关于三角形轻型木桁架的受力分析及结构设计文献综述
- 前言
轻型木结构建筑是把构件断面较小的面板和规格材紧密连接组成的。一般用 400~600mm 规格材紧密连接制成轻型木结构的骨架，其骨架可以作为结构的受力构件，也可以用作为支撑构件，使其成为外墙面 和内墙面以及楼面的面层和屋面的面层部分构件。这种结构形式能够使得构件之间能够相互作用，可靠性、构件的合理性都要优于梁柱结构。轻型木桁架是用来代替屋盖椽条和楼盖搁栅，一般使用其作为轻型木结构的屋盖和楼盖。根据屋盖桁架不同的屋面形状，会形成不同的坡度。轻型木桁架是轻型木桁架中重要的承重构件，为了研究其受力性能，建立轻型木桁架的有限元模型，对不同构造形式的轻型木桁架进行受力分析和结构设计，主要验算一定跨度下木桁架的受力情况。对于合理经济的使用木材具有重要意义。
- 国内外发展及研究现状
受欧美工业革命的影响,最近几十年,木结构以质量轻,设计灵活,耐久性好的特点被广泛应用。特别是在相对发达的北美和北欧地区,木材的开发与应用加入了高科技成分,并且达到了较好的循环模式,使木结构变成了固有的建造观念与高科技相结合的产物。木桁架作为木结构的主要结构构件也得到了广泛的发展和应用,19世纪以来,加拿大在木桁架技术方面发展较为成熟,并广泛应用于各种房屋建筑中;芬兰于20世纪后半叶加快平行弦木桁架体系的发展,广泛应用于民宅及商业建筑中。德国的木结构研究是国家的研究重点,设有各种先进研究院与设计所,而且实验建设了多种类型的木结构建筑物。其中著名的贺府公司主要生产的一系列HF HOUSE木结构建筑具有很高的科技含量,室内实现智能化控制,为满足品质保障,现
场的施工量还是比较大,价格较高,主要面对高端客户。美国的居住建筑很早就以木结构为主,独栋别墅占据主体地位，80%以上的居民生活在温馨的木结构建筑里。其中采用了上个世纪30年代就已经发展形成的 Balloon预制木构架。美国住宅产业化建筑关注建筑的舒适度与多样化发展,建筑构件和部件的标准化、系列化程度很高,近乎达到了100%,各种施工设备工具的租售业也很繁荣,商品化率有40%左右的程度。美国居民的住宅多建在城市的郊区,客户依照自己的意愿构思好自己想要的住宅,再按照房屋建设商提供的住宅产品样板,购买自己所需要的材料、构件或部件,最后委托建设商建造。其优点是制造商制作的构件部件达到了标准化、系列化生产,机械化施工效率高,速度快。
木桁架的发展起先主要源于轻型木结构建筑在国内的发展。我国古代木结构建筑多以重型木结构为主，在建筑耗材上偏大，且费时费力，建筑施工周期长。建国后，由于我国木材成品少，人口基数相 对较多，因此政府实施了一系列的禁令来减少木材的使用，而提倡钢筋 混凝土结构以及砖混结构，导致我国木结构建筑发展停滞不前。近几年来，我国开始提倡绿色环保，随着人们生活的日益改善，也追求更加健康 的生活，轻型木结构建筑物的需求也愈加高涨。最近的研究表明，木结构建筑相比于钢筋混凝土结构和钢结构等在能耗、环保、抗震等方面具有明显的优势，虽然我国木材资源稀少，但现阶段国家鼓励木材进口，如 北京、上海等地已经有成品的轻型木结构建筑投入使用。尤其重要的是，在国内，1999年上海市开始了“平改坡”试点工程，即通过增加坡屋顶的方法对20世纪70年代后期至 90年代初期的平顶多层砖混结构居民住宅进行修缮，目的在于解决屋顶漏水及保温问题，同时也使建筑物的外观更加赏心悦目。新增轻型木结构坡屋面系统的结构设计与施工主要包括木桁架屋顶、木剪力墙及连接(木桁架与木剪力墙连接及木剪力墙与混凝土圈梁的连接)三个部分。同济大学结构所轻型木结构“平改坡”项目即根据轻型木桁架采用了几点新尝试：首次将轻型木桁架间距增大到1．22 m；采用 我国国产胶合板代替OSB板，同时通过增加支撑等非结构构件增强屋盖强度及整体性；以木剪力墙代替混凝土卧梁。
