第四章 木结构的连接

第四章木结构的连接4.1连接的类型及基本要求•4.1.1连接的类型按功能节点连接接长拼接按方式榫卯连接齿连接销连接键连接胶连接植筋连接承拉连接•4.1.2对连接的基本要求（1）传力明确，安全可靠；（2）具有一定韧性；（3）有一定的紧密性；（4）构造简单，便于施工，节省材料。•4.1.3影响连接承载力的因素（1）与木材强度有关的因素；（2）几何因素；（3）群体作用因素；（4）特殊性产生的因素。4.2齿连接•优点：构造简单、传力明确、制作工具简易；连接外露，易于检查•缺点：开齿削弱构件截面；产生顺纹受剪作用，脆性破坏单齿连结双齿连结单齿连接：承载力低，制作简单，优先采用双齿连接：承载力高1）承压面应与所连接的压杆轴线垂直；2）单齿连结应使压杆轴线应通过承压面的中心；3）木桁架支座节点处的上弦轴线和支座反力的作用线，当下弦为方木或板材时，宜与下弦净截面的中心线交汇于一点；当下弦为原木时，可与下弦毛截面的中心线交汇于一点，此时，下弦刻齿处的截面可按轴心受拉计算；•4.2.1齿连接的构造4）木桁架支座节点的齿深hc不应大于h/3，在中间节点处不应大于h/4。此处h为沿齿深方向的构件截面尺寸；对于方木或板材为截面的高度；对于原木为削平后的截面高度。同时，对于方木齿深不应小于20mm；对于原木不应小于30mm。5）双齿连接中，第二齿的齿深hc2应比第一齿的齿深hc1至少大20mm，第二齿的齿尖应位于上弦轴线与下弦上表面的交点。单齿和双齿第一齿的剪面长度均不应小于该齿齿深的4.5倍。6）当采用湿材制作时，还要考虑木材发生端裂的可能性。为此，木桁架支座节点齿连接的剪面长度应比计算值加大50mm。7）木桁架支座节点必须设置保险螺栓、附木（其厚度不小于h/3，h下弦截面的高度）和经过防腐药剂处理的垫木。单齿和双齿连接应验算木材的承压、受剪和受拉强度。1．按木材承压验算cccfAN式中N——轴心压力设计值（N）；fcα——木材斜纹承压强度设计值（N/mm2）；Ac——齿的承压面积（mm2），对于双齿连接，取两个齿的承压面面积之和。•4.2.1齿连接承载力计算齿槽斜纹承压：原木单齿连接承压面积Ac计算表hc——弦杆齿深；φ——腹杆与弦杆之间的夹角；d1——受压腹杆在承压面处的直径；bc——直径为d的弦杆，当切削深度为hc时的弦长；bc1——直径为d1的腹杆，当切削深度为hc1时的弦长；2Ac1——直径为d1的腹杆，当两边切削深度为(d1-bc)/2时的弓形面积。附图l当t≤d1时的承压面积附图2当t＞d1时的承压面积2．按木材受剪验算vvvvfblVV——剪面上的剪力设计值（N）；fv——木材顺纹抗剪强度设计值（N/mm2）；lv——剪面计算长度，对于单齿不得大于该齿齿深hc的8倍（mm）;bv——剪面宽度（mm）；Ψv——考虑沿剪面长度剪应力分布不均匀的强度降低系数。齿槽顺纹受剪：单齿连接抗剪强度降低系数ψv值lv/hc4．5567810ψv0．950．890．770．700．64—tntfANNt——受拉杆件的拉力设计值（N）；ft——木材抗拉强度设计值（N/mm2）；An——齿根处的净截面面积（mm2），计算中应扣除由于安设保险螺栓、附木等造成的削弱。3．按木材受拉验算齿槽处有较大的截面削弱，要进行受拉净截面强度验算：桁架支座节点采用齿连接时，必须设置保险螺栓。保险螺栓应与上弦轴线垂直，位于非承压齿面的中央。保险螺栓按受拉承载力验算。4．保险螺栓验算拉力大小:Na——上弦的轴向压设计值（N）；α——上弦与下弦的夹角（̊）；Nb——保险螺栓所承受的轴向拉力（N）；As——保险螺栓有效截面积；fs——保险螺栓钢材抗拉强度设计值（N/mm2），1.25为强度调整系数。)60tan(abNN受拉验算:ssb25.1fAN双齿连结5．双齿连接验算双齿连接验算：木材承压强度、齿槽顺纹抗剪强度等（1）木材承压承压面面积为两个齿承压面面积之和，按单齿连接公式验算。