第三章木结构设计方法与木材设计指标课件

章木结构设计方法与木材设计指标章木结构设计方法与木材设计指标1结构设计基本目标：在预期的使用年限内，满足各种预定的使用功能。结构功能：安全性、适用性、耐久性。极限状态：承载力极限状态、正常使用极限状态结构设计理论的演变结构设计基本目标：在预期的使用年限内，满足各种预定的使用功2容许应力极限状态σ——结构构件控制界面最大应力，采用“标准荷载组合效应”计算；[σ]——容许应力；——构件材料的弹性极限强度；——安全系数，大于。破坏状态是指控制截面的最大应力达到材料的弹性极限：容许应力极限状态σ——结构构件控制界面最大应力3优点：简单易行；缺点：破坏状态与实际情况不符；未考虑荷载和材料强度的变异性，是定值设计方法；安全系数由经验确定，缺乏科学依据。优点：简单易行；4破坏阶段设计法——第种荷载的作用效应；()——构件的抗力函数；——构件材料的屈服强度；——构件几何参数；——安全系数，大于。破坏状态是指结构构件控制截面的最大应力达到材料承载力极限：破坏阶段设计法——第种荷载的作用效应；破坏状态5多系数极限状态设计法、、——第种荷载的标准值、超载系数与作用效应系数；()——构件的抗力函数；、——构件第种材料的标准强度与不均匀系数；——构件第种材料的几何参数；——构件工作条件影响系数，小于。采用承载力和正常使用两种极限状态，在承载力极限状态下采用多系数表达法；考虑超载与材料不均匀性和工作条件的影响：多系数极限状态设计法、、——第种荷载的标准值、6基于可靠性理论的极限状态设计法水准——半概率法；水准——近似概率法；水准——全概率法。从结构功能失效概率出发，将荷载效应与结构抗力不定性联系起来，将凭经验确定的安全系数或多系数转变为结构功能满足不大于失效概率的各荷载分项系数、效应组合系数和抗力分项系数等。基于可靠性理论的极限状态设计法水准——半概率法7基于可靠性理论的极限状态设计法结构可靠度的概念结构可靠度：结构在规定的时间内与规定的条件下，完成预期功能的概率。可靠概率，失效概率，。基于可靠性理论的极限状态设计法结构可靠度的概念8可靠度指标计算公式：可靠度指标计算公式：9目标可靠度目标可靠指标（记为β），指由规范规定的、为今后设计所采用的可靠指标。从理论上说，其值应根据结构构件的重要性、破坏性质和破坏后果，以优化方法分析确定。目前条件下，只能用“校准法”确定。“校准法”是用概率法对原规范隐含的可靠指标进行反演计算，作为确定新规范目标可靠指标的基础。这种方法的优点是稳妥易行，既能使新定的β值符合我国工程实践经验，又能使原规范在某些情形下β值过低或过高的缺陷得到纠正。目标可靠度10《建筑结构可靠度设计统一标准》：承载力极限状态，以年为年失效概率。正常使用极限状态，可靠度标准可降低，取，失效概率为。《建筑结构可靠度设计统一标准》：11木结构设计使用年限类别设计使用年限示例临时性结构易于替换的结构构件普通房屋和一般构筑物纪念性建筑物和特别重要建筑结构建筑结构安全等级安全等级破坏后果示例一级很严重重要的建筑物二级严重一般的建筑物三级不严重次要的建筑物木结构设计使用年限类别设计使用年限示例临时性结构易于替换的结12承载力极限状态和木材强度设计值承载力极限状态设计表达式：承载力极限状态式中γ——结构重要性系数；——荷载效应基本组合；——结构承载力计算值。承载力极限状态和木材强度设计值承载力极限状态设计表达式：13结构重要性系数γ取值：（）安全等级为一级或设计使用年限为年及以上的结构构件，不应小于；对安全等级为一级且设计使用年限为年及以上的结构构件，不应小于；（）安全等级为二级或设计使用年限为年的结构构件，不应小于；（）安全等级为三级或设计使用年限为年的结构构件，不应小于；对设计使用年限为年的结构构件，不应小于；结构重要性系数γ取值：14构件承载力与材料强度呈线性关系，承载力分项系数γ也可称为材料强度分项系数。式中——材料截面几何参数；(·)——抗力抵抗系数；γ——承载力分项系数；γ——材料性能分项系数；,——材料强度标准值与设计值。构件承载力与材料强度呈线性关系，承载力分项系数γ也可称为材料15需不同荷载的分项系数与可辨荷载的组合系数。《建筑结构荷载规范》：荷载分项系数式中,——永久荷载和可变荷载的标准值；γ,γ——永久荷载和可变荷载的分项系数；,——最大可变荷载的标准值与其余可变荷载标准值；γ,γ——可变荷载组合效应的对应分项系数；φ——第可变荷载的效应组合系数。需不同荷载的分项系数与可辨荷载的组合系数。荷载分项系数16木结构承载力分项系数木结构承载力计算：式中——结构木材的实际强度；——材料的实际几何参数。木结构承载力不定性组成：木材强度的不定性；构件几何参数的不定性；构件计算模式的不定性；木结构承载力分项系数木结构承载力计算：式中17木结构构件抗力统计参数影响系数的名称统计参数名称构件受力性质受弯顺纹受压顺纹受拉顺纹受剪构件材性不定性几何参数不定性计算模式不定性木结构构件抗力统计参数影响系数的名称统计18木结构抗力不定性计算：木结构抗力不定性计算：19木结构承载力分项系数：可按前面确定的目标可靠指标β，采用《建筑结构可靠性统一标准》推荐的方法进行计算。在计算中，永久荷载分项系数γ和可变荷载分项系数γ取《统一标准》统一规定的确定值，即γ＝；γ＝。根据四种情况下可变荷载与永久荷载比值ρ算得：顺纹受拉γ；顺纹受压γ；顺纹受剪γ；顺纹受弯γ。木结构承载力分项系数：20

