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
天然生長的木材不可避免地會存在一些缺陷，對木材影響最大的缺陷是腐朽、蟲蛀，這是任何等級的木材絕對不允許的；此外，對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(Ⅰ級最好，Ⅲ級最差)。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)等級選用Ⅰ級；受彎或壓彎構(gòu)件材質(zhì)等級選用Ⅱ級；受壓構(gòu)件及次要受彎構(gòu)件(如吊頂小龍骨)材質(zhì)等級選用Ⅲ級。
2，含水率
木材的含水率對木材強(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、含水率對受壓，受彎、受剪及承壓強(qiáng)度影響較大，而對受拉強(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，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。
二、木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的計(jì)算
(一)木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法
木結(jié)構(gòu)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，計(jì)算時(shí)考慮以下兩種極限狀態(tài)：
1.承載能力極限狀態(tài)
與鋼結(jié)構(gòu)一樣，按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)表達(dá)式采用應(yīng)力表示的計(jì)算式，木材強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值按《木結(jié)構(gòu)規(guī)范》表4．2．1—3采用。計(jì)算內(nèi)容包括強(qiáng)度和穩(wěn)定。
2．正常使用極限狀態(tài)
按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，對結(jié)構(gòu)和構(gòu)件采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值(按荷載的短期效應(yīng)組合)驗(yàn)算其變形；對受壓構(gòu)件驗(yàn)算其長細(xì)比。
(二)木結(jié)構(gòu)構(gòu)什的計(jì)算
1．軸心受拉構(gòu)件
軸心受拉構(gòu)件的承載力按下式計(jì)算：

2．軸心受壓構(gòu)件
(1)強(qiáng)度計(jì)算

(2)穩(wěn)定計(jì)算
對于比較細(xì)長的壓桿，一般在強(qiáng)度破壞前，就因失去穩(wěn)定而破壞。因此軸心受壓構(gòu)件還需進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，即：

(3)剛度驗(yàn)算
受壓構(gòu)件的剛度以長細(xì)比λ表示，為避免受壓構(gòu)件因長細(xì)比過大，在自重作用下下垂過大，以及避免過分顫動(dòng)，受壓構(gòu)件的長細(xì)比應(yīng)滿足：

3．受彎構(gòu)件
受彎構(gòu)件有單向受彎構(gòu)件和雙向受彎構(gòu)件兩種。當(dāng)荷載的作用平面與截面主軸平面重合時(shí)為單向受彎構(gòu)件(圖11—134a)，如房屋中木梁；當(dāng)荷載的作用平面與截面主軸平面不重合時(shí)為雙向受彎構(gòu)件(圖11-134b)，如檁條、掛瓦條。

(1)單向受彎構(gòu)件的計(jì)算
1)強(qiáng)度計(jì)算
按承載能力極限狀態(tài)要求，受彎構(gòu)件應(yīng)滿足強(qiáng)度要求，包括彎曲正應(yīng)力和剪應(yīng)力計(jì)算。
a．抗彎強(qiáng)度(正應(yīng)力)計(jì)算

fm—木材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
b．抗剪強(qiáng)度(剪應(yīng)力)計(jì)算

2)撓度驗(yàn)算
為滿足正常使用極限狀態(tài)要求，對于受彎構(gòu)件還需驗(yàn)算其撓度：

(2)雙向受彎構(gòu)件計(jì)算
1)強(qiáng)度計(jì)算

2)撓度驗(yàn)算

4．拉彎、壓彎構(gòu)件計(jì)算
(1)拉彎構(gòu)件
受拉同時(shí)受彎的構(gòu)件稱為拉彎構(gòu)件。拉彎構(gòu)件所產(chǎn)生的彎矩可能是由于橫向荷載引起的、拉力的偏心作用引起的、或者是由于不對稱的截面削弱引起的。
拉彎構(gòu)件的承載力按下式計(jì)算：

式中符號意義同前。

(2)壓彎構(gòu)件
構(gòu)件受軸向壓力的同時(shí)還承受彎矩作用的構(gòu)件稱為壓彎構(gòu)件。壓彎構(gòu)件所產(chǎn)生彎矩的原因與拉彎構(gòu)件相同。木結(jié)構(gòu)中，壓彎構(gòu)件較為常見，當(dāng)屋架上弦節(jié)點(diǎn)間放置檁條時(shí)，即為壓彎構(gòu)件。
壓彎構(gòu)件的受力特點(diǎn)是：當(dāng)構(gòu)件彎曲時(shí)，除初始彎矩和撓曲外，還出現(xiàn)了由軸向壓力引起的附加彎矩(圖11－135)，在計(jì)算中必須考慮這一因素。
1)強(qiáng)度計(jì)算

