第四章-木结构的连接

Re
fcm fes
kbs
0.303Red 2 a2 fes
fbs
0.541Re2
0.459Re
0.541Re
3、螺栓或钉连接的承载力计算
N≤nbnvV
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。
连接 形式
螺栓连接
钉连接
a/d 2.5~3
4
5 ≥6 4
6
8
10 ≥11
kv
5.5
6.1 6.7 7.5 7.6 8.4 9.1 10.2 11.1
斜纹承压时
若螺栓的传力方向与构件顺纹呈α角时
NV nkvd 2 α fc
对于钉连接，可不考虑斜纹承压的影响。
α(°)
≤10 10<α80 ≥80
12 0.84
0.71
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。
• 4.3.1 销连接的形式
对称双剪连接、单剪连接、反对称连接。
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
斜纹承压的降低系数ψα值
螺Fra Baidu bibliotek栓 直 径（mm）
14
16
18
20
1
取线性插入值
0.81
0.78
0.75
0.73
22 0.71
• 4.4.2 构造要求 1. 螺栓连接
两行并列
两行错列
（1）螺栓排列的最小间距
排列形式
顺纹
端距
中距
S0
S’0
S1
两纵行齐列
7d
7d
两纵行错列
10d
横纹
边距 中距
S3
S2
3.5d 3d
Va adfcs
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 0.443d 2 fbs fc
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；
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。
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。
• 4.2.1 齿连接承载力计算
单齿和双齿连接应验算木材的承压、受剪和受拉强度。
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。
• 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
单齿连接：承载力低，制作简单，优先采用 双齿连接：承载力高
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》GB 700、《低合金高强度 结构钢》GB／T 1591规定。有可靠依据时也可采用其他 型号的钢材。
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 双剪 连 接 单剪连接
螺栓连接
d<18mm
d>18mm
c≥5d a≥2.5d
c≥5d a≥4d
c≥7d a≥2.5d
c≥7d a≥4d
钉连接
c≥8d a≥4d c≥10d a≥4d
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。
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。
双齿连接抗剪强度降低系数
lv/hc
6
7
8
10
ψv
1.00
0．93 0．85
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：
2．按螺栓弯曲破坏计算
除由于安设保险螺栓、附木等造成的削弱。
4．保险螺栓验算
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。
拉力大小: Nb Na tan(60 )
受拉验算:
Nb As
1.25 fs
Na——上弦的轴向压设计值（N）； α——上弦与下弦的夹角（ ̊ ）；
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
齿槽顺纹受剪：
V lvbv
v
fv
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
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。
5．双齿连接验算 双齿连结
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：
fbs——销的抗弯强度； fc——销弯曲时木材孔壁承压强度
（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。
Vbs 0.3d 2 fbs fc 0.09a2 fc fc / fbs
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。
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
节点连接 按功能 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。
系数。
单齿连接抗剪强度降低系数ψv值
lv/hc
4．5
5
6
7
8
10
ψv
0．95 0．89 0．77 0．70 0．64 —
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：
Nt An
ft
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
模式IIIs
Vbs
kbs adf es 1 0.541Re
模式IV
Vmax 0.443d 2
fbs fes
2Re (1 Re )
Vbs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。
Re——主材与侧材的销槽木材承压强度设计值的比值。
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 nkvd 2 fc
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。
螺栓或钉连接设计承载力的计算系数kv
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Is Vs=0.7adfes 模式Im Vm=kcmcdfem
Vs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）；
• 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
Vc 0.5cdfc
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
2.5d
（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
可采用齐列、错列或 斜列布置。
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。
钉连接的斜列布置
钉排列的最小间距
构件被钉穿 的厚度a
顺
中距 S1
纹
端距 S0
横
纹
中 距S2 齐 列 错列或斜列
边距 S3
a≥10d
15d
10d>a>4d 取插入值 15d
4d
3d
4d
a=4d
25d
当两面对钉时：
（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。
单齿连结
双齿连结
• 4.2.1 齿连接的构造
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；
1．按木材承压验算
齿槽斜纹承压：
c
N Ac
f c
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。
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。
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。