（道路与铁道工程专业论文）齿板滑移对轻型木桁架力学性能影响的研究.pdf

摘要 我国是一个少林缺材、人均森林资源较少的国家。1 9 9 8 年，我国实施天然林保护工 程后，国家为了保护森林资源，维护木材供需平衡，采取了一系列鼓励木材进口的措施， 我国的木材总量早阶梯式上升，轻型木结构逐渐在国内得到应用。轻型木结构具有施工简 便、材料成本低、抗震性能好等优点。 中国木结构设计规范中轻型木结构以及齿板连接的内容为轻型木结构房屋的发展 奠定了基础。轻型木结构的屋面桁架采用齿板连接，连接节点的受力对结构整体受力起着 至关重要的作用，因而对齿板连接木桁架进行研究分析有着重要的意义。 文中介绍了木结构的主要形式，对梁柱结构体系和轻型木结构体系进行了探讨，然后 总结了轻型木桁架的类型及构造，着要介绍了轻型木结构的连接类型一齿板连接。通过引 进齿板连接特殊的滑移关系曲线，并把荷载与滑移量的关系带入规格材的本构关系，从而 建立适当的模型，然后利用有限元计算方法一矩阵位移法，在f o r t r a n 平台上编制齿板连 接木桁架的计算程序，然后用五种不同的方法将齿板滑移关系带入杆件应力应变关系的模 型，利用程序计算，得出各种模型的杆件内力、桁架变形以及齿板滑移量，通过对比分析 得出合理的结论。 关键词：轻型木桁架齿板连接滑移本构关系规格材 a b s t r a c t c h i n ai sac o u n t r yw h i c hl a c k sw o o da n df o r e s t , w i t hl o w e r p e rc a p i t af o r e s tr e s o u r c e s i n 19 9 8 ，c h i n ab e g a nt oa d o p tt h en a t u r a lf o r e s tp r o t e c t i o np r o j e c t a n ds i n c et h e n ，i no r d e rt o p r o t e c tf o r e s tr e s o u r c e sa n dm a i n t a i nt h eb a l a n c eo ft i m b e rs u p p l ya n dd e m a n d ，t h eg o v e r n m e n t h a st a k e nas e r i e so fm e a s u r e st oe n c o u r a g et i m b e ri m p o r t s t h et o m la m o u n to ft i m b e ri nt h e c o u n t r yh a si n c r e a s e di nt h ef o 砷o fs t e p sa n dg r a d u a l l yt h el i g h tw o o df r a m ec o n s t r u c t i o nb e e n a p p l i e di nc h i n a l i g h tw o o df r a m ec o n s t r u c t i o nh a sa d v a n t a g e ss u c ha ss i m p l ei nc o n s t r u c t i o n ， l o wc o s ti nm a t e r i a l sa n dg o o da n t i s e i s m i cp e r f o r m a n c e c h i n a ”t i m b e rs t r u c t u r ed e s i g ns p e c i f i c a t i o n ”l i g h tw o o df l a m ec o n s t r u c t i o n a sw e l la st h e c o n t e n to ft e e t h - p l a t ec o n n e c t i o n sl a i dt h ef o u n d a t i o no fd e v e l o p m e n tf o rl i g h tw o o ds t r u c t u r e h o u s i n g ，h o w e v e r , p r o v i s i o n se s t a b l i s h