.木材材料性能分项系数

.木材材料性能分项系数21荷载（或荷载效应）的统计参数荷载种类平均值／标准值变异系数δ恒荷载办公楼楼面活荷载住宅楼面活荷载雪荷载注：本表取值系根据本规范协调结果确定的，专供核准使用。荷载（或荷载效应）的统计参数荷载种22木材强度设计值计算式：式中——木材强度的标准值；γ——木材材料性能分项系数。木材强度设计值木材强度设计值计算式：式中——木材强度的标准值；木材23.木材强度标准值计算方法＝()μ－σ或者＝μ(－δ)

——木材强度低于标准值的概率的概率；（）——木材强度概率分布函数的反函数在处的值；μ——木材标准小试件强度平均值；’σ——木材标准小试件强度标准差；δ——木材标准小试件强度变异系数，δσμ；——按及木材强度分布类型确定的系数，可从概率分布表中查得。.木材强度标准值计算方法24材料强度的概率分布应按假设检验结果，选用服从正态分布或对数正态分布的假设。材料强度的标准值取保证率的强度值，由概率分布下％（即＝）的分位数确定。木材顺纹抗压强度频数直方图（实例）对于正态分布，它的下％的分位数处，值为．，故，＝μ－σ＝μ（－δ）材料强度的概率分布应按假设检验结果，选用服从正态分布或对数正25【例题】四川青衣江产的铁杉木材，其抗弯强度平均值μ为，变异系数δ为％。已知受弯木构件的材料性能分项系数γ＝。试确定其抗弯强度设计值。【解】μ(－δ)＝(×)铁杉木材的抗弯强度设计值为＝γ＝取等于注意：按上述例题方法计算结果并不一定就是规范采用的数值，因为规范对不同树种的木材，尚需按它所划分的强度等级进行合理的归类。【例题】四川青衣江产的铁杉木材，其抗弯强度平均值μ为，变异系26《木结构设计规范》按建筑木材抗弯强度将针叶木分为四个等级，按拉压剪强度每一强度分为、两组；阔叶木分为五个强度等级。

