Timber structure 木结构 lumber 木材
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Timber structure 木结构lumber 木材Timber engineering 木结构设计Physical and strength of wood based composites. 复合材的物理性能和强度Reliability-based evaluation of performance 基于可靠度性能评价Modeling and testing of timber components and structures subject to seismic and other loadings 地震和其他荷载下的木结构构件建模和测试l 什么是木结构?答:木结构是最古老的建材也是最普遍的(versatile)建材之一。
是一种自然材料(natural material ),有天然缺陷(inherent defects)和变化(variability),我们需要认清它的优点和缺点。
l 木结构的优点有哪些?答:可再生资源renewable resource、绿色环保材料green and energy efficient、隔热性能好good thermal insulating properties、轻质low weight、美观beautiful appearance、易于建造easy to build、良好的抗震性能good seismic performance(small earthquake actions)、一定的耐久性certain durability。
l 木结构的主要问题有哪些?答:各向异材料anisotropic material、易腐蚀decay of wood、易受虫害pests erosion、易燃lower fire resistance。
l 如何克服木材的问题?答:1.各向异avoid tension perpendicular(正交)to grain(纹理)and shear stresses at all cases; make use of compression strength of wood as much as possible; simplify connections and use compression load transfer when possible; avoid stress concentrations and complex stress patterns. 2.腐蚀control MC(含水率)of wood. 3.虫害ecological prevention methods(含水率)、biological control methods(用天敌)、physical and mechanical methods(人工抓、电、灯光…)、chemical methods (有毒化学品)4.易燃对轻型木结构是项挑战,对重型木结构是个优势(火灾后仍可保持一定强度)l 土木工程中木材的应用有哪些?答:1.中国古代木结构建筑post and beam timber construction 梁柱结构木建筑、mortise 榫口、tenon榫头、temple 寺院、pagoda 宝塔、cantilever 悬臂、cornice 檐口飞檐、herringbone 鱼骨形的、brick-timber hybrid structure 砖木混合结构、corridor 走廊、corridor bridge 廊桥、lamp poles 灯柱、sign board 标志牌、pavilion 亭台2.现代木结构light wood frame construction 轻型框架木结构建筑、residential construction 居民建筑、reroof project 屋顶改建工程(平改坡)、arrangements 布置l 木结构的主要结构形式有哪些?Post and beam construction 梁柱结构light wood frame construction轻型木结构——platform frame平台式框架and balloon frame 连续式框架、studs 壁骨、exterior 外在的表面的、dimension lumber 规格材、sheathing 防护外壳、erection without crane 不需要吊车安装、good ventilation 良好通风性、vent pipe 通风管道、drainage pipe 排污管道、joist 格栅、rafter 椽子Wood products木制品:Log 原木、solid sawn wood 锯材、glued laminated wood 胶合材——GLULAM 胶合层压木、LVL 单板层压材、PSL 同向长木条层压材、OSL 定向刨花木材、wood I-joists 木工字梁、plywood 胶合板、OSB 定向刨花板、CLT 交叉层接木。
l Tree spices 树木品种-soft wood 软木-hard wood 硬木l Wood structure 树木结构outer bark 外表皮、inner bark 内皮、cambium layer 形成层、sapwood 边材、heart wood 心材、pith 木髓、early wood 早材、late wood 晚材defects 缺陷:knot 木结、pith 髓心、crack 裂缝、discolor 变色、decay 腐朽l The mechanics or strength of wood 木材的强度和机械性能longitudinal 纵向的、tangential 切向的、radial 径向木材的强度设计值和弹性模量——按强度等级取定:抗弯顺纹抗压及承压>顺问抗拉>顺纹抗剪>横纹承压>斜纹承压——根据压力与斜纹夹角计算tensile strength parallel to grain 顺纹抗拉强度、compressive strength parallel to grain 顺纹抗压强度、bending strength 抗弯强度、compressive strength perpendicular to grain 横纹抗压强度、compressive strength at an angle to grain 斜纹抗压强度含水率影响强度,我国规范规定木材含水率:现场制作的原木或方木结构不应大于25%,板材和规格材不应大于20%,受拉构件的连接板不应大于18%,作为连接件不应大于15%,层板胶合木结构不应大于15%,且同一构件各层木板间的含水率差别不应大于5%。
Creep 徐变rupture 断裂我国规范规定:对短期使用的结构木材强度设计值和弹性模量可以提高10%,对长期重要的结构强度设计值和弹性模量要降低10%。
Load duration experiment 持续荷载试验size effect 尺寸效应,和钢材的结果一样,但解释不一样。
Slope of grain 木纹斜度清材的温度效应(temperature effects):在低温0℃以下各种性能略高于常温、高温37℃时又低于常温,100℃以上或持续在40-60℃会碳化。
清材的密度影响(density effect):清材的密度越大强度越高adjustment factors of design values of strength and modulus of elastic强度和弹性模量设计值修正系数:露天(0.9/0.85)高温环境(0.8)荷载工况(0.8)施工维修时(0.9/1.0)用于构筑物(1.2/1.0)不同使用年限:5年(1.1)25年(1.05)50年(1.0)100年以上(0.9)l The grades of wood 木材分级目测分级、机械应力分级规格材的截面尺寸40mm系列、65mm系列、90mm系列针叶树种——按抗弯强度设计值分为:TC17(A、B)到TC11(A、B)——对应不同树种、产地阔叶树种——按抗弯强度设计值分为:TB20到TB11——对应不同树种、产地l Influence factors of wood properties 影响木材性能的因素l Wood grades and design strength 木材纹理和设计强度l 设计基准期(在设计使用年限内具有足够的可靠度)——50年l 设计使用年限——5年(临时建筑)、25年(易于替换的结构构件)、50年(普通房屋和一般建筑物)、100年以上(纪念建筑和特别重要的建筑)Calculation of member 构件计算计算公式:木构件计算公式~注意事项:1.轴拉构件净截面面积的计算2.轴压构件截面面积的计算——考虑缺口的部位和对称性3.轴压构件验算稳定时——螺栓孔不计作缺口4.根据树种强度等级不同以及长细比的大小不同,轴压稳定系数计算公式不同。
受压构件稳定系数计算公式~5.计算构件长细比时——截面面积按毛截面计算6.受弯构件抗剪——按顺纹抗剪强度验算7.压弯构件平面内稳定验算——形式上是按轴压构件,但考虑轴力与初试弯矩共同作用的折减系数8.压弯构件平面外的稳定计算——按相关公式计算Tension members 受拉构件:An净截面的计算Pin-ended struts 支撑、GLULAM arches and cross-bracing 剪刀撑、Compression members 受压构件Column failure 柱的破坏:material failure(crushing)、elastic buckling(Euler)、inelastic buckling(combination of buckling and material failure)失稳计算公式:;简化公式:(φ为稳定系数)有凹槽:1.凹槽没有在边缘;2.凹槽在边缘但对称;3.凹槽在边缘且不对称,按偏心受压计算。
另:计算稳定性时螺栓孔不计作凹槽。
稳定系数的计算:对于TC17、TC15和TB20:时,;时,。
对于TC13、TC11、TB17、TB15、TB13和TB11:当时,;当时,。
无论是否存在凹槽长细比的计算:,,的计算:两端铰接*1.0,一端铰接一端固定*2.0,两端固定*0.8。
Bending failure 受弯破坏Bending failure in compression 压弯破坏只有高规格材才可能出现Bending failure in tension 拉弯破坏最有可能的破坏形式,脆性破坏,最后是受拉和受剪破坏的,虽然初始破坏是受拉破坏。