木结构连接点设计要点

张得帅

自古以来，木材就是我国建筑结构的主要用材之一。随着我国林产工业的快速发展，以及人们环保意识的增强，这种传统木结构也逐渐融入现代建筑中。比起钢筋混凝土建筑，木结构建筑更具自然感，对人体健康有益。木结构连接点的设计是影响木结构建筑质量的关键因素，在进行连接点设计时应充分考虑其强度、受力状况等，选择最有力的连接形式。
  很多构件的尺寸并不是由构件的受力情况，而是由连接处的构造决定的，另外大约80%的木结构失效起源于节点连接的破坏。这使得木结构连接设计显得尤为重要。木结构节点处的工作状态比较复杂，设计者可按现有理论、模型等进行计算，选择合适的节点形式。然而除了进行结构设计，如果构造设计不合适，木结构节点可能由于开裂等改变了原有的工作状态而不能按照设计者预想的方式工作。因此木结构连接节点的构造设计非常重要。
  
  木结构连接节点构造设计需要考虑的重要因素
  （1）木材干缩湿胀特性
  木材是一种天然材料，其含水率会随空气中湿度的变化而变化。实际环境中，木材总是不断地进行吸湿和解吸。在纤维饱和点以下，随着含水率的降低，其纵向和横向的尺寸都会变小，体积也因此变小，这种现象称为木材的干缩。同一树种，纵向、径向和弦向的干缩率有较大区别，纵向最小，径向居中，弦向最大，可达6%~12%。设计木结构连接节点时，需要考虑木材的这一特殊性质，特别是梁与柱或梁与钢构件的连接处，如果连接件限制了木材干缩变形的发展，木材可能发生劈裂。
  （2）木材横纹抗拉强度低
  木材是一种各项异性材料，木材纵向、径向和弦向的性能差异较大。在各个方向的抗拉抗压强度中，横纹抗拉强度最小，只有顺纹抗拉强度的1/40~1/10。在木结构设计中，应时刻注意避免在构件中产生横纹受拉。
  （3）木材抗剪强度较低
  木材的顺纹抗剪强度较低，大约只有抗弯强度的1/10。在梁式构件中，如果外荷载作用点和支座较近，木梁端部处于高剪应力状态，容易发生剪切劈裂。如果连接处的剪面上正好设置了螺栓，则裂缝可能穿过栓孔，使得木梁端部仅靠螺栓下侧部分工作，降低了其抗弯承载力，造成更加严重的破坏。
  
  木结构连接节点构造设计原则
  为了保证木结构连接节点在结构使用年限内具有一定的承载力、刚度，应遵循如下基本原则进行构造设计：
  （1）木结构连接节点处应避免出现积水，并避免使木构件受潮。
  （2）应避免使木构件直接暴露于外部环境中。
  （3）避免木构件端头直接与混凝土接触。
  （4）如果湿汽可以从螺栓孔处进入，应采用防腐剂对栓孔进行处理，同时可用油脂或硅胶涂抹螺栓。
  （5）如果工作环境湿度较大，则要对木构件进行防腐处理。特别要注意的是防腐处理并不
  （6）能防止木材干缩湿胀，设计节点时仍然要考虑避免约束木构件的干缩变形。
  （7）如果在含盐的水中或沿海环境中使用，应采用不生锈的金属或对金属连接件进行防腐处理。
  （8）尽可能采用传力路径直接的连接方式。
  
  木结构连接点的设计除了需要分析受力情况，还需要充分考虑木材的特性，尤其是各向异性与干缩湿胀性。水分对木材的作用极为明显，在水蒸气的作用下木结构中的金属连接件很容易受到腐蚀。进行木结构连接点设计时应遵守本文中所述的设计规则，可以有效避免连接点的设计误区。