木结构建筑结构设计.docx

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木结构建筑结构设计

〈〈建筑结构>课程设计任务书

木结构建筑构件设计计算

一、课程设计目的

稳固课程所学内容,纯熟掌握木结构构件计算方法.

二、课程设计内容

拟建位于非地震区的某两层木结构实验房平面图如图1-4,该木

结构采用现代轻型木结构体系,对木结构构件进行强度校核和截面设计.

8.400

5,500

4.300

图1建筑南立面

8400

6,400

5800X

4JOO

3,400二

2.400

0,900

KI_

-0,t002：

6SOO

3（1

北立面图1：

1Q0

图2建筑北立面

图3建筑东立面

8.400

&4®

西立面8B1:

100

图4建筑西立面

三、根本设计资料

1.楼面活荷载标准值为了2.0kN/m2;屋面活荷载标准值为了0.5kN/m2.

2.楼盖结构为了：

搁栅间距400mm搁栅跨度3400mm填充的岩棉假设处于非压缩正常状态,即岩棉厚度等于搁栅高度,如图5.

3.外墙墙体墙骨柱计算示意图如图6,假设其中竖向荷载N设计值为了3.54kN,风横向荷载q设计值为了0.342kN/m,墙骨柱计算长度3.3m.

4.屋顶结构如图7,椽条间距400mm椽条跨度3600mm

搁栅

25mm硬木地板获会5夹板（杨木）岩棉—

9mm石膏板

图5楼盖结构

楼盖

楼盖

图6外墙墙骨柱受力情况

莎宵屋面瓦

"出毡协水层

胶合衣板（杨木）

图7屋顶结构

5.设计中使用的主要建筑材料白重.沥青屋面瓦：

0.55kN/m2,9mm

石膏板：

14.5kN/m2,樟子松白重4kN/mi,云南松白重5—6kN/m?

楼面硬木地板安装不需要铺设地板格栅,其它材料白重从〈〈建筑结构荷载标准>（GB50009-2001）附录A中取值.

6.椽条、搁栅作为了受弯构件仅考虑抗弯强度、抗剪强度、挠度校核.墙骨柱作为了压弯构件仅考虑强度、弯矩作用平面内稳定校核.

四、课程设计任务

1、构件强度校核.拟设计使用构件材料樟子松规格材,外墙墙骨柱

截面尺寸为了40x140mH宽40mm高140mm；楼盖搁栅截面尺寸为了65x140mm屋顶椽条截面尺寸为了65x185mm试对楼盖搁栅、外墙墙骨柱和屋顶椽条进行强度校核.

2、构件截面设计.假设拟设计使用构件材料改为了云南松,试对楼盖搁

栅和屋顶椽条进行截面尺寸设计.

五、课程设计应上交的资料内容

1、构件设计计算书.

2、总结.

以上资料根据从封面、设计任务书、构件设计计算、总结,装订

成册,上交指导老师.

K、课程设计时间安排

1、安排设计任务,设计准备

0.5

天

2、构件设计计算及资料整理

4

天

3、父指导老师审核及父设计

七、课程设计成绩评定

0.5

天

最终成绩分为了：

优、良、中、及格和不及格五个等级.

〈〈建筑结构>课程设计构件计算书

第一局部强度校核

以樟子松为了木材

一、椽条强度校核

屋顶椽条虽然斜向布置,但是在构件设计计算中,一般仅考虑水

平投影面的力学性能.椽条受力简化图如图1.