e dt h r o u g ht h ea n a l y s i sa n dc o m p l i e dw i t hc h i n a s n a t i o n a lc o n d i t i o n sa r ea d a p t e dt ot h ed o m e s t i cm a r k e td e m a n d l i g h tw o o d e nr o o ft r u s s s t r u c t u r eu s e sm e t a lp l a t ec o n n e c t o r s ，c o n n e c t i n gn o d e so ff o r c eo nt h eo v e r a l lf o r c es t r u c t u r e w h i c hp l a y sav i t a lr o l e ，a n dt h u sr e s e a r c ha n da n a l y s i so nt o o t hp l a t ec o n n e c t e dw o o dt r u s s e s h a s8 1 1i m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e i n t h i sp a p e r ，t h em a i nf o r m so ft i m b e rs t r u c t u r e s t r u c t u r a ls y s t e mo fb e a m sa n dl i g h t w o o df l a m ec o n s t r u c t i o na n ds y s t e ma r ed e s c r i b e d ，a n dt h e nt h et y p e so f l i g h tw o o dt r u s s e sa n d s t r u c t u r ea r ei n t r o d u c e d ，a n di t sm a i nc o n n e c t i o nt y p e t r u s s p l a t ec o n n e c t i o n si sp u ti nt h ef i r s t p l a c et oi n t r o d u c e ，t h em o d e r nt i m b e rs t r u c t u r ec o m m o nt o o t hc o n n e x i o n 。b o l t sa n dn a i l st o c o n n e c tt oc o n n e c ta r ea l s ob r i e f l ye x p o u n d e d m e t a lp l a t ec o n n e c t o r st h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o n o fas p e c i a lr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es l i pc u r v e a n dt ol o a da n ds l i d i n gi n t ot h es p e c i f i c a t i o n so f t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ev o l u m eo fm a t e r i a ls t r e s s s t r a i nr e l a t i o n s h i p s oa st oe s t a b l i s ha n a p p r o p r i a t em o d e l ，a n dt h e nu s et h ef i n i t ee l e m e n tm e t h o d m a t r i xd i s p l a c e m e n tm e t h o d i n f o r t r a np l a t f o r mo nt h ep r e p a r a t i o no fm e t a lp l a t ec o n n e c t o rw o o dt r u s sc