轻型木结构住宅节点构造研究.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会
轻型木结构住宅节点构造研究
熊俊石永久王元清
陈宏
(清华大学土木工程系,北京100084)
(清华大学建筑设计研究院,北京100084)
摘要:轻型木结构住宅在北美单体住宅中应用广泛,近年来逐渐引入我国,我国的轻型木结构住宅研究及建设逐渐升温
本文介绍了轻型木结构节点类型及各自的特点,详细分析了屋面、培体、楼面等相关节点的构造方法和受力特点,并简单预
测了节点构造与材料的发展前景。
关键词:轻型木结构,节点类型,节点构造
结构体系概述
(一)结构体系构成
轻型木结构采用规格材作墙骨,木基结构板作面板的框架墙承重,支承规格材组合梁或层板胶合梁作
主梁或屋脊梁,与木基结构板材构成楼盖和屋盖。
此种结构在施工时独立组装的楼板系统能够提供一个工作的平台,因此,轻型木结构亦称为“平台式
骨架结构”。典型的平台框架结构如图1所示?
结构主要组成部分为屋面结构、墙面结构和楼面
结构。
行银系
二)结构特点
轻型木结构将间距紧密的规格材与面板结合使
骨挂
映(定位)用,形成建筑物结构骨架,承载力、刚度和整体性通
过主要结构构件(骨架构件)和次要结构构件(墙面、
楼面和屋面板)的共同作用得到。屋面板和楼面板
增骨
既可以承担竖向设计荷载,同时可设计为墙面的水平
底如版
支撑,与墙面结构一起组成抗侧力体系。因此,轻型
木结构是高次超静定结构,这一优点使一些非结构构
?『丹钱云
想合件也能参与抗侧力作用,提高了抗侧刚度和安全储备
托本
轻型木结构材料利用率高。除优质实木之外,还
能在楼面、屋面等结构上广泛采用速生材和胶合板等
材料,节省材料。
图1平台框架结构
节点连接形式及受力性能
木结构的连接形式较多,传统木结构主要采用榫卯、木钉等方式,而现代木结构建筑主要采用铁钉
螺栓、连接件等方式。这三种方式在力学性能、耐久性等方面,较传统木结构有较大改进。同时在施工
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方面,铁钉、螺栓等连接方式也较传统榫卯节点有很大的优势。因此,除了建筑外观等方面的特殊要求之
外,现代木结构节点构造基本源于上述三种基本形式。而轻型木结构由于受力较小,且构件的标准化程度
高,主要采用钉连接。部分受拉部位采用齿板等连接件连接。如果有抗震要求,则在关键节点位置采用
螺栓连接。
(一)钉连接和螺栓连接
钉连接适用范围广泛,施工简便,是木结构中采用最为广泛的连接形式。螺栓连接与钉连接作用类似,
需要预钻孔,不如钉连接施工简便,适用范围因此受到一定限制
钉连接和螺栓连接均为类铰接节点,其承载
力主.要由木材剪切、劈裂、承压以及螺栓和钉的
弯曲等条件控制?。由于木材剪切、螃裂等破坏
均为脆性破坏,而钉和螺栓则有一定的塑性变形
能力,所以从破坏的安全性来看,充分利用螺栓
和钉的抗弯能力为连接破坏的理想状况。因此,
规范规定了螺栓连接和钉连接中木构件的最小
厚度,从构造上保证连接受力的合理性与可靠
性
同时,由于大多数轻型框架连接器均靠钉
子、螺栓等紧固件起附着作用,所以紧固件的布
置对水平和竖向力的传递起着至关重要的作用。
北美建筑法规中有对轻型木结构框架用钉要求
的规定
图2螺栓连接
(二)连接件连接
轻型木结构中,连接件主要采用齿板。齿板采用薄钢板制成,通过压力
将齿压入待连接木构件中形成节点,主要用于受拉和受剪构件的连接,如木
桁架、楼盖或屋盖梁等。因为齿板较薄,受压承载力较低,所以不能将其用
于传递压力。
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从齿板节点的应用范围可知,齿板主要处于剪一拉复合受力状态,而齿板
连接的破坏形式也由此主要分为三种,一是板齿屈服并从木材中拔出(图3),
二是齿板净截面受拉破坏(图4),三是剪切破坏(图5)?。
图3齿板拔出破坏
DINH
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图4齿板受拉破坏
图5齿板受剪破坏
连接件的种类很多,其中与螺栓或铁钉配合使用的预制连接件在轻型木结构中也有应用。与齿板连接
类似,这些连接件也主要用于拉、剪构件连接。同时,较之齿板,螺栓型连接件形式多样,更适用于复杂
节点,且在现场施工时更便于组装。如图6
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图6螺栓连接件连接
由于螺栓的锚固,螺栓连接件的受力性能较好,不会出现齿板连接可能出现的拔出或者滑移等现象,
因此适用于受力较大,传力途径较为复杂的杆件连接。节点的破坏形式主要集屮于螺栓的受弯和连接件的
受拉或受剪破坏,节点延性变型能力较好,有抗震要求的木结构建筑多采用螺栓与钢连接件配合使用的节
点形式。
三、框架节点构造分析
辂型木结构建筑板件连接较多,主要分为屋盖、楼盖、墙体等三大部分。三部分中,与框架受力密切
相关的节点构造主要包括
(1)主梁与次梁节点
(2)梁与柱节点
(3)屋盖桁架节点
(4)柱与基础节点
下面分别详述各节点构造。
(一)主梁与次梁节点
主梁与次梁连接最简单的构造方式是将次梁直接安放在主梁的上部,用钉、螺栓等紧固件固定。如图
7,搁栅置于木梁之上并斜钉入木梁,每个搁栅使用两个钉子。
如果受建筑净空要求的限制,不能采用
叠放的方式,则主次梁的连接需借助于连接
件。如图8所示,为几种较有代表性的连接
件。其中,第一种较为适于承受水平和竖向
荷载。而其余三种更利于承受水平荷载作用
並水
图7搁栅和主梁的安装
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