3600

图1椽条受力简化图

具体计算过程：

1、材料强度设计值

樟子松的强度等级为了TC13B抗弯强度、顺纹抗剪强度和弹性模

量分别是：

fm=13MPa,fv=1.4MPa,E=9000MPa

2、荷载设计值分析

椽条间距400mm跨度3600mm椽条尺寸65X185mm根

据〈〈建筑结构荷载标准>GB50009-2001可以查得材料白重如下：

樟子松：

4kN/m3,胶合五夹板（杨木）：

0.03kN/m2,石膏板：

14.5kN/m3,沥青瓦屋面：

0.55kN/m2,油毡防水层：

0.03kN/m2

9m谯石膏板：

14.5x0.009=0.131kN/m2,

屋面非结构材作用于椽条均布荷载：

0.4X（0.55+0.03+0.03+0.131）=0.296kN/m,

椽条白重：

4X0.065x0.185=0.048kN/m,

椽条永久荷载标准值：

0.296+0.048=0.344kN/m,

椽条可变荷载标准值：

0.5x0.4=0.2kN/m,

3、分别确定永久荷载和可变荷载的荷载效应

…1,21……2-…,

MGk=—Ggk"=—0.3443.62=0.577kN/m

88

11

VGkGGkl00.3443.6=0.619kN

22

1212

Gqk"0.23.62

88

11

Vqk=cGqk10=]0.23.6=0.36kN

1）由可变荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计

值分别为了:

查表得,‘°T.0,'gT2'q='qi=1.4,那么:

（MM）=（MM）

0（GgkQ1Q1K）0（GgkQQK/

=1.0x（1.2x0.557+1.4x0.324）=1.12kN-m

=1.0x（1.2x0.619+1.4x0.36）=1.25kN

2）永久荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力标准值

分别为了：

查表得,丫.=1.0,"=1.35,Vq=Yqi=1.4,"0.7,那么：

0（GMGK,cQMQK）

=1.0x（1.35x0.557+0.7x1.4x0.324）=1.069kN-m

y（、,\i+里y\/\

0（GVGKcQVQK）

=1.0x（1.35x0.619+0.7x1.4x0.36）=1.188kN

所以,取较大值的跨中弯矩设计值M=1.12kN-m\支座边缘截

面剪力设计值V=1.25kN.

4、弯曲强度校核

123

Wn651852=370770.833mm36

强度校核M=1.1210=3.021N/mm2vfm=13MPa

Wn370770.833

5、剪切强度校核

6、变形强度校核

椽条均布荷载标准值：

0.368+0.2=0.568kN/m,

5ql450.54436004

3.85mmV24mm

384EI384900034296302

由以上分析可知,采用樟子松,截面尺寸65X185mm,能满足

椽条的力学要求.

二、搁栅强度校核

楼盖搁栅受力简化图如图2.

3600

图2搁栅受力简化图

具体计算过程：

1、材料强度设计值

樟子松的强度等级为了TC13B抗弯强度、顺纹抗剪强度和弹性模

量分别是：

fm=13MPa,fv=1.4MPa,E=9000MPa

2、荷载设计值分析

搁栅间距400mm跨度3400mm搁栅尺寸65x140mm根据〈〈建筑结构荷载标准>GB50009-2001可以查得材料白重如下：

樟子松：

4kN/m3,25mm®木地板：

0.2kN/mm2,胶合五夹板（杨木）：

0.03kN/m2,石膏板:

14.5kN/m3,岩棉：

0.5—2.5kN/m3.

9mnff石膏板：

14.5x0.009=0.131kN/m2,

岩棉根据对结构有利状态取上限值2.5kN/m3,

140mm^棉白重为了：

0.14x2.5=0.35kN/m2.

屋面非结构材作用于搁栅均布荷载:

0.4x（0.2+0.03+0.131）+（0.4-0.065）x0.35=0.262kN/m,

搁栅白重：

4X0.065x0.140=0.036kN/m,

搁栅永久荷载标准值：

0.262+0.036=0.298kN/m,

搁栅可变荷载标准值：

2x0.4=0.8kN/m,

3、分别确定永久荷载和可变荷载的荷载效应

1212

MGKGgk"0.2983.42=0.431kN/m

88

11

VGK=^GGKl0=0.2983.4=0.507kN

1212

MQK=—Gqk"=—0.83.42=1.156kN/m

88

11

VQK=-Gqkl0=0.83.4=1.36kN

1）由可变荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值分别为了：

查表得,丫0TQ丫GT.2,Yq=%T.4,那么：

o（gMgkqiMqik广0（gMgkqMqk）

=1.0X（1.2X0.431+1.4X1.156）=2.14kN-m

o（gVgkqiVqik广o（gVgkqVqk）

=1.0X（1.2X0.507+1.4X1.36）=2.51kN

2）永久荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力标准值

分别为了：

查表得,丫.=1.0,"=1.35,Vq=Yqi=1.4,"0.7,那么：

0（gMgkcqMqk）

=1.0x（1.35x0.431+0.7x1.4x1.156）=1.71kN-m

0（gVgk'cqVqk）

=1.0x（1.35x0.507+0.7x1.4x1.36）=2.02kN

所以,取较大值的跨中弯矩设计值M=2.14kN・m支座边缘截

面剪力设计值V=2.51kN.

4、弯曲强度校核

123

Wn651402=212333.333mm3

n6

强度校核M=2.1410=10.078N/mm2v扁=13MPa

Wn212333.333m

5、剪切强度校核

6、变形强度校核

足搁栅的力学要求,应重新选择截面尺寸.

三、墙骨柱强度校核

外墙墙骨柱受力简化图如图3.

外墙墙骨柱受力情况

具体计算过程:

1、材料强度设计值

樟子松的强度等级为了TC13B抗弯强度和顺纹抗压强度分别是:

fm=13MPa,fc=10MPa

2、荷载设计值分析

墙骨柱计算长度为了3300mm墙骨柱截面尺寸40X140mm竖向荷载N设计值为了3.54kN,风横向荷载q设计值为了0.342kN/m.

3、计算弯矩设计值

1212

M0ql20.3423.32=0.466kNm

88

4、强度验算

由构件初始偏心距e.=0,得M=M0

2

A=40140=5600mm

12123

Wnbd240140-130666.67mm3

66

所以,强度满足要求

5、弯矩作用平面内的稳定性校核

2

Ao=An=40140=5600mm

123

W=Wn=—40140-130666.67mm36

2

81.66

1〜」

65

=0.388

1

2

1—

65

由构件初始偏心距q=.,得k=0

Ne.M.

2…_2___

m=1-K1-kK=10.219=0.610

mA0

所以弯矩作用内平面满足要求.

外墙墙骨柱的力学要求.

第二局部截面设计

以云南松作为了木材

一、椽条截面设计

屋顶椽条虽然斜向布置,但是在构件设计计算中,一般仅考虑水

平投影面的力学性能.椽条受力简化图如图1.

43600

图1椽条受力简化图

具体计算过程：

6、材料强度设计值

云南松的强度等级为了TC13A抗弯强度、顺纹抗剪强度、横纹抗

压强度和弹性模量分别是：

f*13MPa,fv=1.4MPa,fc,9o=1.9MPa,E=9000MPa

7、荷载设计值分析

椽条间距400mm跨度3600mm根据〈〈建筑结构荷载标准>

GB50009-2001可以查得材料白重如下：

云南松：

5—6kN/m3（计算过程中根据对结构有利状态,取上限

值6kN/m3）,胶合五夹板（杨木）：

0.03kN/m2,石膏板：

14.5kN/m3,

沥青瓦屋面：

0.55kN/m2,油毡防水层：

0.03kN/m2.

9mnff石膏板：

14.5x0.009=0.131kN/m2,

屋面非结构材作用于椽条均布荷载：

0.4X（0.55+0.03+0.03+0.131）=0.296kN/m,

椽条永久荷载标准值：

0.296kN/m,

椽条可变荷载标准值：

0.5x0.4=0.2kN/m,

3、分别确定永久荷载和可变荷载的荷载效应

1212

MGK=—GgkI；=—0.2963.62=0.480kN/m88

1）由可变荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计

值分别为了:

查表得,'oT.0,'gT2'q=‘Q1=1.4,那么：

0（gMMqik广o（gMgkqMqk）

0GGKQIQIK0GGKQQK/

=1.0X（1.2x0.480+1.4x0.324）=1.030kN-m

（Vv）=（vv）

0（GVGKQ1VQ1K）o（gVgkqVqk）

=1.0x（1.2x0.533+1.4x0.36）=1.144kN

2）永久荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力标准值

分别为了：

查表得,丫.=1.0,"=1.35,Vq=Yqi=1.4,"0.7,那么：

0（gMg"cqMqk）

=1.0x（1.35x0.480+0.7x1.4x0.324）=0.966kN-m

0（GVGKcQVQK）

=1.0x（1.35X0.533+0.7x1.4x0.36）=1.072kN

所以,取较大值的跨中弯矩设计值M=1.030kN・my支座边缘截

面剪力设计值V=1.144kN.