（2）木材受剪双齿连接的受剪仅考虑第二齿剪面的工作，按单齿连接验算，并考虑如下条款：1）计算受剪应力时，全部剪力V应由第二齿剪面承受；2）第二齿剪面的计算长度lv的取值，不得大于齿深hc的10倍；3）双齿沿剪面长度剪应力分布不均强度降低系数按下表采用。lv/hc67810ψv1.000．930．850.713）双齿沿剪面长度剪应力分布不均强度降低系数按下表采用。双齿连接抗剪强度降低系数4.3销连接的基本原理优点：紧密性和韧性，制作简单，安全可靠，是木结构中最常用的连接方式。螺栓连接、钉连接、方头螺钉联结、木螺纹连接、木用铆钉连接。对称双剪连接、单剪连接、反对称连接。•4.3.1销连接的形式对称双剪（多剪）连接单剪连接不对称双剪（多剪）连接•4.3.2承载力分析基本假定脆性破坏：（1）端距或顺纹中距不足的木材剪切破坏；（2）销边距不足或行距不足的木材撕裂破坏。延性破坏：（1）销槽承压力不足破坏；（2）销槽挤压变形过大引起的受弯破坏。影响因素：连接方式，构件厚度比a/c，销径比（a/d或c/d）基本假设：（1）销槽承压和销弯曲为弹塑性变形；（2）屈服模式：承压破坏或受弯破坏；（3）销轴线为直线。•4.3.3承载力分析1．对称双剪连接（1）主材c较薄，边材a较厚，销直径d很大时，试件由于中部构件被挤压而破坏cc0.5VcdfVc——按主材构件计算，一个剪面的承载能力；fc——木材销槽孔壁承压强度；c、d——主材宽度、销直径。（2）主材c较厚，边材c较薄，销直径d很大时，试件将由于边材构件被挤压而破坏acsVadfVa——按边部构件计算，一个剪面的承载能力；a、d——边材宽度、销直径。（3）主材c与边材a均较厚，销直径d很小时，销将会在中部及边部构件中同时发生弯曲破坏呈波浪形，在拼合缝两侧的弯折处都出现了塑性铰。Vmax——按销弯曲出现两个塑性铰分析时，每一剪面的最大承载能力；fbs——销的抗弯强度；fc——销弯曲时木材孔壁承压强度2maxbsc0.443Vdff（4）主材c较厚，边材a均较薄，销直径d很小时，产生一个塑性铰。22bsbscccbs0.30.09/VdffafffVbs——按销弯曲出现一个塑性铰时，一个剪面的承载能力。•4.3.4木构件材质影响销连接的屈服模式屈服于接头的几何特性、木材的销槽承压强度与连接件的屈服弯矩。破坏特征：•构件达到销槽承压强度：①主材销槽挤压破坏Im；②侧材销槽挤压破坏Is；③主材与侧材销槽同时挤压破坏Ⅱ；•构件达到销的弯曲承载力，销弯曲产生塑性铰：④侧材主材中出现塑性铰，主材局部挤压破坏，“一铰”屈服模式Ⅲm；⑤主材中出现塑性铰，侧材局部挤压破坏，“一铰”屈服模式Ⅲs；⑥主材与侧材中都出现塑性铰，结合缝边缘木材局部挤压破坏，“两铰”屈服模式Ⅳ。4.4螺栓连接和钉连接•4.4.1连接的承载力按木材和钢销破坏的各种屈服模式进行计算，取较小者。1．按木材销槽承压破坏计算模式IsVs=0.7adfes模式ImVm=kcmcdfemVs和Vm——每个螺栓每一剪面的承载能力（N）；a、c——侧材和主材的厚度（mm）；d——螺栓的直径（mm）；fes、fem——侧材和主材的销槽木材承压设计强度(N/mm2)；kcm——考虑在构件厚度内销槽承压应力分布情况的有效折减系数；对于双剪连接的主材（中部构件）取kcm=0.45；对于单剪连接的主材（较厚构件）取kcm=0.3：对于反对称双剪连接的主材（中部构件）取kcm=0.2：模式IIIs模式IVVbs和Vmax——每个螺栓每一剪面的承载能力（N）；fbs——螺栓的抗弯强度设计值（N/mm2）；kbs——螺栓弯曲破坏的模型系数。2．按螺栓弯曲破坏计算bsesbse10.541kadfVR2emaxbsese20.443(1)RVdffRcmeesfRf22ebsbseee2es0.3030.5410.4590.541RdfkRRRafRe——主材与侧材的销槽木材承压强度设计值的比值。