一、二级注册结构考试中,木结构部分总会有两道题目。虽然童鞋们在平时工作中接触木结构的设计非常少,但是这部分的考题却是相当容易。只要掌握了正确的复习方法,基本都能轻松拿下。要想保证木结构部分的考题顺利得分,你需要掌握以下两个知识点。1)材料强度设计值的确定;2)基本受力构件强度及稳定验算。第一个关键知识点:木结构的材料强度它与砌体结构的材料强度确定方法非常类似,规范查表所得的材料强度设计值×调整系数。
要想保证木结构部分的考题顺利得分,你需要掌握以下两个知识点。
1)材料强度设计值的确定;
2)基本受力构件强度及稳定验算。
第一个关键知识点:木结构的材料强度
它与砌体结构的材料强度确定方法非常类似,规范查表所得的材料强度设计值×调整系数。
△材料强度设计值调整系数的适用条件
不难发现,学好了砌体结构的强度设计值调整的问题,木结构的第一个关键知识点那简直是没问题啊!
第二个关键知识点:基本受力构件强度及稳定验算
-轴心受压构件
-轴心受拉构件
-受弯构件
-压弯构件
和钢结构如出一辙
不仅要进行强度验算,还需要进行稳定计算,连计算公式也与钢结构的差不多。
△强度验算公式
△稳定验算公式
而且,令人振奋的是,木结构计算公式里的所有参数都非常容易计算获得。基本方法就是照猫画虎套公式。唯一需要注意的是木结构特有的小细节,如计算中面积An和A0的取值,使用原木时的特殊规定。
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为什么中国木结构现代建筑如此少?
可能原因有下面几个:
1)建筑规范导致的建筑形制的限制
2)上下游产业链的不完善导致的限制
3)大众观念的限制
4)木材在中国的特点
1、2导致成本收益这笔帐不划算;3是观念问题,影响推广应用以及1、2的产生;4是木材在中国一些特点导致政策不太支持它的运用。
假设有一个一心要建木结构的哥们开始了他的梦想之旅他会遇到以下问题:
01 建筑规范导致的建筑形制的限制
《木结构设计规范》(GB50005-2003)
来关注一下几个限制
-层数
-建筑最大允许长度
-每层最大允许面积
层数才三层啊!
每层最大面积单层也就1200m?!
还有一个最大允许长度限制呢~
这才一本规范呢,还有建筑防火这个大老虎呢,高层木结构抗震、抗风在国内都没有很详细的指导条文可以参考。
规范这么规定是不无道理的,木结构的性能比起钢筋混凝土,还有钢结构,确实不是建造高楼大厦的首选,加上木材火灾下面即使做了处理也还是有点危险,所以这样的规范对于我们现在的情况也算是有道理的,需要好好遵守执行的。
02 上下游产业链的不完善导致的限制
上面是规范问题,在中国,规范多重要不言而喻。但是比起没有规范,产业链不完整更加要命。把一个完整的建筑的结构造出来需要哪些过程合作呢?
简单粗暴的分一下大概是四个环节的工作要做。
-设计
-原材料生产
-建筑材料加工
-施工
如果是钢筋混凝土的建筑细化一下
-设计(其实这里不只是结构,建筑设计是一个包含建筑功能造型、结构、给排水、暖通、机电、电气等等一大把的东西的)
-水泥生产、钢材生产、砂石等骨料采集筛滤、各种助剂的生产
-用水泥砂石等等加工混凝土,钢材加工成建筑用钢筋、钢绞线、型钢等等
-施工
木结构呢?
-按照木结构要求设计建筑
-种树砍树
-把树做成构件
-施工
中国做了那么多建筑都是混凝土、钢结构,建筑师工程师都习惯和擅长做这种的了,找能做好木结构的不容易。
木结构建筑做成什么样子好看好用,能发挥木材的特性?木结构怎么布置结构,计算力学性能,设计连接构造?木结构里面消防应该很重要吧,那消防怎么设计,电气怎么设计,机电设备怎么设计?
