木结构设计方法与木材设计指标

第三章木结构设计方法与木材设计指标

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

3.1结构设计理论的演变3.1.1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；fs——构件材料的弹性极限强度；k——安全系数，大于1。破坏状态是指控制截面的最大应力达到材料的弹性极限：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k由经验确定，缺乏科学依据。3.1.2破坏阶段设计法Si——第i种荷载的作用效应；R(f

A)——构件的抗力函数；f——构件材料的屈服强度；A——构件几何参数；k——安全系数，大于1。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：3.1.3多系数极限状态设计法qi、ni、ci——第i种荷载的标准值、超载系数与作用效应系数；R(f

A)——构件的抗力函数；fi、ki——构件第i种材料的标准强度与不均匀系数；Ai——构件第i种材料的几何参数；m——构件工作条件影响系数，小于1。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：3.1.4基于可靠性理论的极限状态设计法水准I——半概率法；水准II——近似概率法；水准III——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。3.竟2基于冷可靠士性理厌论的耕极限泼状态痒设计今法3.诊2.物1结构闻可靠展度的挂概念结构献可靠咐度：盾结构吗在规糟定的甩时间歇内与购规定涛的条维件下温，完阳成预克期功烫能的还概率常。可靠鸡概率Ps，失币效概械率Pf，Ps+Pf=1。可靠皇度指翼标计淡算公未式：3.崭2.奋2目标控可靠颤度目标政可靠荷指标干（记夜为β0），事指由堆规范续规定强的、刚为今怪后设炒计所叼采用还的可嘉靠指洁标。滩从理泥论上枯说，范其值昨应根崇据结证构构椅件的轨重要肤性、湿破坏筛性质激和破谨坏后后果，馅以优沈化方基法分失析确孩定。架目前饭条件秋下，家只能崖用“喂校准庆法”拒确定灿。“校传准法窗”是云用概丽率法芹对原哨规范日隐含在的可袋靠指扬标进砖行反酒演计世算，崭作为禽确定铸新规斑范目冈标可厕靠指什标的裙基础举。这恰种方求法的拣优点铺是稳查妥易免行，灯既能败使新锹定的β0值符直合我岁国工垄程实械践经察验，吼又能葬使原卖规范姜在某腹些情交形下β0值过欲低或纤过高怨的缺伞陷得义到纠陷正。《建美筑结信构可亩靠度炼设计棵统一忌标准摩》G计B5尚00雪68俘：承载烛力极迫限状馒态，观以5堂0年丽为年凉失效劳概率版。正常损使用纸极限街状态痕，可街靠度献标准惹可降缓低，裕取0跪-1脉.5强，失挖效概潜率为涛0.稼5-丽0.获06土68仓。木结区构设故计使挤用年皮限类别设计使用年限示例15临时性结构225易于替换的结构构件350普通房屋和一般构筑物4100纪念性建筑物和特别重要建筑结构建筑吹结构禾安全滥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3.3承载充力极稿限状肃态和按木材那强度日设计归值承载首力极句限状谣态设怠计表酸达式狱：3.3抱.1承载贵力极伍限状境态式中γ0——结构奸重要筝性系充数；S——荷载鹿效应页基本犹组合；R——结构块承载邻力计般算值。结构冰重要晕性系晚数γ0取值鞠：（1）安塞全等复级为一级或设教计使协用年夜限为跨50年及占以上驰的结申构构捕件，炸不应林小于1.1；对泉安全至等级拾为一级且设摸计使职用年改限为10庄0年及刻以上袍的结辰构构傍件，如不应藏小于1.2；（2）安胶全等谦级为二级或设赖计使要用年疲限为50年的抚结构禽构件葡，不鲜应小临于1.0；（3）安父全等弃级为三级或设接计使挑用年论限为5年的趁结构呆构件傍，不秆应小忙于0.9；对士设计文使用明年限饱为25年的允结构纪构件献，不狡应小缘瑞于0.95；构件受承载播力与讯材料霞强度嫩呈线炸性关令系，朵承载狐力分岗项系咳数γR也可朋称为织材料提强度俘分项傲系数描。式中Ak——材料盘截面阿几何忙参数；R(·)——抗力征抵抗拆系数；γR——承载哄力分太项系糊数；γf——材料瓣性能睬分项违系数；fk,f——材料应强度暴标准条值与塑设计鄙值。需不娃同荷湿载的永分项光系数筹与可顽辨荷否载的鸣组合萝系数黄。《建努筑结横构荷调载规孝范》芦GB崖50芒00损9：3.3肿.2娱荷载芳分项侨系数式中SGk,SQk——永久兆荷载倡和可驳变荷药载的团标准妇值；γG,γQ——永久数荷载仗和可随变荷我载的分项甘系数；SQk1,SQki——最大可变归荷载策的标湾准值与其筋余可法变荷咳载标限准值；γQ1,γQi——可变桌荷载洒组合量效应雀的对岁应分茎项系距数；φci——第i可变肃荷载狭的效播应组华合系瞧数。3.3术.3木结宰构承戏载力答分项测系数木结居构承崭载力亏计算烦：式中fa——结构俗木材劳的实拿际强里度；A——材料穷的实膀际几衬何参印数。木结册构承奶载力近不定熟性组成育：木材朱强度膜的不接定性KF；构件忌几何拉参数论的不眼定性KA；构件祝计算软模式键的不颗定性KP；木结松构构斜件抗守力统快计参拐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KF0.410.210.580.180.320.240.530.17几何参数不定性KA

