才起作用。

设计齿连接时，不应考虑保险螺栓与齿共同工作。

保险螺栓受力情况较为复杂，包括螺栓受拉、受弯以及上弦端头在剪面上的摩擦作用等。

为了简单起见，规范规定保险螺栓所承受的拉力按下式确定:

Nb＝N·tg（60°－α）（4－4）

式中N——上弦的轴向压设计值（N）；

α——上弦与下弦的夹角（度）；

Nb——保险螺栓所承受的轴向拉力（N）。

保险螺栓宜选用Q235钢制作，其抗拉强度设计值应乘以1．25的调整系数，

式中，As为保险螺栓有效截面积，fs为保险螺栓钢材抗拉强度设计值。

双齿连接宜选用两个直径相同的保险螺栓（图4－2）共同承受拉力N；，但在计算时不考虑两个螺栓受力不均的调整系数。

例1

已知：

上弦杆截面b=160mm，h=180mm；斜腹杆b=160mm，h=100mm；D1=13.94kN；斜腹杆与上弦夹角α＝60°；fc，60=4.1N／mm2；其他如图

求：

hc值与hx值

解：

所需承压面积

所需刻槽深度

，

取hc=20mm<

=45mm

为了使斜杆轴心线通过承压面中心，斜杆端部上侧需削去

第二节螺栓连接和钉连接

螺栓连接和钉连接具有充分的紧密性和韧性，制作简单，安全可靠，是木结构中常用的一种连接。

一、螺栓连接和钉连接的计算和构造

螺栓连接和钉连接的连接型式有下列几种。

图4－3双剪连接

图4－4单剪连接

图4－5不对称连接

不对称连接：

包括不对称双剪（图4－5a）、不对称多剪（图4－5b）。

双剪连接和单剪连接的构造和计算应遵守下列规定：

1）螺栓连接和钉连接中木构件的最小厚度应符合表4－2的要求。

螺栓连接和钉连接中木构件的最小厚度表4－2

连接形式

螺栓连接

钉连接

d<18mm

d>18mm

双剪连接（见图4－3）

c≥5d

a≥2.5d

c≥5d

a≥4d

c≥8d

a≥4d

单剪连接（见图4－4）

c≥7d

a≥2.5d

c≥7d

a≥4d

c≥10d

a≥4d

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。

2）在木构件最小厚度符合表4－2中的要求的条件下，螺栓连接或钉连接顺纹受力时每一剪面的设计承载力V应按下式确定：

（4－5）

式中V——螺栓或钉连接每一剪面的承载力设计值（N）；

fc——木材顺纹承压强度设计值（N／mm2）；

d——螺栓或钉的直径（mm）；

kv——螺栓或钉连接设计承载力的计算系数，按表4－3采用。

螺栓或钉连接设计承载力的计算系数kv表4－3

连接形式

螺栓连接

钉连接

a/d

2.5~3

4

5

≥6

4

6

8

10

≥11

kv

5.5

6.1

6.7

7.5

7.6

8.4

9.1

10.2

11.1

采用钢夹板时，计算系数kv取表中螺栓或钉的最大值。

当木构件采用湿材制作时，无论用木夹板或用钢夹板，螺栓连接计算系数kv的取值不应大于6.7。

单剪连接中，若受条件限制，木构件的厚度c不满足表4－2的规定时，则每一剪面的设计承载力Nv应按表4－8所列普遍公式计算，并且取四者中的最小值。

计算不对称连接时，可沿轴线（图4－5的中心线）对开，作为两个单剪连接考虑；对开后，其最小厚度及计算方法均应遵守单剪连接的有关规定。

3）若螺栓的传力方向与构件木纹成α角时，则（4－5）式的V应乘以斜纹承压的降低系数ψα值，α角应取该剪面两侧木材承压角度较大值。

若按表4－8所列普遍公式求V值，该公式中的fc值，均应乘以ψα2。

对于钉连接，无论角度α值大小，均不考虑斜纹承压的影响。

