一、木结构用木材
(一)木结构的特点和适用范围
由木材或主要由木材组成的承重结构称为木结构。由于树木分布普遍，易于取材，采伐加工方便，同时木材质轻且强，所以很早就被广泛地用来建造房屋和桥梁。木材是天然生成的建筑材料，它有以下一些缺点：各向异性、天然缺陷(木节、裂缝、斜纹等)、天然尺寸受限制、易腐、易蛀、易裂和翘曲。因此，木结构要求采用合理的结构形式和节点连接形式，施工时应严格保证施工质量，并在使用中经常注意维护，以保证结构具有足够的可靠性和耐久性。
由于木材生长速度缓慢，我国木材资源有限，因此目前在大、中城市的建设中已不准采用木结构，但在木材产区的县镇，砖木混合结构的房屋还比较常见。近年来，胶合木结构也正在积极研究推广，速生树种的应用范围也在不断扩大，因此，木结构在一定范围内还会得到利用和发展。
承重木结构应在正常温度和湿度环境中的房屋结构和构筑物中使用。凡处于下列生产、使用条件的房屋和构筑物不应采用木结构：
(1)极易引起火灾的；
(2)受生产性高温影响，木材表面温度高于500C的；
(3)经常受潮且不易通风的。
(二)木结构用材的种类及分类
1．木结构用材的种类
结构用的木材分两类：针叶材和阔叶材。主要承重构件宜采用针叶材，如红松、云杉：冷杉等；重要的木制连接件应采用细密、直纹、无节和其他缺陷且耐腐的硬质阔叶材，如榆树材、槐树材、桦树材等．
2．木结构用材的分类
木结构构件所用木材根据使用前截面的不同，可分为原木、方木和板材三种：
(1)原木
原木又称圆木，可分为整原木和半原木。原木根部直径较粗，梢部直径较细，其直径变化一般取沿长度相差1m变化9mm。原木梢部直径为梢径。原木直径以梢径米度量。
(2)方材
截面宽度与厚度之比小于3的称为方材(方木)，常用厚度为60～240mm。
(3)板材
截面宽度与厚度之比大于3的为板材，常用厚度为15～80mm。
(三)木材的力学性能
1．木材的受拉性能
木材顺纹抗拉强度最高，而横纹抗拉强度很低，仅为顺纹抗拉强度的1／10～1／40。木材在受拉破坏前变形很小，没有显著的塑性变形，因此属于脆性破坏；
2．木材的顺纹受压性能
由木材顺纹受压时的应力—应变关系(图11-127)可见，木材受压时具有较好的塑性变形，它可以使应力集中逐渐趋于缓和，所以局部削弱的影响比受拉时小得多：木节对受压强度的影响也较小，斜纹和裂缝等缺陷和疵病也较受拉时的影响缓和，所以木材的受压工作要比受拉工作可靠得多。
3．木材的受弯性能
由木材横向弯曲试验得到试件中部(纯弯曲段)截面的应力分布(图11-128)。从图中可以看出，截面的应力只在加荷初期才呈直线分布。随着荷载的增加，在截面的受压区，压应力分布将逐渐成为曲线，而受拉区内应力的分布仍接近于直线，中和轴逐渐下移。当受压边缘纤维应力达到其强度极限值时将保持不变，此时的塑性区不断向内扩展，拉应力不断增大，一直到边缘拉应力到达抗拉强度极限时，试件即告破坏。木材的抗弯强度极限是从测得的破坏弯矩M按σ=M/W求得的(W—试件截面抵抗矩)，是假定法向应力呈直线分布导出的，并不代表试件破坏时截面的实际应力，它实际上是一个虚设的极限应力，按这个公式求得的极限抗弯强度只是一个折算的指标。
4．木材的承压性能
两个构件利用表面互相接触传递压力叫做承压；作用在接触面上的应力叫做承压力。在构件的接头和连接中常遇到这种情况。
(四)影响木材力学性能的阅素
木材是由管状细胞组成的天然有机材料，它的力学性能受着许多因素的影响。
1．木材的缺陷