a l c u l a t i o np r o g r a m a n dt h e no nf i v ed i f f e r e n tm e t h o d so ft o o t hp l a t es l i d i n gr e l a t i o n s h i pi n t ot h eb a rs t r e s s s t r a i n r e l a t i o n s h i po ft h em o d e lu s i n gt h ep r o c e d u r ec a l c u l a t e dt h ep o l ep i e c e so fv a r i o u sm o d e l so f i n t e r n a lf o r c e ，d e f o r m a t i o na n dt r u s st o o t hp l a t es l i pv o l u m e t h r o u g hc o m p a r a t i v ea n a l y s i s c o m eu pw i t har e a s o n a b l ec o n c l u s i o n k e y w o r d ：l i g h tw o o dt r u s s ，m e t a lp l a t ec o n n e c t o r ，s l i p p a g e ，c o n s t i t u t i v er e l a t i o n ，d i m e n s i o n l u m b e r 2 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作 所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做 出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者( 本人签名) ：诼鞔0 7 年 石月留日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南京林业大学有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版( 中国科学技术 信息研究所；国家图书馆等) ，允许论文被查阅和借阅。本人授权南京林业大学 可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以汇编和综合 为学校的科技成果，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论 文全部或部分内容。 保密口，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密船厂 ( 请在以上方框内打“ ” ) 学位论文作者( 本人签名) ： 指导教师( 本人签名) ： 致谢 论文的完成意味着研究生生涯的结束，欣喜之余不禁感慨万分，回想两 年的研究生生活，在朱老师的教导下不仅在学业上有所收获，在做人做事方 面都受益非浅。 感谢恩师朱少云副教授，朱老师渊博的专业知识，细致入微的教学风格， 诲人不倦的高尚师德对我影响深远；朱老师乐观的处事态度，朴实无华，平 易近人的人格魅力都是我永远的学习榜样。朱老师在学习上、生活上给予的 鞭策与鼓励，学生将永远铭记于心，对恩师的感激之情无法用语言表达，只 能永存心底，真挚祝福。 感谢师兄杨国平、颜铭在论文撰写过程中提供的帮助，使我论文有据可 寻，感谢师姐张莉博士、银花博士，她们的热心帮助，使我的论文顺利完成。 感谢肖杰在我论文书写过程中的热心帮助，感谢王玉红对我的一贯支持与帮 助，感谢和我一起度过这几年难忘时光的朋友和同学，祝愿你们有一个美好 的未来。 感谢研究生学习阶段对我工作、学习提供帮助的杨平老师、郑晓燕老师、 孙敦本老师、黄东升老师、邵光辉老师、李国芬老师、曾丽萍老师，对你们 道声衷心的感谢与真挚的祝福。 最后，感谢我的父母，你们见证了我人生的每一转折，你们对我的生活、 学习提供了无私的支持，你们的支持让我安心完成了学业。 在导师的指导下，不仅使我掌握了必要的专业知识，还使我明白了许多 待人接物与为人处世的道理。在此，谨各位老师表示崇高的敬意和衷心的感 谢! 