斜纹承压的降低系数ψα值表4－4

力与木纹所成的角

α（°）

螺栓直径（mm）

12

14

16

18

20

22

≤10

1

10<α80

取线性插入值

≥80

0.84

0.81

0.78

0.75

0.73

0.71

4）螺栓的排列，应按两纵行齐列（图4－6）或两纵行错列（图4－7）布置。

图4－6两纵行齐列

图4－7两纵行错列

螺栓排列的最小间距应符合表4－5的要求。

螺栓排列的最小间距表4－5

排列形式

顺纹

横纹

端距

中距

边距

中距

S0

Se

S1

S3

S2

两纵行齐列（图4－6）

7d

7d

3d

3.5d

两纵行错列（图4－7）

10d

2.5d

表中d——螺栓直径。

当被连接的受拉构件采用湿材制作时，其顺纹端距S0应加长70mm。

当采用钢夹板时，钢夹板上的端距取S0＝2d，边距取S3＝1．5d。

当构件成直角相交，而一构件的轴向力通过螺栓传给另一构件时，螺栓排列的横纹最小边距，在受力边不小于4．5d；在不受力边不小于2．5d（图4－8）。

图4－8木纹螺栓排列

5）钉的排列，可采用齐列、错列或斜列（图4－9）布置，其最小间距应符合表4－6的要求。

对于软质阔叶材，其顺纹中距和端距应按表中规定增加25％；对于硬质阔叶树和落叶松，若无法预先钻孔，不应采用钉连接。

在一个节点中，不得少于两颗钉。

当钉从连接的两面钉入时，需符合钉入中间构件的深度不大于该构件厚度的2／3的条件，方才容许从两面正对钉入，此时钉的间距可不考虑钉子相互交搭的影响。

当中间构件的钉入深入大于该构件厚度的2／3时，两面的钉子必须错位钉入，而其在中间构件中的间距S1不小于15d。

钉排列的最小间距表4－6

构件被钉穿的厚度

a

顺纹

横纹

中距

S1

端距

S0

中距S2

边距

S3

齐列

错列或斜列

a≥10d

10d>a>4d

a=4d

15d

取插入值

25d

15d

4d

3d

4d

表中d——钉的直径；

a——构件被钉穿的厚度（见图4－3和图4－4）

图4－9钉连接的斜列布置

6）对于钉连接，表4－2和表4－3中所示木构件的厚度a或c值，应取钉在该构件中的实际有效长度。

在未被钉穿的构件中，计算时钉尖长1．5d不得计算在内（图4－10a）；若钉尖穿出构件表面（图4－10b），则应考虑木材表层纤维可能损坏而减少1．5d。

此外，尚应考虑在每条拼缝处可能有2mm的缝隙。

如钉的有效长度小于4d，则相应剪面的承载力不予考虑。

图4－10钉尾的计算长度

二、销连接的计算原理简介

现行规范中螺栓连接和钉连接的构造和计算规定，系根据销连接的计算原理并考虑螺栓或钉在方木和原木桁架中的常用情况，适当简化而制定的。

这里简略介绍这一简化过程和销连接在普遍情况下的计算公式。

1．对称双剪连接的计算原理

按照一般考虑木材弹塑性工作的假定，可分别导出各种连接型式（图4－3、4、5）承载能力的计算公式。

现以木结构中最常用的对称双剪连接为例加以介绍。

试验表明，对称双剪连接的破坏有下列四种情况。

（1）当销的直径d很粗，边部构件a较厚，而中部构件c较薄时，试件由于中部构件被挤压而破坏（图4－11）。

其计算式为：

Vc=0．5cd

（4－6）

式中Vc——按中部构件计算，一个剪面的承载能力；

——中部构件木材销槽孔壁承压强度；

c——中部构件的厚度；

d——销的直径。

图4－11中部构件挤压破坏

（2）当销的直径d很粗，边部构件a较薄，而中部构件c较厚时，试件将由于边部构件被挤压而破坏（图4－12）。

其计算式为：