目前,国内熟稔这些的建筑师工程师团队相对熟悉混凝土钢结构的团队太少。但是,做个不伦不类的怎么行?那就找国外团队,这钱哗哗地流啊~
03 大众观念的限制
-木头会不会不防火啊,一烧就没了?
-木头会不会烂啊,白蚁也好恐怖的,住不了几年就废了?
-木头拼的房子会不会不牢靠啊,来个地震来个风就没了?
-木头做的房子会不会有缝啊,冬天漏风夏天漏雨有冻又热怎么办?
-木头做房子会不会不环保啊,滥砍木材?
虽然......
-虽然木头做了很好的防火处理,比如浸入了防火剂,遇火表面碳化能保护里面保证结构在火灾下一定时间内的完整性。
-虽然木头做了很好的防腐处理,不生霉不长虫不腐烂。
-虽然木头房子其实很轻,有的地方算下来地震作用还没有风风荷载大,风荷载也小到很。
-虽然木头房子做的严丝合缝,交界处都还可以打密封胶,填聚氨酯之类的。
-虽然可以有现代林业培育的专用树种,不会破坏原有森林。(全都用木头盖房子也是不现实的,但是靠林业培育,其实可以实现更广泛的木结构应用)
但是我就是有偏见。
也不能怪民众,毕竟我们用砖头用混凝土用的太多太久了,五六十年就已经足以培养一个固有观念。新事物不了解的总归是多数,对于木结构包括我在内,很多时候还是习惯性的想到老祖宗留下来的那几栋,上面的问题多多少少会有,多多少少出现过,但是现代木结构是现代工程学的产物啊,不是那几栋老祖宗遗产。
我觉得规范设限制、产业不发达,除了社会发展水平这样硬条件达不到之外,最重要的原因就是这第三条——大家的观念啊。
04 木材在中国的特点
在中国,木材的特性决定确实不太适合我们。木材并不高强,虽然轻质,但是比起强度还是有时候难以撑住场面,以至于我们的规范里面三番五次还会提及用钢材代替木制拉杆。
首先木材想要建很高很大跨的建筑不太容易,相对混凝土、钢,确实不太容易,材料本身强度并不很高,规范内规定使用的设计强度值高的木材只有20Mpa,而顺纹抗剪强度只能达到2Mpa不到,比起现在在结构设计中混凝土常用的35Mpa~7Mpa,常用的在14Mpa以上,钢材150~200Mpa起步(Q235钢,HRB300,400以及高强度钢绞线),结构设计使其抗剪也能充分发挥强度,与此相比确实低了一点。
这样的材料和更高更大更集中的城市不太符合啊,注定只能是小众选择了。
我相信现代化的林业工程,材料工程能够帮助木材发挥更大的强度,更稳定的性能
但是,我们暂时没有......
而且我们国家的木材并不很丰富。活立木总蓄积149.13亿立方米,森林蓄积137.21亿立方,人均真的拿不出手了,差点不过10。
再看看我们的近邻俄罗斯,木材总蓄积量由1961年到2000年基本保持在730亿m3左右,人均森林资源蓄积548m3,是世界人均水平(65m3)的814倍,位于加拿大(574m3)之后,居第二位。
我们需要能建设高密度城市的材料,这时候木材显然不是一种好的选择。强度不够好,而且不能迅速通过我们的技术使其提高;抗火抗腐蚀需要的处理也很多,我们的技术不是很行;储量不够多,尽全国之树也难供城市建设之需;研究不成熟设计经验不足,目前磕磕绊绊难以做出好的产品。
所以木材在经济、生态几个方面在中国都暂时处于劣势。混凝土、钢材大行其道其实是我们权衡之后做出的选择,不经济,不环保,不可持续,并没有对于木材特别的偏见吧。