目前轻型木桁架所能适应的跨度十分有限，承载能力最高的豪威式轻型木桁架最大跨度也不超过12m。早期国内开展的轻型木桁架静载研究，一般研究的重点都是轻型木桁架的破坏机理上，也有学者将研究重点放在影响轻型木桁架静承载力的因素上。例如：2006年许晓梁等人发表的“轻型木桁架静力试验及承载能力分析”一文中，通过试验了解了某种木桁架的荷载—变形关系以及可能的破坏形式，也分析了印象木桁架承载能力的一些因素但因为实验条件的限制，许多研究者通过有限元软件对轻型木桁架各项性能进行评估，但是由于齿板连接节点的内力分析十分复杂，不能采用常规的方法进行解析。在武国芳，王滋等人对lsquo;轻型木桁架受力性能的有限元模拟rsquo;一文中，主要运用有限元分析，分析了轻型木桁架中齿板连接的特点，并将轻型木桁架及齿板连接的模拟方法分为三类：杆系模型；二维模型；三维模型，第一类杆系模型最为简单。而薛硕等人2019年发表的“轻型木楼盖用平行弦木桁架的荷载试验研究”一文中主要研究1.9 kPa均布活荷载下，对两种腹杆体系的平行弦木桁架进行荷载试验，测试木桁架搁栅受力以及变形情况。 结果表明：相同荷载情况下，两种平行弦桁架跨中以及端部的变形相近。利用有限元模拟计算出两种平行弦木桁架 跨中挠度分别为4.37、4.17mm，与试验结果相符，远低于楼板挠度限定值l／360(三为桁架跨度)。证明利用有限元 模拟方法可以准确预测平行弦木桁架在应用中的受力以及变形情况，为木桁架搁栅楼板的安全性设计提供技术支持。
国外学者对于木桁架有限元分析的研究也大多集中在齿板连接节点上，Foschi通过有限元分研究了齿板的连接节点，并进一步提出了用于确定齿板连接节点荷载-滑移特性的曲线方程。Gramer等通过分析木材、齿板、木材与齿板节点处的状况，提出了齿板节点弹珠受拉有限元模型。笔者通过Midas有限元软件对平行弦木桁架进行内力分析与结构验算，结果表明，桁架的薄弱点在端部节点和荷载施加处。
- 总结
现代轻型木桁架以规格材为基材,多采用齿板连接件装配而成,是具有轻质高强、经济、环保的结构体系，主要组成部分包括上下弦杆、腹杆和连接件等。目前国内外专家对平行弦木桁架的节点承载力、构件承载性能等研究较为充分。但是规范和相关研究很少涉及腹杆问题,如腹杆的摆放形式与角度、杆件的含水率等对承载力的影响。对于大跨度的三角形木桁架研究较少。本次毕业设计主要利用有限元软件Midas Gen 计算出大跨度的轻型木桁架作为屋架时所用规格材的尺寸设计及齿板设计，以及一定跨度下平行弦木桁架结构设计。以达到更加经济的利用木材的目的。
- 参考文献
[1] 费本华, 王戈, 任海青, 等. 我国发展木结构房屋的前景分析[J]. 木材工业, 2002, 16(5): 6-9.
[2] 杨玉梅. 木结构住宅的优点以及在我国的发展[J]. 林产工业, 2007, 34(5): 12-13.
以上是毕业论文文献综述，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
