組合木梁、柱構(gòu)件探究進(jìn)展

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1、組合木梁、柱構(gòu)件探究進(jìn)展　　摘要：本文介紹了國(guó)內(nèi)外學(xué)者在近幾年對(duì)組合木構(gòu)件的研究情況，介紹了加拿大我國(guó)與加拿大木結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)組合木構(gòu)件的構(gòu)造和設(shè)計(jì)要求，最后提出了組合木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞：組合木柱；組合木梁；設(shè)計(jì)；發(fā)展前景1.組合木的構(gòu)造規(guī)定組合木構(gòu)件（Built-uptimbermember）是一種由多片規(guī)格材用釘或螺栓固定并排平行排列組合而成的木構(gòu)件，該組合木構(gòu)件分為組合梁和組合柱?！赌窘Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]中，介紹了應(yīng)用較廣的現(xiàn)場(chǎng)組合梁和組合柱，其中矩形木柱截面尺寸不應(yīng)小于140×140mm，且不小于所支承構(gòu)件的寬

2、度。由整根規(guī)格材組成的組合柱，其每一層應(yīng)用長(zhǎng)76mm、釘間距為300mm的釘子固定，或者用直徑10mm、中心距為450mm的螺栓固定，每層的厚度不小于40mm。5當(dāng)組合截面梁采用40mm寬的規(guī)格材組成時(shí)，規(guī)格材之間應(yīng)沿梁高采用等分布置的雙排釘連接，釘長(zhǎng)不得小于90mm，釘之間的中心距不得大于450mm，釘子到每根規(guī)格材端部的距離應(yīng)為100～150mm。組合梁也可以通過(guò)直徑不小于12mm、中心距為1.2m的螺栓連接，螺栓到規(guī)格材端部的距離不超過(guò)600mm。我國(guó)《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]第9.4條“梁、柱和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)”中所給出組合梁

3、的構(gòu)造設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)定和《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》相同；對(duì)于組合梁和柱具體的計(jì)算方法沒(méi)有明確給出，在附錄J中做了如下說(shuō)明：當(dāng)規(guī)格材擱柵數(shù)量大于3根，且與樓面板、屋面板或其他構(gòu)件有可靠連接時(shí)，設(shè)計(jì)擱柵的抗彎承載力時(shí)，可將表中的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fm乘以1.15的共同作用系數(shù)。加拿大《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[3]規(guī)定組合柱沿構(gòu)件長(zhǎng)度的釘間距不應(yīng)超過(guò)最薄構(gòu)件厚度的6倍，且垂直構(gòu)件長(zhǎng)度方向的間距不超過(guò)釘直徑的20倍；所有釘應(yīng)至少穿入最后一根單獨(dú)構(gòu)件厚度的3/4，且釘子應(yīng)沿組合構(gòu)件長(zhǎng)度從兩面交替打入；若組合構(gòu)件中單獨(dú)構(gòu)件的寬度大于其厚度的3倍以上，則構(gòu)件寬

4、度上至少有2排釘。2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1988年Allotey，I.A[4]等人發(fā)現(xiàn)在許多發(fā)展中國(guó)家，由于關(guān)鍵材料和核心技術(shù)的缺乏，橋梁建筑相當(dāng)耗費(fèi)金錢和精力。然而許多國(guó)家擁有豐富的可用于橋梁的木材資源。于是作者提出了一個(gè)適用于橋梁結(jié)構(gòu)的機(jī)械組合木梁，該研究理論基于實(shí)木梁的結(jié)構(gòu)性能，得到了機(jī)械組合木梁的有效慣性矩和有效橫截面剪切面積定義方法。52003年澳大利亞全國(guó)林業(yè)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)提出組合梁的耐久性問(wèn)題，主要強(qiáng)調(diào)釘在其連接處因周圍環(huán)境會(huì)產(chǎn)生一定銹蝕，尤其是當(dāng)周圍存在腐蝕環(huán)境時(shí)要特別注意釘連接處的保護(hù)[5]。2007年DonaldEB

5、reyer在《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》（DesignofWoodStructures）6]一書中指組合柱是由多根木片材用釘或螺栓連接在一起作為一個(gè)整體共同工作的柱。它有別于格構(gòu)柱（spacedcolumns），片材間傳遞剪力的連接件需要特別設(shè)計(jì)。由于組合柱片材間的連接不能完全有效地傳遞剪力，其承載力可先按相同截面的原木計(jì)算，再由調(diào)整系數(shù)Kf折減，Kf由連接形式確定（如釘或螺栓連接），同時(shí)要考慮兩個(gè)方向的長(zhǎng)細(xì)比（le/d）x與（le/d）y；其中，le為柱的有效長(zhǎng)度，d為截面寬度。2009年KamachiKen[7]等通過(guò)對(duì)機(jī)械錨固的組合木

6、梁大量的試驗(yàn)研究，建立了考慮層間滑移的多層組合梁的一般理論。并且得出了組合梁的性能介于平行弦桁架的彎曲性能和實(shí)木梁彎曲性能之間。2010年Chancey，Ryan[8]等提出用石膏板做飾面來(lái)支撐木立柱墻，5在木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中越來(lái)越常見。但必須認(rèn)識(shí)到石膏板在大荷載、非重復(fù)柱構(gòu)件等條件下的局限性。這些局限性在設(shè)計(jì)組合木柱時(shí)應(yīng)特別注意作者建議：兩個(gè)或兩個(gè)以上的墻骨柱的承載力應(yīng)比設(shè)計(jì)成組合柱的單墻骨柱大；石膏板或其他墻壁嵌板只考慮對(duì)一根墻骨柱有支撐作用，且不應(yīng)提高墻骨柱的承載力；組合柱應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求，單獨(dú)設(shè)計(jì)。2011年陳迪、熊海貝[9]

7、等通過(guò)4組共22根組合木柱構(gòu)件的軸心受壓試驗(yàn)，對(duì)此類軸心構(gòu)件軸心受壓性能進(jìn)行研究。根據(jù)各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，提出組合木柱連接釘對(duì)軸心受壓性能的提高沒(méi)有顯著影響；減小組合柱長(zhǎng)細(xì)比，增設(shè)金屬套箍能有效提高其承載力；長(zhǎng)細(xì)比的提高及片材數(shù)的增加能增強(qiáng)組合木柱的協(xié)同工作能力。3.組合木構(gòu)件的設(shè)計(jì)3.1組合木梁的計(jì)算公式組合木梁的設(shè)計(jì)計(jì)算參見加拿大《木結(jié)構(gòu)手冊(cè)》[10]的規(guī)定，計(jì)算公式為：3.2軸心受壓組合柱的計(jì)算公式4.組合木構(gòu)件的發(fā)展方向目前國(guó)內(nèi)對(duì)組合木構(gòu)件的研究還很少，規(guī)范也沒(méi)有給出組合木構(gòu)件的計(jì)算方法。我國(guó)木結(jié)構(gòu)住宅主體框架材料幾乎

8、都是從加拿大、美國(guó)進(jìn)口，木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)也是來(lái)源于國(guó)外，而且大部分已建成的木結(jié)構(gòu)住宅未得到真正意義上的驗(yàn)收。隨著我國(guó)木結(jié)構(gòu)住宅的國(guó)產(chǎn)化，這些以國(guó)外特別是加拿大木結(jié)構(gòu)規(guī)范為基礎(chǔ)的木結(jié)構(gòu)規(guī)范也會(huì)慢慢變得不適用。因此需要我們對(duì)：5（1）組合木構(gòu)件的力學(xué)性能及破壞形式研究，建立