0.940.080.960.060.960.060.960.06计算模式不定性KP1.00.051.00.051.00.050.970.08木结踩构抗力塔不定境性计算嫂：木结穗构承谊载力款分项岗系数代：可按捉前面仁确定晌的目网标可类靠指烈标β0，采净用《珍建筑竞结构杀可靠震性统陆一标匆准》型推荐鞭的方股法进疯行计旱算。悟在计闷算中套，永缠久荷萍载分涛项系秋数γG和可霞变荷非载分脑项系附数γQ取《斤统一醋标准定》统防一规钥定的那确定德值，争即γG＝1浇.2项；γQ＝1尸.4。根据难四种处情况安下可笨变荷子载与挖永久陶荷载项比值ρ算得贯：顺纹政受拉γR=1油.9指5；顺纹绿受压γR=1粮.4慎5；顺纹桨受剪γR=1存.5香0；顺纹趟受弯γR=1别.6喷0。2.思木男材材花料性芦能分恒项系坚数荷载雪（或匙荷载窄效应傍）的庸统计子参数荷

载

种

类平均值／标准值变

异

系

数δf恒

荷

载办公楼楼面活荷载住宅楼面活荷载雪荷载1.060.5240.6441.140.070.2880.2330.22注：幸本表纹取值夹系根牌据6本规孟范协挣调结征果确尺定的剥，专圣供核孤准使精用。木材颤强度千设计奴值计武算式笨：式中fk——悔木材赤强度峡的标盖准值子；γf——砍木材拉材料蛾性能愿分项召系数鸡。3.3幸.4木材慈强度荐设计东值1.赢木静材强很度标洪准值景计算雕方法fk＝F-1(Pk)=μf－uaσf或者fk＝μf(1－uaδf)Pk——盗木材场强度竞低于尼标准迫值fk的概睁率fk的概币率；F-1（Pk）—章—木蛇材强裤度概剩率分辈布函皱数的反函乒数在Pk处的巡寿值；μf——地木材售标准筝小试蜻件强炊度平协均值般；’σf——烟木材躲标准冶小试笼件强须度标恐准差请；δf——芽木材没标准家小试译件强爆度变挨异系宿数，δf=σf/μf；ua——秩按Pk及木摧材强菊度分快布类夜型确栋定的疤系数垮，可叉从概抵率分登布表中查塑得。材料词强度着的概优率分坦布应牛按假捞设检视验结膜果，单选用息服从贝正态灭分布仪或对爱数正旨态分球布的悟假设例。材料池强度辟的标奶准值fk取95条%保证梦率的平强度洽值，爷由概絮率分填布下5％（即Pk＝0寺.0振5）的初分位金数确骡定。木材吨顺纹漏抗压雁强度频数蹄直方族图（蹦实例鉴）对于朱正态效分布析，它谁的下5％的冤分位子数处却，ua值为1．64喊5，故鹅，fk＝μf－1齐.6婆45σf＝μf（1－1乔.6鞋45δf）【例可题】薄四川忘青衣缓江产砍的铁睛杉木拿材，俱其抗阳弯强牵度平垃均值μf为90N/mm2，变抛异系隆数δf为18.8％。革已知饥受弯挨木构座件的宰材料斤性能质分项兽系数γf＝4.2。试扫确定情其抗串弯强喇度设奶计值底。【解亚】fk=μf(1－1.64放5δf)＝90(1-1.64跪5×0.18穷8)=62.2N/mm2铁杉障木材筛的抗阔弯强免度设椅计值偿为fm＝fk/γf＝62.2/4.2=14.8N/mm2取等肉于15秤N/mm2注意：按拦上述翅例题城方法绪计算宝结果其并不黎一定无就是腾规范孔采用弓的数县值，遭因为遇规范吗对不门同树浙种的弊木材片，尚饼需按亭它所甚划分吩的强谊度等猾级进酿行合某理的丛归类顿。《木散结构错设计骂规范末》按手建筑议木材黄抗弯丹强度爷将针被叶木忽分为狸四个闲等级蛋，按贷拉压肚剪强烘度每驰一强廊度分束为A焦、B絮两组仆；阔择叶木闭分为继五拐个强竖度等桌级。3.废木盒材设普计强欣度分爪类强度等级组别适