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(一)齒連接
齒連接是通過構(gòu)件與構(gòu)件之間直接抵承傳力，所以齒連接只應(yīng)用在受壓構(gòu)件與其他構(gòu)件連接的節(jié)點(diǎn)上。
齒連接有單齒連接與雙齒連接(圖11—136)，應(yīng)符合下列規(guī)定：
(1)齒連接的承壓面，應(yīng)與所連接的壓桿軸線垂直。
(2)單齒連接應(yīng)使壓桿軸線通過承壓面中心。
(3)上弦軸線及支座反力作用線宜與下弦凈截面的中心線交匯于一點(diǎn)；當(dāng)采用原木時(shí)，可與下弦毛截面的中心線交匯于一點(diǎn)。
(4)齒連接的齒深，對于方木不應(yīng)小于20mm；對于原木不應(yīng)小于30mm。桁架支座節(jié)點(diǎn)齒深不應(yīng)大于h／3(h為齒深方向的構(gòu)件截面高度)；中間節(jié)點(diǎn)的齒深不應(yīng)大于h／4。雙齒連接中，第二齒的齒深hc應(yīng)比第一齒的齒深hc1至少大20mm。單齒和雙齒第一齒的剪
面長度不應(yīng)小于4.5倍齒深，當(dāng)采用濕材制作時(shí)，木桁架支座節(jié)點(diǎn)齒連接的剪面長度應(yīng)比計(jì)算值加長50mm。
(5)桁架支座節(jié)點(diǎn)采用齒連接時(shí)，必須設(shè)置保險(xiǎn)螺栓。保險(xiǎn)螺栓應(yīng)與上弦軸線垂直。
(二)螺栓連接和釘連接
根據(jù)穿過被連接構(gòu)件間剪面數(shù)目可分為單剪連接和雙剪連接(圖11—137)。
在螺栓連接和釘連接中，連接木構(gòu)件的最小厚度應(yīng)符合表11-40的要求。
螺栓連接和釘連接中木構(gòu)件的最小厚度表11-40

注：表中c——中部構(gòu)件的厚度或單剪連接中較厚構(gòu)件的厚度；
a——邊部構(gòu)件的厚度或單剪連接中較薄構(gòu)件的厚度；
d——螺栓或釘?shù)闹睆健?/p>

(a)雙剪連接；(b)單剪連接
四、木結(jié)構(gòu)防火和防護(hù)
(—)木結(jié)構(gòu)的防火
1．建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限
木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限不應(yīng)低于表11-41的規(guī)定。

注：①屋頂表層應(yīng)采用不可燃材料；
②當(dāng)同一座木結(jié)構(gòu)建筑由不同高度組成，較低部分的屋頂承重構(gòu)件必須是難燃燒體，耐火極限不應(yīng)小于1．00h。
2．建筑的層數(shù)、長度和面積
木結(jié)構(gòu)建筑不應(yīng)超過三層。不同層數(shù)建筑最大允許長度和防火分區(qū)面積不應(yīng)超過表11-42的規(guī)定。

注：安裝有自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑÷每層樓最大允許長度、面積應(yīng)允許在表11-40的基礎(chǔ)上擴(kuò)大一倍，局部設(shè)置時(shí)，應(yīng)按局部面積計(jì)算。
3．防火間距
(1)木結(jié)構(gòu)建筑之間、木結(jié)構(gòu)建筑與其他耐火等級的建筑之間的防火間距不應(yīng)小于表11-43的規(guī)定。

注：防火間距應(yīng)按相鄰建筑外墻的最近距離計(jì)算，當(dāng)外墻有突出的可燃構(gòu)件時(shí)，應(yīng)從突出部分的外緣算起。
(2)兩座木結(jié)構(gòu)建筑之間、木結(jié)構(gòu)建筑與其他結(jié)構(gòu)建筑之間的外墻均無任何門窗洞口時(shí)，其防火間距不應(yīng)小于4.00m。
(3)兩座木結(jié)構(gòu)之間、木結(jié)構(gòu)建筑與其他耐火等級的建筑之間，外墻的門窗洞門面積之和不超過該外墻面積的10％時(shí)，其防火間距不應(yīng)小于表11-44的規(guī)定。