梁乾乾 2 0 0 9 年6 月 1 绪论 1 1 木结构的国内外研究背景 在人类文明的发展历史过程中木材同上石材科一样是晟原始的建筑材料之一。人 们除了使用木材外在构筑工艺及技巧上也是精益求精，积累了丰富的建筑知识，造就了 不朽的文化资产。因此木结构建筑在建筑史上占有重要地位。 i 1 l 术结构在国外的应用及研究现状 由于建造木结构房屋能够节省能源和维护生态清洁，所以在国外许多国家术结构房屋 又重新得到发展。近年来，国外的装配式木结构房屋得到大力推广。不仪在北美，在欧洲、 斯堪的纳维和日奉等地区国家，都广泛利用木材建造房屋。美国每年建造1 5 0 万栋房屋。 其中7 0 用术材建造。在美国和加拿大，日前有9 5 的居民居住在轻型木结构的别墅中。 木结构房屋在美洲很流行原因是它同钢筋混凝土房屋比较平均节省费j j2 0 e 俨3 0 。在 德国、瑞士、法国、英国等西欧国家也在大规模生产木结构房屋，所建房屋多半在小城 市。在这些国家，以前只允许建造l 层和2 层的木结构房屋，现在欧洲标准规定，工业 生产的术结构房屋可以建成多层。现在芬兰几乎全部郊外的房屋( 9 8 ) 和单户住宅0 0 ) 都为框架结构的木房屋。建造3 层和4 层房屋，不论是居住用，也不论是商业用途，均用 木框架和爿j 木村装饰立面。芬兰所大学的建筑系首倡实搪“现代化的木头城市”计划。 己经在3 0 个地区开展建造不同彤式的术结构房屋，在农村建造唪层的木结构房屋，在城 市建造多层、多户的木结构房屋”】。 图1 1 木结构别譬圈l _ 2 多层木结构建筑 目1 3 齿板连接术桁架屋顶图i4 木结构寺庙 1l2 术结构在国内的应用及研究现状 在古代中国，木材一直是最重要的垃材。中国木结构建筑的类型融合了社会的阶级形 态、儒释道的宗教精神及哲学文化等。更重要的是它体现了古代中国人对自然的掉重。在 矩始 ； = 会，人们为了据住需要，卵：始建筑浅穴术架井夯土筑墙形成术架结构，后发展成砖 墙术质架。仰韶文化的四安半坡遗址巾r 公元前4 8 0 0 年一公元时4 3 0 0 年) 发现以木柱支 撑的半覆土建筑物。安阳的殷墟遗址巾( 公元前1 7 6 6 年一公元前1 1 2 2 午) ，出现以砾石 及铜 为柱础的木质柱粱建筑。叫川时驯，重檐大型术结构宫室即能够建造。战国时代( 公 元前4 7 5 年一公元前2 2 1 年) 的青铜雕饰中，也明显可见拄粱式术建筑，甚至连斗拱的构 造方式也存在，此后，一直到公元6 0 0 年，这段时期虽然没有i 州显水建筑民居文化的记录， 但依据同时期朝鲜及日本帘存r 来的文献显示：中国式木结构建筑已被广泛散播，并且影 响了远东地区的建筑文化，秦、汉时期，出现了规模庞大的水结构宫殴。唐代是术结构建 筑的鼎盛时期，木结= ；= f 建造技术载入r 唐六典，而且还传播到国外。宋代的营造法 式( i1 0 3 年) 详细而x 系统的介绍r 术结构建筑的材料、构法、作式及形奄等，足见我国 当时木结构建筑已达高峰，清代的工程做法则例( 1 7 3 4 年) 则列举不同功能、形式的建 筑构造规则。与营造法式不同的足，此规则详列了每一构件的j o r 反映出来、清两 代术结构建筑的差异及发展历程。我国古代木结构建筑保存近千年的有麻县术塔、五台lj l 南禅寺、佛光寺等一批古寺，埘外还有北京故宫古建筑群、曲阜_ 三孔等一批古建筑，这些 古建筑是中华民旅历史文化遗产的巫望组成部分，在国际h 久亭盛名，具有极高的历史、 艺术和科学价值，并誉为东方建筑之瑰宝”j 。 网l5 应县术塔( 建于1 0 5 6 年)图1 6 木结构建筑群一紫蔡城 术结构在我国有着悠久的历史，但近代术鲇构发展受到限制的原因从2 0 世纪营建发 展历史来看可以归纳为以f 两点：( 1 ) 木材是一种u r 以燃烧的材料加i ：近代人口的急 剧增长，战争等不断破坏地表，森林资源损耗的速度及程度已明显影响人类的需求。因此 在危机意识的驱使下，替代传统材料的研究日益加紧。( 2 ) 由于工业革命的开始，人们开 始寻求更多新的材料及构造方式，加上新的建筑材料制造效率的提高，不论在质和量方面 都能解决木材日渐短缺的问题，木材已逐渐无法迎合日后建筑市场的需求及挑战。但是新 材料的发展却建立在人类对不可再生资源的耗竭行为之上。在人类追求新奇事物的心理驱 使下，狂热、期待、创造力、活力在新材料、新建筑的发展趋势中显露。人们对其可能带 来的长远影响却麻木不仁，至少在当时如是的质疑没有得到社会太多的关注或回应。 