3）选择截面尺寸

6截面抵抗矩Wn===79230.769mm3

fm13

3

查表,选择截面尺寸为了65X115的截面,其Wn=143270.833mm

计算椽条白重：

6X0.065x0.115=0.045kN/m

重新计算椽条永久荷载标准值：

0.296+0.045=0.341kN/m

4）重新确定永久荷载的荷载效应

1212

MGKGgkl00.3413.6=0.552kN/m

8GK08

…1,1

VGKGGK100.3413.6=0.614kN

22

5）重新计算由可变荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值分别为了：

查表得,,0=1.0,%=1.2,%=%1=1.4,那么：

0（gMgkQ1Mq1k）=0（gMgkqMqk）

=1.0x（1.2x0.552+1.4x0.324）=1.116kN-m

（VV）=（VV）

0（GGKQVQ1K）0（GGKQVQK）

=1.0x（1.2x0.614+1.4x0.36）=1.241kN

6）重新计算由永久荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力标准值分别为了：

查表得,*=1.0,,g=1.35,丫.='J=1.4：

c=0.7,那么:

（MM）

0（GMGKcQMQK）

=1.0x（1.35x0.552+0.7x1.4x0.324）=1.063kN-m

（\/\/）

0（GVGKcQQK）

=1.0x（1.35x0.614+0.7X1.4x0.36）=1.182kN

所以,取较大值的跨中弯矩设计值M=1.116kN・m支座边缘截

面剪力设计值V=1.241kN.

4、弯曲强度校核

=85846.154mm3v143270.833

…M1.116106

13

Wnf

m

5、剪切强度校核

2bd265115

6、变形强度校核

挠度极限1■1=—

150150

由以上分析可知,采用云南松,选择截面尺寸65x115mm能满足椽条的力学要求.

、搁栅截面设计

楼盖搁栅受力简化图如图2

3600

图2搁栅受力简化图

具体计算过程：

1、材料强度设计值

云南松的强度等级为了TC13A抗弯强度、顺纹抗剪强度、横纹抗

压强度和弹性模量分别是：

f=3MPa,fv=1.4MPa,fc,90=1.9MPa,E=9000MPa

2、荷载设计值分析

搁栅间距400mm跨度3400mm根据〈〈建筑结构荷载标准>

GB50009-2001可以查得材料白重如下：

云南松：

5—6kN/m3（计算过程中根据对结构有利状态,取上限

值6kN/m3）,25m澳木地板：

0.2kN/mn2,胶合五夹板（杨木）：

0.03kN/m2,石膏板：

14.5kN/m3,岩棉：

0.5—2.5kN/m3.

9mnff石膏板：

14.5x0.009=0.131kN/m2,

岩棉根据对结构有利状态取上限值2.5kN/m3,

140m咱棉白重为了：

0.14x2.5=0.35kN/m2.