天然生长的木材不可避免地会存在一些缺陷，对木材影响最大的缺陷是腐朽、虫蛀，这是任何等级的木材绝对不允许的；此外，对木材影响较大的缺陷有木节、斜纹、裂缝以及髓心。
《木结构规莅》将木材材质按缺陷的多少和大小，以及承重结构的受力要求，分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级(Ⅰ级最好，Ⅲ级最差)。承重结构构件按受力方式及受力重要性分为三类：受拉或拉弯构件材质等级选用Ⅰ级；受弯或压弯构件材质等级选用Ⅱ级；受压构件及次要受弯构件(如吊顶小龙骨)材质等级选用Ⅲ级。
2，含水率
木材的含水率对木材强度有很大影响，木材强度一般随含水率的增加而降低，当含水率达到纤维饱和点寸，含水率再增加，木材强度也不再降低、含水率对受压，受弯、受剪及承压强度影响较大，而对受拉强度影响较小。
按含水率的大小，木材可分为干材(含水率≤18％)，半干材(含水率=18％～25％)和湿材(含水率>25％)．<木结构规范规定，在制作构件时，木材的含水率应符合下列要求：
(1)现场制作的原木或方木构不应大干25％：
(2)板材和规格材不应大于20％；
(3)受拉构件的连接板不应大于18％；
(4)作为连接件不应大于15％；
(5)层板胶合木结构不应大于15％，且同一构件各层木板间的含水率差别不应大于5％。
3．木纹斜度
木材是一种各向异性的材料，不同方向的受力性能相差很大，同一木材的顺纹强度最高，横纹强度最低。此外，木材的力学性能还与受荷载作用时间、温度的高低、湿度等因素的影响有关。受荷载作用随时间的增长，木材的强度和刚度下降。温度升高、湿度增大，木材的强度和刚度下降。
二、木结构构件的计算
(一)木结构的设计方法
木结构采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，计算时考虑以下两种极限状态：
1.承载能力极限状态
与钢结构一样，按承载能力极限状态设计时，木结构的设计表达式采用应力表示的计算式，木材强度的设计值按《木结构规范》表4．2．1—3采用。计算内容包括强度和稳定。
2．正常使用极限状态
按正常使用极限状态设计时，对结构和构件采用荷载的标准值(按荷载的短期效应组合)验算其变形；对受压构件验算其长细比。
(二)木结构构什的计算
1．轴心受拉构件
轴心受拉构件的承载力按下式计算：
2．轴心受压构件
(1)强度计算
(2)稳定计算
对于比较细长的压杆，一般在强度破坏前，就因失去稳定而破坏。因此轴心受压构件还需进行稳定计算，即：
(3)刚度验算
受压构件的刚度以长细比λ表示，为避免受压构件因长细比过大，在自重作用下下垂过大，以及避免过分颤动，受压构件的长细比应满足：
3．受弯构件
受弯构件有单向受弯构件和双向受弯构件两种。当荷载的作用平面与截面主轴平面重合时为单向受弯构件(图11—134a)，如房屋中木梁；当荷载的作用平面与截面主轴平面不重合时为双向受弯构件(图11-134b)，如檩条、挂瓦条。
(1)单向受弯构件的计算
1)强度计算
按承载能力极限状态要求，受弯构件应满足强度要求，包括弯曲正应力和剪应力计算。
a．抗弯强度(正应力)计算
fm—木材抗弯强度设计值。
b．抗剪强度(剪应力)计算
2)挠度验算
为满足正常使用极限状态要求，对于受弯构件还需验算其挠度：
(2)双向受弯构件计算
1)强度计算
2)挠度验算
4．拉弯、压弯构件计算
(1)拉弯构件
受拉同时受弯的构件称为拉弯构件。拉弯构件所产生的弯矩可能是由于横向荷载引起的、拉力的偏心作用引起的、或者是由于不对称的截面削弱引起的。
拉弯构件的承载力按下式计算：
式中符号意义同前。