然而木结构建筑的转机出现于1 9 7 3 年第一次石油危机到1 9 9 2 年的里约集团国际峰会 之间。在全球一片环保声浪及可持续发展的诉求中，木结构重新站上了建筑舞台。木结构 建筑不只追求于环保、资源及可持续发展，更追求于生活品质、人性及文化传统。进入 2 1 世纪，木结构建筑面对的挑战不亚于赋予它的期待。木结构建筑如何在经济发展、新 兴生活形态及人类可持续发展三大趋势中寻的最佳的定位及发展策略是现代木结构建筑 研究所面临的最大课题。 随着中国加入w t o ，中国和北美、欧洲等国家建筑方面的交流不断加强。当前美、 加两国有关木材贸易和建材机构正在大力向中国市场推介新型木结构房屋，并逐步得到我 国建设部门以及建筑师和房地产开发商等的支持和认可，如今我国的上海、北京、深圳、 大连、苏州、杭州、武汉、宁波、沈阳、成都等地区已经悄然流行一股木结构住宅热。 近几年中国木结构相关规范的相继颁布为中国木结构的发展奠定了基础。特别是木 结构设计规范( g b 5 0 0 0 5 - - 2 0 0 3 ) 新增了关于工程进口木材和轻型木结构的内容，还首次 引进了齿板连接的概念，这将对巾国建筑行业的木结构用材及设计产生深远的影响。木结 构相关规范完善了中国木结构建筑体系，有助于中国木结构建筑的标准与国际接轨，并且 符合国家关于森林保护以及走森林可持续发展道路的政策，将对我国木结构的发展起到积 极作用【4 j 。但木结构设计规范中关于齿板连接承载力的计算方法等各方面均参考的是 加拿大的设计方法，采用的是以概率理论为基础的极限状态分析方法，因此木结构在我国 仍需要深入广泛的研究。 木结构作为一种新的建筑体系，在中国正处于发展阶段。木结构建筑在我国，特别是 沿海发达地区的市场前景被看好。但是也有许多因素制约着木结构在中国的发展。首先是 原材料和技术过于依赖进口；其次是缺乏专业技术人员，相关建筑技术薄弱，而且目前木 结构建筑相应的配套技术及规范、标准还不够健全，短期内难以形成规模效应。 1 2 木结构的主要结构形式 木结构的主要结构形式可以分为梁柱结构体系( p o s ta n db e a mc o n s t r u c t i o n ) 、轻型木结 构体系( l i g h tw o o df r a m ec o n s t r u c t i o n ) 和混合结构体系三种。 1 2 1 梁柱结构体系 梁柱结构体系是一种传统的结构体系，它由普通的木梁柱构件搭建形成两个方向互相 承受水平力和竖向力的结构，最终由梁柱把这些力传递给基础。我国古代的木建筑大都采 用的这种结构体系，古代木构建筑按其结构特点，又可分为抬梁式和穿斗式两大类。所谓 抬梁式，其主要特征为：用柱子来承担梁架，在各层梁的端头放置檩条以承担椽子，上面 再铺望板和瓦，从而形成房屋。而穿斗结构则是在柱子和柱子之间使用称之为“穿”的木 条，将其连成房屋的基本单位一“架”，在柱头上直接放置榇条，檩条上安橡于、望板或 竹篾，最后铺瓦吼 罔17 粱柱木结构体系 12 2 轻犁术结构体系 轻型术结构体系指主要有木构架墙、木楼盖和小屋盖系统构成的结构体系，适用于= 层及= 层以1 、的民用建筑i “。结构强度由主要建筑构件( 框架) 和次要建筑构件来提供，框 架一般采用规格材或足工程化木制品如轻型框架术桁架、预制木工字型搁栅、结构复合木 材、胶合层积木建造i ”。在需要有较大净空的条件下，轻型框架部件可能会与重粱或枉联 台使用，以将荷载直接转移至地基。覆面板和框架的组台口丁为整个结构抵抗侧向荷载提供 刚度、为内装修和外包层提供钉支撑、并为放置保温材料留出空间1 8 】。轻型木结构的基础 通常为混凝叶_ 基础，基础做好后在其h 安装基板，然后建造房屋结构基本框架p 】。轻型结 构体系，并不是说它自身轻，只能承受较小荷载，而是它单个构件断面较小而得名。 圈l8 轻型木结构别墅 轻型木结构住宅的结构框架分两种类型，一种是平台框架，它是目前最为常用的类型， 其特点是楼板和墙分开建造，先做的楼板为其它构件的固定、组装以及提升墙和隔问提供 了卟工作平台；第二种是轻型框架，轻型框架与平台框架的主要不同之处在轻型框架的 外墙和一些承重内墙的埔骨是连续的，它们通过楼板一直延伸到屋顶框架的顶板处，由于 楼板搁栅和墙骨间的连接不适于预制，在工地安装不容易，所以这种结构框架目前很少采 用i “。 现有规范对轻型木结构中木桁架的计算分析均未考虑齿板滑移对内力的影响，规范中 仅按木材齿板连接处产生o 8 m m 滑移时的承载力作为齿板滑移承载力【“i ，没有相应的试 验及理论依据，因而需要对齿板滑移承载力深入的分析研究。 