木质工程材料在木结构建筑上的设计应用

摘要

发达国家的木结构建筑使用的是以工业速生林木为原料的现代重组型结构用木质材料，而我国的木结构建筑却仍然袭用传统的优质天然原木或以优质天然原木为原料的实木；为了迎合我国木结构建筑的发展需要，本文通过对现代木结构建筑用木质工程材料性能的分析，取莱特“流水别墅”的建筑外观，对木结构建筑局部结构的屋盖、楼盖和外墙体系作出研究设计，同时提出了竹大片刨花板、木质工字梁等现代主要建筑材料在木结构中的应用模式。 木质工程材料包括胶合木、结构胶合板、单板层积材、单板条层积材、定向刨花板、木质工字梁、木桁架。这些材料属于重组型木质材料，剔除了木材原有缺陷，力学强度高，一般通用北美APA或CSA标准。今后木质工程板材和预制件将成为木结构建筑用材料的发展重点。 在采用木质工程材料设计木结构建筑的屋盖、楼盖和外墙时，具体设计与验算参数如下： (1)屋架体系采用大木结构、胶合木结构和轻型木结构三种结构类型，跨度分别为4．6m、4m和2．6m。大木结构和胶合木结构的挂瓦条、屋面板和檩条都为红皮云杉锯材，其中前者的上弦与下弦材料使用梢径8cm的杉木原木，后者则是型号为8-1／2x15—1／8英寸的16F-V2的北美南方松胶合木杆件。按照美国木结构设计规范的方法对上、下弦胶合木构件进行设计，将时间效应系数、弯曲系数、尺寸系数的概念引入杆件设计中，通过强度校核得知满足构件强度极限状态，可以接受该设计方案。轻型木结构屋盖由红松规格材制作，顶棚搁栅间距600m，其他按照轻型木结构构造要求进行。 (2)楼盖体系的楼板覆面板选用厚度15mm，弹性模量4500MPa的竹大片刨花板。搁栅材料为TJIJOIST的117／8‘TJI／25Joist型预制复合工字梁，其EI=285×106in2-1bs，中心间距600mm，跨长4．8m。在底层最不利位置验算受弯曲限制、受挠度限制和受剪力限制的跨度，结果为5．44m，5．3m和5．4m，大于楼层跨度4．8m。震动校核时的挠度为0．94mm，小于震动许用挠度1．21mm。 (3)外墙体系的墙板覆面板选用厚度15mm，弹性模量4500MPa的竹大片刨花板，内层覆面板为10mm厚的防火石膏板。对在底层最不利位置进行墙骨柱设计与强度验算，压应力为6．1N／mm2<[σa]=10N／mm2，所选10×10cm截面的红松方木做墙骨柱是合适的。 以竹大片刨花板为例分析木质工程板材在木结构建筑上的应用情况，主要用在木结构建筑的地板覆面板、墙体覆面板和屋顶覆面板上。铺装时遵循板材长度方向与搁删垂直、宽度方向与搁删平行并相互错开的原则进行铺设，符合构造要求的搁删间距为400mm、500mm、600mm，根据实验确定12mm厚板材的最大搁栅间距为650mm。其它厚度的最大搁栅间距需要通过实验确定。 将木质工字梁的受力情况简化为简支梁进行考虑的设计思路符合实际使用情况，具体受力分析和设计探讨的结果如下： (1)木质工字梁的截面尺寸与跨长有线性关系，随着工字梁高度增加其跨距变长，二者相关系数高达0．9916。工字型截面梁的最大受剪面为中性面，在高度为H/2处的腹板处存在最大剪应力τ中性面=Q/bh。木质工字梁最大受拉(压)面在翼缘两端，其正应力Smax=6H·M/[BH3-(B-b)h3]。总荷载的许用挠度、活荷载的许用挠度分别为跨长的1/240和1/360，使用净跨距时为净跨长的1/480。 (2)实际使用时，工字梁各项表列设计指标需要乘以截面形状修正系数、荷载持续时间因数、潮湿使用因数、温度因数和体积因数。 (3)工字梁的弹性模量和腹板剪切强度需要做实验进一步分析。

目录

文摘

英文文摘

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1绪论

2木质工程材料概述

3木结构建筑局部结构设计

4竹大片刨花板在木结构建筑上的应用分析

5木质工字梁受力分析与设计探讨

6结论和建议

参考文献

致谢