.木材设计强度分类《木结构设计规范》按建筑木材抗弯强度将针叶木分为四个等级，按27强度等级组别适用树种抗弯顺纹抗压及承压顺纹抗拉顺纹抗剪柏木、长叶松、湿地松、粗皮落叶松东北落叶松、欧洲赤松、欧洲落叶松铁杉、油杉、太平洋海岸黄柏、花旗松—落叶松、西部铁杉、南方松鱼鳞云杉、西南云杉、南亚松油松、新疆落叶松、云南松、马尾松、扭叶松、北美落叶松、海岸松红皮云杉、丽江云杉、红松、樟子松、西加云杉、俄罗斯红松、欧洲云杉、北美山地云杉、北美短叶松西北云杉、新疆云杉、北美黄松、云杉—松—冷杉、铁—冷杉、东部铁杉、杉木冷杉、速生杉木、速生马尾松、新西兰辐射松—青冈、椆木、门格里斯木、卡普木、沉水稍克隆、绿心木、紫心木、孪叶豆、塔特布木—栎木、达荷玛木、萨佩莱木苦油树、毛罗藤黄—锥栗（栲木）、桦木、黄梅兰蒂、梅萨瓦木、水曲柳、红劳罗木—深红梅兰蒂、浅红梅兰蒂、白梅兰蒂、巴西红厚壳木—大叶松、小叶椴强度组别适用树种抗弯顺纹抗压及承压顺纹顺纹柏木、长叶28强度等级组别适用树种横纹承压弹性模量全表面局部表面及齿面拉力螺栓垫板下面柏木东北落叶松铁杉、油杉鱼鳞云杉、西南云杉油松、新疆落叶松、云南松、马尾松红皮云杉、丽江云杉、红松、樟子松西北云杉、新疆云杉杉木、冷杉—栎木、青冈、椆木—水曲柳—锥栗（栲木）、桦木

深红梅兰蒂、浅红梅兰蒂、白梅兰蒂、巴西红厚壳木

大叶松、小叶椴强度组别适用树种横纹承压弹性全表面局部表面及齿面拉力29注：）对位于木构件端部（如接头处）的拉力螺栓垫板，其计算中所取的木材横纹承压强度设计值，应按“局部表面及齿面”一栏的数值采用。）当使用原木时，若验算部位未经切削，其顺纹抗压强度设计值、抗弯强度设计值和弹性模量可提高％。）当构件矩形截面的短边尺寸不小于时，其抗弯强度设计值可提高％。）当采用湿材时，各种木材的弹性模量和横纹承压强度设计值，以及落叶松木材的抗弯强度设计值宜降低％。注：）对位于木构件端部（如接头处）的拉力螺栓垫板，其计算中所30木材强度设计值和弹性模量的调整系数项次使用条件调整系数强度设计值弹性模量

露天环境长期生产性高温环境，木材表面温度达℃按恒荷载验算时（注①）用于木构筑物时施工荷载和维修时的短暂情况

注：①当仅有恒荷载或恒荷载所产生的内力超过全部荷载所产生的内力的时，应单独以恒荷载进行验算。②当若干条件同时出现，表列各系数应连乘。木材强度设计值和弹性模量的调整系数项次使31不同设计使用年限时木材强度设计值和弹性模量的调整系数设计使用年限调整系数强度设计值弹性模量

不同设计使用年限时木材强度设计值和弹性模量的调整系数32正常使用极限状态正常使用极限状态设计表达式正常使用极限状态设计表达式：式中，——荷载效应标准组合下的变形计算值；——结构构件容许变形值，大于极限变形值。正常使用极限状态正常使用极限状态设计表达式正33受弯构件按挠度验算时，其计算条件式为ω≤[ω]式中ω——按《建筑结构荷载规范》荷载效应的标准组合确定的构件挠度值；[ω]——对受弯构件的容许挠度值。受弯构件按挠度验算时，其计算条件式为34受弯木构件的容许挠度值项次构件类别容许挠度值[ω]檩条≤>椽条吊顶中的受弯构件楼板梁和搁栅注：——受弯构件的计算跨度。受弯木