(2)压弯构件
构件受轴向压力的同时还承受弯矩作用的构件称为压弯构件。压弯构件所产生弯矩的原因与拉弯构件相同。木结构中，压弯构件较为常见，当屋架上弦节点间放置檩条时，即为压弯构件。
压弯构件的受力特点是：当构件弯曲时，除初始弯矩和挠曲外，还出现了由轴向压力引起的附加弯矩(图11－135)，在计算中必须考虑这一因素。
1)强度计算
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(一)齿连接
齿连接是通过构件与构件之间直接抵承传力，所以齿连接只应用在受压构件与其他构件连接的节点上。
齿连接有单齿连接与双齿连接(图11—136)，应符合下列规定：
(1)齿连接的承压面，应与所连接的压杆轴线垂直。
(2)单齿连接应使压杆轴线通过承压面中心。
(3)上弦轴线及支座反力作用线宜与下弦净截面的中心线交汇于一点；当采用原木时，可与下弦毛截面的中心线交汇于一点。
(4)齿连接的齿深，对于方木不应小于20mm；对于原木不应小于30mm。桁架支座节点齿深不应大于h／3(h为齿深方向的构件截面高度)；中间节点的齿深不应大于h／4。双齿连接中，第二齿的齿深hc应比第一齿的齿深hc1至少大20mm。单齿和双齿第一齿的剪
面长度不应小于4.5倍齿深，当采用湿材制作时，木桁架支座节点齿连接的剪面长度应比计算值加长50mm。
(5)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。
(二)螺栓连接和钉连接
根据穿过被连接构件间剪面数目可分为单剪连接和双剪连接(图11—137)。
在螺栓连接和钉连接中，连接木构件的最小厚度应符合表11-40的要求。
螺栓连接和钉连接中木构件的最小厚度表11-40
注：表中c——中部构件的厚度或单剪连接中较厚构件的厚度；
a——边部构件的厚度或单剪连接中较薄构件的厚度；
d——螺栓或钉的直径。
(a)双剪连接；(b)单剪连接
四、木结构防火和防护
(—)木结构的防火
1．建筑构件的燃烧性能和耐火极限
木结构建筑构件的燃烧性能和耐火极限不应低于表11-41的规定。
注：①屋顶表层应采用不可燃材料；
②当同一座木结构建筑由不同高度组成，较低部分的屋顶承重构件必须是难燃烧体，耐火极限不应小于1．00h。
2．建筑的层数、长度和面积
木结构建筑不应超过三层。不同层数建筑最大允许长度和防火分区面积不应超过表11-42的规定。
注：安装有自动喷水灭火系统的木结构建筑÷每层楼最大允许长度、面积应允许在表11-40的基础上扩大一倍，局部设置时，应按局部面积计算。
3．防火间距
(1)木结构建筑之间、木结构建筑与其他耐火等级的建筑之间的防火间距不应小于表11-43的规定。
注：防火间距应按相邻建筑外墙的最近距离计算，当外墙有突出的可燃构件时，应从突出部分的外缘算起。
(2)两座木结构建筑之间、木结构建筑与其他结构建筑之间的外墙均无任何门窗洞口时，其防火间距不应小于4.00m。
(3)两座木结构之间、木结构建筑与其他耐火等级的建筑之间，外墙的门窗洞门面积之和不超过该外墙面积的10％时，其防火间距不应小于表11-44的规定。
4．材料的燃烧性能
(1)木结构采用的建筑材料，其燃烧性能的技术指标应符合《建筑材料难燃性试验方法》GB8625的规定。
(2)室内装修材料，房间内的墙面，吊顶、采光窗、地板等所采用的材料，其防火性能均应不低于难燃性B1级。
(3)管道及包覆材料或内衬：