屋面非结构材作用于搁栅均布荷载（岩棉除外）：

0.4X（0.2+0.03+0.131）=0.144kN/m,

搁栅永久荷载标准值：

0.144kN/m,

搁栅可变荷载标准值：

2x0.4=0.8kN/m,

3、分别确定永久荷载和可变荷载的荷载效应

1212

MGK=aGGKl；=a0.1443.42=0.208kN/m

…1,1

VGKGgkl00.1443.4=0.245kN

22

1212

MQK=—GQKl：

=—0.83.42=1.156kN/m88

11

VQK=^GQKl0=j0.83.4=1.36kN

1）由可变荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值分别为了：

查表得,"=L0,‘G=12‘Q=‘Q1=1.4,那么：

0（GMGKQ1MQ1K广0（GMGKQMQK）

=1.0x（1.2x0.208+1.4x1.156）=1.868kN-m

（VV）=（VV）

0（gVgKQ1VQ1K）0（gVgKqVqk）

=1.0x（1.2x0.245+1.4x1.36）=2.198kN

2）永久荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力标准值

分别为了：

查表得,丫.=1.0,"=1.35,Vq=Yqi=1.4,"0.7,那么：

0（gMgkcqMqk）

=1.0x（1.35x0.208+0.7x1.4x1.156）=1.414kN-m

0（GVGKcQVQK）

=1.0x（1.35x0.245+0.7x1.4x1.36）=1.664kN

所以,取较大值的跨中弯矩设计值M=1.868kN・my支座边缘截

面剪力设计值V=2.198kN.

3）选择截面尺寸

M1868106c

截面抵抗矩Wn=M=上868—土=143692mm3

fm13

查表,选择截面尺寸为了65X140的截面,其Wn=212333mm3

计算搁栅白重：

6X0.065X0.140+（0.4-0.065）x0.35=0.173kN/m

重新计算椽条永久荷载标准值：

0.144+0.173=0.317kN/m

4）重新确定永久荷载的荷载效应

1212

MGk=—Ggk"=—0.3173.42=0.458kN/m

88

11

VGk=GGk10=0.3173.4=0.539kN

22

5）重新计算由可变荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力设计值分别为了：

查表得,TQ?

gT2%=?

Q1T.4,那么：

0（GMgkQ1MQ1K）=0（GMgkQMqk）

=1.0x（1.2x0.458+1.4x1.156）=2.17kN•m

（VV）=（VV）

0（gVgKQ1VQ1K）0（gVgKqVqk）

=1.0x（1.2x0.539+1.4x1.36）=2.55kN

6）重新计算由永久荷载弯矩控制的跨中弯矩设计值和支座边缘截面剪力标准值分别为了：

查表得,丫0=1.0,〃g=1.35,%=%=1.4c=0.7,那么:

0（gMgkcqMqk）

=1.0x（1.35x0.458+0.7x1.4x1.156）=1.75kN-m

VV\0（gVgkcqVqk）

=1.0x（1.35x0.539+0.7x1.4x1.36）=2.06kN

所以,取较大值的跨中弯矩设计值M=2.17kN・m支座边缘截

面剪力设计值V=2.55kN4、弯曲强度校核

M2.17106.

Wn=—=——一=166923mm3v212333fm13

5、剪切强度校核

6、变形强度校核

搁栅均布荷载标准值：

0.317+0.8=1.117kN/m,挠度极限'人—=冬=13.6mm

250250

足搁栅的力学要求.

第三局部总结

一、强度校核方法总结

1.椽条校核方法总结

（1）确定椽条为了受弯构件

（2）屋顶椽条虽然斜向布置,但是在构件设计计算中,一般仅考虑水平投影面的力学性能.根据这一条件作出椽条的受力简化图

（3）通过查表〈〈木结构设计标准>GB50005-2003表4.2得到构件使用的木材的强度等级,及该强度等级对应的木材的强度设计

值.

（4）根据〈〈建筑结构荷载标准>GB50009-2001相关,查出所给材料的白重.从而确定永久荷载的标准值以及可变荷载的标准值

（5）分别确定永久荷载与可变荷载作用下弯矩和剪力的荷载效应,.

（6）按承载水平极限状态设计的方法,分别计算由永久荷载效应和可变荷载效应控制的弯矩、剪力组合的设计值.取其中的较大的弯矩和剪力值作为了荷载设计值.

一M…

（7）根据—V*,对椽条进行弯曲强度校核.

3V

（8）根据；fv,对椽条进行剪力强度校核.

2bd

（9）计算椽条均布荷载的标准值,再根据切＜松］对椽条进行变形强度校核.

（10）得出结论.

2.搁栅校核方法总结

（1