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北京山合水易機構 董事長兼總裁
北京山合水易規(guī)劃設計院 院長
高端休閑度假產(chǎn)業(yè)規(guī)劃專家
《中國旅游報》、《農(nóng)民日報》專欄作家
對木框架結構房屋而言,合理的節(jié)點設計是結構可靠與舒適的重要保證。用鋸材或膠合木建造木結構房屋時毫無疑問都需要注意節(jié)點的設計。跨度、規(guī)模較大的建筑往往采用膠合木建造,那么合理的節(jié)點設計在膠合木建筑中可能顯得更為重要。節(jié)點細部的構造需要仔細考慮木材的干縮濕漲的特性,避免在節(jié)點處產(chǎn)生橫紋拉應力。同時節(jié)點處需避免應力集中,應力集中可能導致節(jié)點在此處失效。
另外,節(jié)點處應采取一定隔離措施,避免木構件過度受潮。首先要注意木材會隨著濕度循環(huán)而干縮濕脹,其次,含水率超過20%時,未經(jīng)防腐處理的木材可能由于微生物的生長而腐爛。
構造不合理時干縮可能帶來的后果
木材含水率變化時會收縮或膨脹,順紋方向的干縮濕脹可以忽略不計,但橫紋方向的干縮濕脹相對較大,不可忽視,設計節(jié)點時需要特別注意。舉例來說,24英寸高的梁,當含水率由12%降至8%時,截面高度由于干縮會減小1/8英寸。設計膠合木節(jié)點時,應注意節(jié)點處不約束構件的橫紋干縮變形,如果約束的話,會在構件中產(chǎn)生橫紋應力,如果橫紋應力超過構件的橫紋抗拉承載力,構件將產(chǎn)生橫紋裂縫。一旦形成裂縫,構件的抗剪和抗彎能力將會顯著下降。
除了濕度變化可導橫紋裂縫外,另有一些原因也可導致類似結果。比如梁的不合理開槽、桁架節(jié)點處的荷載偏心、以及梁受拉一側的不合理受力均可導致木構件產(chǎn)生彎矩以及在構件內部產(chǎn)生橫紋拉應力。
濕度累計的后果
一般而言,節(jié)點總是位于梁端,梁端是木紋暴露最明顯的地方,因此節(jié)點構造應避免此處造成濕氣累積。通常而言,在連接處設置雨水孔、方形的槽并且保證木構件與混凝土或砌體之間至少有1/4英寸的間隙,可以避免上述現(xiàn)象。由于螺栓孔的原因,大多數(shù)連接中木構件需要暴露端木紋,即使不在梁端,也應考慮潛在的濕氣累積現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn),金屬連接件或連接件的一部分位于“冷區(qū)”(即保溫層外部)時,該處極容易造成濕氣累積。通過螺栓或者端木紋,水分很容易侵入木構件內部。存在上述問題的例子有懸掛件、懸臂梁連接件以及梁柱連接件等。
連接示例
下文包括了一些常見的不同連接的圖示。展示了連接的正確做法以及常見的錯誤做法,并且討論了錯誤做法可能造成的后果。這些例子并未包括所有的連接情況,他們僅僅是下文所述連接構造原則的一些例子,通過這些圖,設計者能夠更好的理解下文所述的設計原則并將這些原則用于設計中,設計出合理的節(jié)點。
需要說明的是,本文是從構造的角度去講解節(jié)點設計,在此基礎上,設計者還應考慮節(jié)點應能承受和傳遞相應的荷載。如今有許多專門生產(chǎn)膠合木框架連接件的產(chǎn)家,如果可以的話也可采用這些廠家的商品。
有時候為滿足建筑要求,結構師需要采用一些隱式或半隱式的節(jié)點。對于梁-梁節(jié)點或者如圖所示梁-柱節(jié)點,鋼銷或埋頭螺釘以及內置鋼板是不錯的解決方案。
本文提供了膠合木結構節(jié)點構造的正確和錯誤的做法。膠合木節(jié)點構造設計主要考慮如下7項原則,如果依照這些原則進行設計建造,能保證節(jié)點的可靠以及適用性。這些原則是:
1. 盡可能使節(jié)點傳遞壓力
2. 允許構件尺寸隨環(huán)境濕度變化
3. 避免在節(jié)點處產(chǎn)生橫紋拉應力
4. 避免節(jié)點處濕氣聚集
5. 不要讓膠合木直接接觸混凝土和砌體
6. 避免節(jié)點處偏心
7. 避免端木紋暴露
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