思南縣木房屋安全評估研究

楊雪敏 齊西力 付焱 劉仕江 王代華

摘 ? 要：本文研究的主要對象是思南農(nóng)村木房屋安全性，為了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙δ痉课葑龀霭踩u估，本文從以下幾個方面深入研究思南農(nóng)村木方房屋。為分析木結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，必須對木材料的各向受力做分析;由于思南木房屋沒有斜撐，使用約束條件來分析木房屋的幾何穩(wěn)定，從而分析結(jié)構(gòu)的變形特性;最后研究木結(jié)構(gòu)隼接接頭的破壞過程。綜合上述研究分析深入了解木房屋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對于脫貧攻堅木房屋安全鑒定提供借鑒。

關(guān)鍵詞：木房屋 ?各向受力 ?幾何穩(wěn)定 ?隼接

中圖分類號：TU52 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0029-02

木結(jié)構(gòu)房屋是我國古代人民適應(yīng)自然與追求舒適生活的產(chǎn)物，雖然現(xiàn)代建筑的發(fā)展為人類提供了更為舒適的居住條件，但由于發(fā)展的不平衡，在我國內(nèi)陸地區(qū)仍就存在許多的木房屋且仍在住人，有些成為了文化遺產(chǎn)，如黔東南侗寨的風(fēng)雨橋、西江千戶苗寨等。但作為普通的居住的木房屋受到的關(guān)注較少，且這類建筑大多分布在經(jīng)濟(jì)相對落后的農(nóng)村。在全面決戰(zhàn)脫貧的大背景下，住房安全保障是脫貧攻堅“兩不愁、三保障”的重要指標(biāo)，由于歷史原因，思南地區(qū)農(nóng)村仍保留了大量的木房屋結(jié)構(gòu)，而且這些木結(jié)構(gòu)使用年限相當(dāng)?shù)拈L，對于其安全性的鑒定，是保障住房安全的基礎(chǔ)，本文基于貴州思南農(nóng)村木房屋安全性鑒定深入研究木結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，助力思南脫貧攻堅。

1 ?木結(jié)構(gòu)的材料特性

1.1 木材的濕漲干縮與變形

木材僅當(dāng)細(xì)胞壁內(nèi)吸附水的含量發(fā)生變化才會引起木材的變形，即濕漲干縮，對于作為房屋結(jié)構(gòu)構(gòu)件的木材含水率均低于纖維飽和點(diǎn)，又由于有屋頂?shù)恼谟辏沟媚窘Y(jié)構(gòu)處于一個相對穩(wěn)定的飽和點(diǎn)，使得結(jié)構(gòu)的抗力性能非常穩(wěn)定。

由于木材構(gòu)造的不均勻性，木材的變形在各個方向上也不同，基本滿足弦向>徑向>順紋方向，正因為這一特征，在木屋結(jié)構(gòu)的立柱非常常見的是沿縱向裂紋較為明顯，而橫向裂紋幾乎看不到。

1.2 木材的強(qiáng)度

木材按受力狀態(tài)分為抗拉、抗壓、抗彎和抗剪四種強(qiáng)度，而抗拉和抗剪強(qiáng)度又有順紋和橫紋之分。所謂順紋是指作用力方向與纖維方向平行;橫紋是指作用力方向與纖維方向垂直，木材各種強(qiáng)度之間的比列如表1，以順紋抗壓強(qiáng)度為1。

從表1可以看出，木結(jié)構(gòu)適合與順紋方向受力，故可見木結(jié)構(gòu)通過檁木將荷載直接傳遞給木柱結(jié)構(gòu)可充分利用木材的材料屬性。

2 ?結(jié)構(gòu)幾何穩(wěn)定性分析

圖1結(jié)構(gòu)主體是通過豎向柱與橫向梁交叉組成的體系，沒有斜線構(gòu)件如圖2所示，由于木結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)主要是通過隼接，節(jié)點(diǎn)約束性不強(qiáng)，可認(rèn)為僅有兩個約束如圖3.所示。使用剛體法計算簡化后的榀架平面幾何體系的穩(wěn)定性，見公式1。

S=3m-（3g+2h+b） ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中：S為自由度，m為剛體，g為剛節(jié)點(diǎn)，h為鉸節(jié)點(diǎn)，b為鏈桿數(shù)。

本案例中將所有豎向構(gòu)件視為剛體，則m=9;水平構(gòu)件視為鏈桿，則b=32，短豎桿與水平鏈桿通過鉸接計算結(jié)果 h=2。最后S=3×9-（3×0+2×4+32）=-13，從計算結(jié)果顯示該結(jié)構(gòu)榀架在平面上的約束有多余，但是因為結(jié)構(gòu)剛體的約束鏈桿全部平行，故結(jié)構(gòu)體系為瞬變體系，整個體系在平面上并非是一個穩(wěn)定體系，即使在空間聯(lián)系上也不能稱之為靜定結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)直接放置在基礎(chǔ)上，雖有多余約束，但結(jié)構(gòu)仍是瞬變體系，由該體系組成的木結(jié)構(gòu)在空間上也不是穩(wěn)定體系。但是結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生位移，水平與豎向結(jié)構(gòu)就會形成斜向交叉，結(jié)構(gòu)就會變成瞬態(tài)穩(wěn)定體系。

3 ?結(jié)構(gòu)位移變形分析

隼接接頭使得結(jié)構(gòu)的延性特別的好，接頭隼接延性包含了兩部分，u=ud+us。其中ud為隼接在水平方向上的滑移，ud為隼接接頭的材料的延性。隼接接頭的受力特點(diǎn)，隼接接頭水平受力特點(diǎn)，在水平荷載作用下，當(dāng)荷載較小時，結(jié)構(gòu)未發(fā)生傾斜，隼接結(jié)構(gòu)靠構(gòu)件之間的相互摩擦力抵抗外力;當(dāng)外力荷載超過構(gòu)架之間摩擦抗力時，隼接結(jié)構(gòu)會發(fā)生傾斜，此時水平構(gòu)件與豎直構(gòu)件形成角度，這個角度隨著外力的增大而增大，但最終會形成一個“機(jī)械死角”，此時角度不會在發(fā)生變化;外力荷載繼續(xù)增加，水平結(jié)構(gòu)或豎向結(jié)構(gòu)健在材料達(dá)到極限承載力時破壞。

4 ?結(jié)語

通過分析研究得出以下幾個結(jié)論：（1）分析對比了木結(jié)構(gòu)的各項受力情況對比，發(fā)現(xiàn)木結(jié)構(gòu)的順紋抗壓強(qiáng)度比橫紋抗壓強(qiáng)度大3～10，這說明木結(jié)構(gòu)使用順紋豎向傳遞荷載可以充分利用材料屬性。（2）對于隼接頭簡化為鉸接，利用平面結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性，經(jīng)過計算得出結(jié)論，體系有多余的13個約束，但由于所有鏈桿都平行，故結(jié)構(gòu)為瞬變體系，只有當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生瞬變，鏈桿才會出現(xiàn)交點(diǎn)，體系變成有多余約束的穩(wěn)定體系。（3）分析了結(jié)構(gòu)隼接接頭的變形特性，可以很清楚理解木結(jié)構(gòu)在變形時的破壞形態(tài)，證明了木結(jié)構(gòu)具有極好的抗震性能。

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