用

树

种抗弯fm顺纹抗压及承

压fc顺纹抗拉ft顺纹抗剪fvTC17A柏木、长叶松、湿地松、粗皮落叶松1716101B东北落叶松、欧洲赤松、欧洲落叶松1591TC15A铁杉、油杉、太平洋海岸黄柏、

花旗松—落叶松、西部铁杉、南方松151391B鱼鳞云杉、西南云杉、南亚松1291TC13A油松、新疆落叶松、云南松、马尾松、扭叶松、北美落叶松、海岸松131281B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1081TC11A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111071B冷杉、速生杉木、速生马尾松、

新西兰辐射松1071TB20—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2018122TB17—栎木、达荷玛木、

萨佩莱木

苦油树、毛罗藤黄1716112TB15—锥栗（栲木）、桦木、黄梅兰蒂、

梅萨瓦木、水曲柳、红劳罗木1514102TB13—深红梅兰蒂、浅红梅兰蒂、白梅兰蒂、巴西红厚壳木131291TB11—大叶松、小叶椴111081强度等级组别适

用

树

种横纹承压fc弹性模量E全表面局部表面及

齿面拉力螺栓垫板下面TC17A柏

木23410000B东北落叶松TC15A铁杉、油杉23410000B鱼鳞云杉、西南云杉TC13A油松、新疆落叶松、云南松、马尾松12310000B红皮云杉、丽江云杉、红松、樟子松9000TC11A西北云杉、新疆云杉1239000B杉木、冷杉TB20—栎木、青冈、椆木46812000TB17—水曲柳35711000TB15—锥栗（栲木）、桦木34610000TB13

深红梅兰蒂、浅红梅兰蒂、白梅兰蒂、巴西红厚壳木2348000TB11

大叶松、小叶椴2347000注：1）豆对位搜于木躺构件端部约（如夕接头斯处）惰的拉茅力螺麦栓垫死板，其艇计算驾中所隙取的木材挣横纹响承压它强度衔设计别值，应而按“局部皱表面捞及齿删面”一栏肃的数禁值采摔用。2）当量使用原木时，变若验这算部帝位未歼经切练削，嫩其顺违纹抗离压强渠度设鸟计值至、抗稍弯强苏度设丛计值搁和弹丝式性模举量可提高15％。3）当慌构件矩形盒截面的短地边尺就寸不码小于15案0m鲁m时，锐其抗令弯强蹄度设孤计值摩可提高10％。4）当迟采用湿材时，悔各种艇木材荷的弹巴性模踢量和仍横纹归承压谊强度前设计帆值，喝以及晕落叶笼松木事材的椒抗弯旗强度个设计辨值宜降低10％。木材气强度搭设计何值和遇弹性非模量宜的调贸整系凤数项

次使

用

条

件调整系数强度设计值弹性模量12345露天环境长期生产性高温环境，木材表面温度达40~50℃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0.90.8

0.80.91.20.850.8

0.81.01.0注：①当鞋仅有俯恒荷亦载或似恒荷患载所菌产生悉的内阶力超配过全清部荷渗载所坏产生希的内逗力的80%时驶，应超单独绘以恒固荷载派进行抚验算艇。②当择若干遣条件婆同时确出现抗，表赢列各雾系数午应连线乘。不同爸设计亮使用蓄年限悟时木秃材强汇度设末计值杨和弹品性模棕量的肃调整恩系数设计使用年限调整系数强度设计值弹性模量51.11.1251.051.05501.01.01000.90.93.5正常跌使用献极限宽状态3.4.