管道内的流体能够造成管道外壁温度达到120℃及其以上时，管道及其包覆材料或内衬以及施工时使用的胶粘剂必须是不燃材料，外壁温度低于120oC的管道及其包覆材料或内衬，其防火性能应不低于难燃性B1级。
(4)填允材料：建筑中的各种构件或空间需填充吸声、隔热、保温材料时，这些材料的防火性能应不低于难燃性B1级。
5．采暖通风
(1)木结构建筑内严禁设计使用明火采暖、明火生产作业等方面的设施，
(2)用于采暖或炊事的烟道，烟囱、火炕等应采用非金属不燃材料制作，并应符合下列规定：
与木构件相临部位的壁厚不小于240mm；
与木结构之间的净距不小于120mm，且其周围具备良好的通风环境。
6.天窗
由不同高度部分组成的一座木结构建筑，较低部分屋面上开设的天窗与相接的较高部分外墙上的门、窗、洞口之间最小距离不应小于5.00m，当符合下列情况之一时，其距离可不受限制；
(1)天窗安装了自动喷水灭火系统或为固定式乙级防火窗：
(2)外墙面上的门为遇火自动关闭的乙级防火门，窗口、洞口为固定式的乙级防火窗。
7．密闭空间
木结构建筑中，下列存在密闭空间的部位应采取隔火措施：
(1)轻型木结构建筑，当层高小于或等于3m时，位于墙骨柱之间，楼、屋盖的梁底部处；当层高大于3m时，位于墙骨柱之间、沿墙高每隔3m处，及楼、屋盖的梁底部处。
(2)水平构件(包括屋盖，楼盖)和竖向构件(墙体)的连接处。
(3)楼梯上下第一步踏板与楼盖交接处。
(二)木结构的防护
1．木结构中的下列部位应采取防潮和通风措施：
(1)在桁架和大梁的支座下应设置防潮层。
(2)在木柱下应设置柱墩，严禁将木柱直接埋人土中。
(3)桁架、大梁的支座节点或其他不得封闭在墙、保温层或通风不良的环境中的承重木构件(图11—138和图11-139)。
(4)处于房屋隐蔽部分的木结构，应设通风孔洞。
(5)露天结构在构造上应避免任何部分有积水的可能，并应在构件之间留有空隙(连接部位除外)。
(6)当室内外温差很大时，房屋的围护结构(包括保温吊顶)，应采取有效的保温和隔汽措施。
2．木结构构造上的防腐、防虫措施，除应在设计图纸中加以说明外，尚应要求在施工的有关工序交接时，检查其施工质量，如发现在问题应立即纠正。
3．下列情况，除从结构上采取通风防潮措施外，尚应进行药剂处理。
(1)露天结构；
(2)内排水桁架的支座节点处；
(3)檩条、搁栅、柱等木构件直接与砌体、混凝土接触部位；
(4)白蚁容易繁殖的潮湿环境中使用的木构件；
(5)承重结构中使用马尾松、云南松、湿地松、桦木以及新利用树种中易腐朽或易遭虫害的木材。
4．常用的药剂配方及处理方法，可按现行国家标准《木结构工程施工质量验收规范》(GB50206)的规定采用。
注：(1)虫害主要指白蚁、长蠹虫、粉蠹虫及天牛等的蛀蚀。
(2)实践证明，沥青只能防潮，防腐效果很差，不宜单独使用。
5．以防腐、防虫药剂处理木构件时，应按设计指定的药剂成分、配方及处理方法采用。受条件限制而需改变药剂或处理方法时，应征得设计单位同意。在任何情况下，均不得使用未经鉴定合格的药剂。
6．木构件(包括胶合木构件)的机械加工应在药剂处理前进行。木构件经防腐防虫处理后，应避免重新切割或钻孔。由于技术上的原因，确有必要作局部修整时，必须对木材暴露的表面涂刷足够的同品牌药剂。
7．木结构的防腐、防虫，采用药剂加压处理时，该药剂在木材中的保持量和透入度应达到设计文件规定的要求。设计未作规定时，则应符合现行国家标准《木结构工程施工质量验收规范》(GB50206)规定的最低要求。
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