4．材料的燃燒性能
(1)木結(jié)構(gòu)采用的建筑材料，其燃燒性能的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合《建筑材料難燃性試驗(yàn)方法》GB8625的規(guī)定。
(2)室內(nèi)裝修材料，房間內(nèi)的墻面，吊頂、采光窗、地板等所采用的材料，其防火性能均應(yīng)不低于難燃性B1級。
(3)管道及包覆材料或內(nèi)襯：
管道內(nèi)的流體能夠造成管道外壁溫度達(dá)到120℃及其以上時(shí)，管道及其包覆材料或內(nèi)襯以及施工時(shí)使用的膠粘劑必須是不燃材料，外壁溫度低于120oC的管道及其包覆材料或內(nèi)襯，其防火性能應(yīng)不低于難燃性B1級。
(4)填允材料：建筑中的各種構(gòu)件或空間需填充吸聲、隔熱、保溫材料時(shí)，這些材料的防火性能應(yīng)不低于難燃性B1級。
5．采暖通風(fēng)
(1)木結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)嚴(yán)禁設(shè)計(jì)使用明火采暖、明火生產(chǎn)作業(yè)等方面的設(shè)施，
(2)用于采暖或炊事的煙道，煙囪、火炕等應(yīng)采用非金屬不燃材料制作，并應(yīng)符合下列規(guī)定：
與木構(gòu)件相臨部位的壁厚不小于240mm；
與木結(jié)構(gòu)之間的凈距不小于120mm，且其周圍具備良好的通風(fēng)環(huán)境。
6.天窗
由不同高度部分組成的一座木結(jié)構(gòu)建筑，較低部分屋面上開設(shè)的天窗與相接的較高部分外墻上的門、窗、洞口之間最小距離不應(yīng)小于5.00m，當(dāng)符合下列情況之一時(shí)，其距離可不受限制；
(1)天窗安裝了自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)或?yàn)楣潭ㄊ揭壹壏阑鸫埃?br /> (2)外墻面上的門為遇火自動(dòng)關(guān)閉的乙級防火門，窗口、洞口為固定式的乙級防火窗。
7．密閉空間
木結(jié)構(gòu)建筑中，下列存在密閉空間的部位應(yīng)采取隔火措施：
(1)輕型木結(jié)構(gòu)建筑，當(dāng)層高小于或等于3m時(shí)，位于墻骨柱之間，樓、屋蓋的梁底部處；當(dāng)層高大于3m時(shí)，位于墻骨柱之間、沿墻高每隔3m處，及樓、屋蓋的梁底部處。
(2)水平構(gòu)件(包括屋蓋，樓蓋)和豎向構(gòu)件(墻體)的連接處。
(3)樓梯上下第一步踏板與樓蓋交接處。
(二)木結(jié)構(gòu)的防護(hù)
1．木結(jié)構(gòu)中的下列部位應(yīng)采取防潮和通風(fēng)措施：
(1)在桁架和大梁的支座下應(yīng)設(shè)置防潮層。
(2)在木柱下應(yīng)設(shè)置柱墩，嚴(yán)禁將木柱直接埋人土中。
(3)桁架、大梁的支座節(jié)點(diǎn)或其他不得封閉在墻、保溫層或通風(fēng)不良的環(huán)境中的承重木構(gòu)件(圖11—138和圖11-139)。
(4)處于房屋隱蔽部分的木結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)通風(fēng)孔洞。
(5)露天結(jié)構(gòu)在構(gòu)造上應(yīng)避免任何部分有積水的可能，并應(yīng)在構(gòu)件之間留有空隙(連接部位除外)。
(6)當(dāng)室內(nèi)外溫差很大時(shí)，房屋的圍護(hù)結(jié)構(gòu)(包括保溫吊頂)，應(yīng)采取有效的保溫和隔汽措施。
2．木結(jié)構(gòu)構(gòu)造上的防腐、防蟲措施，除應(yīng)在設(shè)計(jì)圖紙中加以說明外，尚應(yīng)要求在施工的有關(guān)工序交接時(shí)，檢查其施工質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)在問題應(yīng)立即糾正。
3．下列情況，除從結(jié)構(gòu)上采取通風(fēng)防潮措施外，尚應(yīng)進(jìn)行藥劑處理。
(1)露天結(jié)構(gòu)；
(2)內(nèi)排水桁架的支座節(jié)點(diǎn)處；
(3)檁條、擱柵、柱等木構(gòu)件直接與砌體、混凝土接觸部位；
(4)白蟻容易繁殖的潮濕環(huán)境中使用的木構(gòu)件；
(5)承重結(jié)構(gòu)中使用馬尾松、云南松、濕地松、樺木以及新利用樹種中易腐朽或易遭蟲害的木材。
4．常用的藥劑配方及處理方法，可按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50206)的規(guī)定采用。
注：(1)蟲害主要指白蟻、長蠹蟲、粉蠹蟲及天牛等的蛀蝕。
(2)實(shí)踐證明，瀝青只能防潮，防腐效果很差，不宜單獨(dú)使用。
5．以防腐、防蟲藥劑處理木構(gòu)件時(shí)，應(yīng)按設(shè)計(jì)指定的藥劑成分、配方及處理方法采用。受條件限制而需改變藥劑或處理方法時(shí)，應(yīng)征得設(shè)計(jì)單位同意。在任何情況下，均不得使用未經(jīng)鑒定合格的藥劑。
6．木構(gòu)件(包括膠合木構(gòu)件)的機(jī)械加工應(yīng)在藥劑處理前進(jìn)行。木構(gòu)件經(jīng)防腐防蟲處理后，應(yīng)避免重新切割或鉆孔。由于技術(shù)上的原因，確有必要作局部修整時(shí)，必須對木材暴露的表面涂刷足夠的同品牌藥劑。
7．木結(jié)構(gòu)的防腐、防蟲，采用藥劑加壓處理時(shí)，該藥劑在木材中的保持量和透入度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)文件規(guī)定的要求。設(shè)計(jì)未作規(guī)定時(shí)，則應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50206)規(guī)定的最低要求。