N——由螺栓传递的构件轴向力设计值（N）：nb——连接中的螺栓个数；nv——每个螺栓的“剪力面”数，单剪取1，双剪2；V——每个螺栓的每一“剪力面”上的螺栓承载力设计值（N），其值应取各种屈服模式中之最小者。N≤nbnvV3、螺栓或钉连接的承载力计算连接构件的厚度达到一定值后，可以避免销槽承压破坏模型，即采用销屈服模式计算。螺栓连接和钉连接中木构件的最小厚度连接形式螺栓连接钉连接d18mmd18mm双剪连接c≥5da≥2.5dc≥5da≥4dc≥8da≥4d单剪连接c≥7da≥2.5dc≥7da≥4dc≥10da≥4d在符合最小厚度的条件下，单根螺栓连接或钉连接顺纹受力时设计承载力NV应按下式确定：NV——螺栓或钉连接承载力设计值（N）；fc——木材顺纹承压强度设计值（N／mm2）；d——螺栓或钉的直径（mm）；kv——螺栓或钉连接设计承载力的计算系数。2VvcNnkdf螺栓或钉连接设计承载力的计算系数kv连接形式螺栓连接钉连接a/d2.5~345≥646810≥11kv5.56.16.77.57.68.49.110.211.1若螺栓的传力方向与构件顺纹呈α角时2VvαcNnkdf对于钉连接，可不考虑斜纹承压的影响。斜纹承压时斜纹承压的降低系数ψα值α(°)螺栓直径（mm）121416182022≤10110α80取线性插入值≥800.840.810.780.750.730.711.螺栓连接两行并列两行错列•4.4.2构造要求（1）螺栓排列的最小间距排列形式顺纹横纹端距中距边距中距S0S’0S1S3S2两纵行齐列7d7d3d3.5d两纵行错列10d2.5d（2）当被连接的受拉构件采用湿材制作时，其顺纹端距S0应加长70mm。（3）当构件成直角相交，顺纹与作用力垂直时，螺栓排列的横纹最小边距S3，在受力边不小于4.5d；在不受力边不小于2.5d。（4）当采用钢夹板时，钢夹板上的端距取S0＝2d，边距取S3＝1.5d。2.钉连接钉连接的斜列布置可采用齐列、错列或斜列布置。构件被钉穿的厚度a顺纹横纹中距S1端距S0中距S2边距S3齐列错列或斜列a≥10d10da4da=4d15d取插入值25d15d4d3d4d钉排列的最小间距（1）当钉从一面钉入中间构件的深度不大于该构件厚度的2/3时，方才容许从两面正对钉入，此时钉的间距可不考虑钉子相互交搭的影响。（2）当钉从一面钉入中间构件的深度大于该构件厚度的2/3时，两面的钉子必须错位钉入，而其在中间构件中的间距S1不小于15d。当两面对钉时：4.8齿板连接•1-2mm，销连接类•承载力有限，不能传递压力•用于规格材的桁架节点•双侧布置，承载力为双侧承载力之和典型齿板齿板连接桁架齿板连接桁架使用条件：环境条件：不应用于腐蚀、潮湿环境。工作条件：不应用于传递压力。齿板由薄钢板制成。生锈将降低其承载力与耐久性。为防止生锈，齿板应由镀锌钢板制成，考虑到此镀锌要求在腐蚀、潮湿环境仍然不够，且我国在齿板的结构应用方面经验不足，故要求不能将齿板用于腐蚀、潮湿环境。齿板受压承载力极低，故不能将齿板用于传递压力。齿板用材：制作齿板所用钢板可采用Q235碳素结构钢，Q345低合金高强度结构钢。质量应符合国标《碳素结构钢》GB700、《低合金高强度结构钢》GB／T1591规定。有可靠依据时也可采用其他型号的钢材。4.4.2齿板连接的构造要求构造要求：（1）齿板应成对对称设置于构件连接节点的两侧。（2）采用齿板连接的构件厚度应不小于齿嵌入构件深度的2倍。（3）在与桁架弦杆平行及垂直方向，齿板与弦杆的最小连接尺寸以及在腹杆轴线方向齿板与腹杆的最小连接尺寸应符合规范规定。齿板与桁架弦杆、腹杆最小连接尺寸（mm）施工制作要求：（1）齿板连接的构件制作应在工厂进行。（2）板齿应与构件表面垂直。（3）板齿嵌入构件深度应不小于做板齿承载力试验时板齿嵌入试件的深度。（4）齿板连接处构件无缺棱、木节、木节孔等缺陷。（5）拼装完成后齿板无变形。4.4.3承载力验算计算内容：（