象 图1 9 轻型木结构剖面幽 1 3 本文研究内容及意义 木结构作为一种主要的结构形式，我国也制定了相应的木结构设计规范，新的木结 构设计规范于2 0 0 3 年颁布，2 0 0 4 年1 月正式实行，但由于各种原因使得我国木结构设计 规范中还存在着很多的不足。齿板连接写进了我国的规范t h 但主要是参考加拿大木结构 设计规范提出的。自从1 9 5 2 年世界上第一个齿板连接木桁架由美国人a c a r r o l l s a n f o r d 发明以来，齿板连接己经成为轻型木结构的主要连接方式。齿板连接( m e t a jp l a t e c o n n e c t o r s ) 一般用十规格材桁架的节点和受拉杆件的接长，它由镀锌钢板制作，可根据传 递荷载的需要做成不同尺寸和形状。作为术结构中主要受力构件的连接方式，齿板 连接在不同荷载下性能的重要性不言而喻。在c ”国，齿板连接的研究还属于起步阶段，齿 一 煮 板连接于2 0 0 3 年正式写入木结构设计规范( g b 5 0 0 0 5 n 2 0 0 3 ) ，规范中明确指出鉴于 我国缺乏齿板连接的研究与工程积累，故齿板承载力计算公式主要参考加拿大木结构设计 规范提出。考虑到中、加两国结构设计规范的不同，做了适当的调整。”因此，对齿板连 接轻型木桁架的研究对完善我国的木结构设计规范以及开发出实用的设计程序都具有 重要的意义。 论文中研究内容分为：( 1 ) 对轻型木桁架进行综述，介绍它的类型、优点、形式和传 力途径；( 2 ) 对齿板连接节点及齿板连接木桁架进行分类，并详细介绍了它们的设计、制 作及运输的过程；( 3 ) 介绍规范中齿板连接计算的方法，简称为规范设计方法；( 3 ) 重点介 绍有限元设计的原理及思路。根据有限元原理可以编制出计算程序以满足工程需要。由于 齿板连接节点允许产生一定的滑移，其特殊的本构关系无法用普通的有限元方法计算出准 确的结果。计算程序的思路是将齿板连接节点滑移的力学性能加入到齿板连接桁架的计算 程序中，编制出可行的齿板连接轻型木桁架的计算程序，从而得出齿板滑移对木桁架内力 及变形的影响，以及齿板极限滑移承载力的合理限值规定，希望对我国木结构技术的发展 起到促进作用；( 4 ) 通过一系列的齿板连接木桁架程序计算结果与规范中的规定进行对比 分析，得出能够指导实际工程的结论。 论文中的主要内容是利用有限元原理结合齿板连接的变刚度力学性能编制出计算程 序，以及与规范规定进行对比。其最关键的技术是找到合理的考虑齿板滑移的木桁架力学 模型，在f o r t r a n 平台上进行程序编制，最后参照我国木结构试验规范并结合以往试验数 据进行对比分析。 6 2 齿板连接轻型木桁架 2 1 轻型木桁架的类型及构造 2 1 1 轻型木桁架的类型 桁架是一种由弦杆和腹杆连接成三角形布局来传递荷载的一种常用的结构体系。现代 的木结构设计中，木桁架常用于支撑结构的屋顶和楼板体系。木桁架分为轻型框架木桁架 和重型木桁架，重型木桁架一般是由木材和复合木材( 胶合木、层压木材) 构成，节点处通 过螺栓、裂环、特殊的托架和挂钩连接来传递荷载，它通常用于有特殊要求的建筑、大型 的露天建筑或是跨度更大的建筑。轻型木桁架中，齿板是一种可回收的材料，木材是一种 可再生资源，这两种材料的联合使用体现了环保的意识。 轻型木桁架是通过布置成三角形的腹杆和弦杆传递荷载的。腹杆和弦杆由各种尺寸的 规格材制成，并用镀锌钢板冲压而成的齿板进行连接。轻型木桁架最常见的是三角形桁架 和平行弦桁架。三角形桁架一般用于轻型木结构的屋面系统，平行弦桁架一般用于楼盖系 统。 理论上在木结构设计中桁架可以做成任何形状，但实际中要受到荷载和支座位置的限 制，常用的轻型木桁架的外形有三角形、梯形、矩形和曲拱形等。三角形木桁架主要用于 屋面坡度较大的，跨度较小的轻型木结构的屋面体系中。这种屋面的房屋横向刚度较小。 但是三角形木桁架在均布荷载作用下，弦杆的内力变化较大，弦杆截面不能充分发挥作用。 当荷载和跨度较大时，采用三角形木桁架就不太经济。轻型木结构建筑一般屋面跨度较小， 所以三角形木桁架应用最广泛。下面列出了常用的三角形轻型木桁架的类型【l 5 1 。 ( 1 ) 中柱式最基本的木桁架类型，一般用于跨度小于6 1 m 的车棚或临时建筑等简单 的短跨结构，屋面承受的荷载较小。 ( 2 ) 芬克式木桁架的跨度要比中柱式长的多，能承受的荷载及允许的挠度都比较大。 一般用于跨度在4 8 m 9 m 之间的轻型木结构住宅。该类木桁架腹杆受力较合理，节点构 造简单。 ( 3 ) 豪威式木桁架在轻型木结构住宅中应用最为广泛，跨度在4 8 m 1 2 m 之间。该 类木桁架腹杆属于单斜式杆，较长的斜杆受拉，较短的竖杆受压，力学性能较好，因而比 较经济。 ( 4 ) 阁楼框架式阁楼框架式的主要特点是桁架的中部是敞开的，用作储藏空间或者 额外的居住空间。 ( 5 ) x 2 坡度式这种坡度不对称的桁架主要用于设计者需要屋顶不同的表现时。这种 桁架体现了屋顶木桁架设计的机动性。该桁架大量用于房屋建筑中不同的屋盖系统以替代 椽条和搁栅。这种桁架可以跨越外承重墙而无需中间支撑。 ( 6 ) 剪刀式这种桁架的特点是上下弦均与水平方向保持一定的斜度，通常用于创造 一个起拱的效果，主要用于避难所和音乐厅建筑。 ( 7 ) 肩叠式这种桁架是造脊式桁架与三角形帽子式桁架结合，很好的克服了在制作 或运输中桁架尺寸的限制。这种桁架受力性能较好，类似于钢筋混凝土结构中的叠合式梁。 梯形木桁架受力情况比三角形木桁架好，腹杆较短，一般用于屋面坡度较小的屋面结 构。图( h ) 屋脊式轻型桁架属于梯形桁架，用于建造四坡屋顶。 矩形木桁架的上下弦平行，腹杆长度相等，杆件类型少，节点构造统一，便于制造， 更符合标准化、工业化要求，但是其弦杆内力分布不均匀。图( i ) 平板式轻型木桁架属于矩 形木桁架，在轻型木结构中用于单坡屋面或者楼面系统。 曲拱形木桁架外形最符合弯矩图，构件受力最合理。上下弦的外形一般采用折线形， 而较少采用曲线形。图( i ) 双斜坡式轻型木桁架属于曲拱形木桁架，一般用于屋面外形的建 筑。 ( a ) 中柱式 ( c ) 豪威式 ( e ) 双坡度式 爪未 一， 卜、卜、1 仑 ( g ) 肩叠式 ( b ) 芬克式 ( d ) 阁楼框架式 ( f ) 剪刀式 ( 1 1 ) 屋脊式 ( i ) 平板式 0 ) 双斜坡式 图2 1 轻型木桁架的类型 2 1 2 轻型木桁架的构造要求 1 ) 对接接头位置 上弦对接接头应符合下列要求： ( 1 ) 对接接头不应设置于桁架上弦节点处及桁架端部节间内； ( 2 ) 对接接头不应设置于邻近周边的四分点处： ( 3 ) 对接接头可设于内节间的四分点处，但该节间内只能设一个对接接头。 下弦对接接头应符合下列要求： ( 1 ) 对接接头不应设于桁架端部节间内及邻近周边的四分点处； ( 2 ) 对接接头可设于内节问的四分点处； ( 3 ) 除邻近支座节点的内节点处，其他内节点均可设对接接头 ( a )( b ) 图2 2 桁架中的术语 ( a ) 三角形桁架；( b ) 平行弦桁架 2 ) 短悬臂桁架 轻型木桁架两端悬臂长度之和不应超过桁架净跨的1 4 ，且桁架每端最大悬臂长度不 应超过1 4 0 0 m m 。最大悬臂长度“c ”的计算见图2 3 。图2 3 ( b ) 中，s 2 的最小值= l b + 1 0 2 m m ； s 2 的最大值由楔块高度等于下弦截面高度确定。图2 3 ( a ) 、( b ) 为标准端点，图( c ) 、( d ) 为 梁式端点。s 2 的最小值取l b + 1 0 0 m m ；s 2 的最大值由楔块高度与下弦杆截面高度确定。 端点 端点切 ( c ) 端点 端点切 ( b ) 图2 3 最大悬臂长度 9 ( d ) 图2 3 ( a ) 、( c ) 最大悬臂长度c 按c = s 一( l b + 1 3 m m ) 计算；图2 3 ( b ) 、( d ) 最大悬臂长度c 按e = s 1 + 8 9 m m 计算。 对图2 3 ( c ) 所示支座端部构造，弦杆斜切面过长时宜设系板。对图2 3 ( b ) 、( d ) 所示支 座端部构造，应设连接三角木楔块的固定系板。固定系板面积取相应支座端节点齿板面积 的2 0 。 3 ) 端部高度 对图2 3 所示端部构造，若端点高度小于或等于6 m m ，则可去其为零。 2 2 木结构连接节点的类型 在我国木结构设计规范中列出了齿连接、螺栓连接和钉连接及齿板连接三种节点类 型，此外在实际木结构设计中常用到斜键连接等。 2 2 1 齿连接 齿连接一般可采用单齿( 图2 4 ) 或双齿形式( 图2 5 ) ，即齿槽的承压面正对着所抵承的 承压构件，并且单齿连接应使压杆轴线通过承压面中心。木桁架支座节点的上弦轴线和支 座反力的作用线，当采用方木或板材时，宜与下弦净截面的中心线交汇于一点；当采用原 木时，可与下弦毛截面的中心线交汇于一点，刻齿处的截面可按轴心受拉验算。 9 0 0今 州 y 久a 。 v 、 芏、i 、x彳 l 、， f 一i ii o iiii、i illi 0 l 莱爿 1 8 m 图2 1 6 桁架的机械按装 1 8 3 齿板连接的计算方法 我国的木结构设计规范( g b 5 0 0 0 5 - - 2 0 0 3 ) q b 规定了木结构中齿板连接的计算方法， 但鉴于我国缺乏齿板连接的研究与工程积累，故齿板承载力计算公式主要参考加拿大木结 构设计规范提出，考虑到两国设计规范的不同，作了适当的调整。因此对齿板连接的计算 方法深入了解，进而寻找到适合我国国情的齿板连接设计方法显得尤为重要。 3 1 齿板连接的规范计算方法 3 1 1 板齿承载力设计值的确定 规范中规定荷载与木纹间的夹角为口，荷载与齿板主轴的夹角为0 。 v 。匹 脚 f 一 姗 。j 一 叫u l j u 姗 l t 丌佣m l 宽度l 卜 图3 1 荷载平行于齿板木纹主轴口= 0 。0 = 0 。图3 2 荷载平行于木纹垂直于齿板主轴口= o 。0 = 9 0 。 v 位移测试仪 嚣i 口 姗 加 _另 灿叫 易 牟 蓁 匡 i u j 叫山 ，宽度。 图3 3 荷载垂直木纹平行齿板及主轴口= 9 0 。0 = 0 。图3 4 荷载垂直于木纹及齿板主轴口= 9 0 。0 = 9 0 。 1 9 齿板连接应按承载能力极限状态荷载效应的基本组合验算齿板连接的板齿承载力、齿 板受拉承载力、齿板受剪承载力和剪一拉复合承载力；按正常使用极限状态标准组合验算 板齿的抗滑移承载力。 1 ) 齿板极限承载力 应测试3 块用于制造齿板的钢板以确定其极限受拉承载力和相应的修正系数。修正系 数为该钢板型号的规定最小极限受拉承载力除以试验所得3 块试件的平均极限受拉承载 力。齿板极限承载力试验应各取1 0 个试件以确定图3 1 、图3 2 、图3 3 、图3 4 情况下齿 的极限承载力。齿板受拉承载力的校正试验值应为试验所得齿板极限受拉承载力乘以修正 系数。齿板受剪承载力的校正试验值应为试验所得齿板极限受剪承载力乘以上述修正系 数。 2 ) 齿板承载力设计值 ( 1 ) 若荷载平行于齿板主轴( 口= 0 。) 一 墨墨 ”7 只s i n2 口+ 只c o s 2 口 ( 2 ) 若荷载垂直于齿板主轴( e - - 9 0 。) ，_刍竺 ” 只7 s i n2 历+ 爿c o s 2 口 式中，只、只、只：和彰取值为l o 个与口、0 相关的齿板极限承载力试验值中的3 个 最小值除以系数k 。确定昂最、鼻二和巧时所用的口和p 取值如下： 只：口= 0 。0 = 0 0；只：口= 9 0 。 一= o 。； 只7 ：口= o 。汐= 9 0 。；只，：口= 9 0 。 占= 9 0 。； ( 3 ) 系数k 应按下式计算： 对阻燃处理后含水率小于或等于15 的规格材： k = 1 8 8 + 0 2 7 r 对阻燃处理后含水率大于1 5 且小于2 0 的规格材： k = 2 6 4 + 0 3 8 ， 对未经阻燃处理含水率小于或等于l5 的规格材： k = 1 6 9 + 0 2 4 ， 对未经阻燃处理含水率大于1 5 且小于2 0 的规格材： 后= 2 1 1 + 0 3 ， 式中，恒载标准值与活载标准值之比，r = 1 0 5 o ；若， 5 0 ，则，取1 0 或5 0 。 ( 4 ) 当齿板主轴与荷载方向夹角口不等于“0 。”或“9 0 。 时，齿板承载力设计值应 在甩，、行：间用线性插值法确定。 ( 5 ) 板齿设计承载力应按下列规定进行验算： n ，= n r k a 式中 刀，一齿承载力设计值( m m 2 ) 。 彳一齿板表面净面积( m m 2 ) 。是指用齿板覆盖的构件面积减去相应端距a 及边 距e 内的面积( 图3 5 ) 。端距a 应平行于木纹量测，并取1 2 m m 或1 2 齿长的较 大者。边距e 应垂直于木纹量测，并取6 m m 或1 4 齿长较大者。 k 。一桁架支座节点弯矩系数。 桁架支座节点弯矩系数k 。，可按下列公式计算： k = 0 8 5 一o 0 5 ( 1 2 t a n 口一2 0 ) 0 6 5 k o 8 5 式中口一桁架支座处上下弦间夹角。 ( d ) 图3 5 齿板的边距和端