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第7章 木结构事工(2)

a.求竖杆长。因为起拱后各竖杆仍然垂直于设计下弦轴线,故起拱不影响竖杆的长短变化,按照1/2坡度比值可知:

犅犈=BE=110毫米C,犉=CF=2米0毫米犇G,=DG=3000毫米b.求上弦杆长但上弦杆长在图中可看作是直角三角形AGI/的斜边,竖向直角边犇G=DG+G。

又因屋架起拱为跨度的1/米0,则有:

GfG=12米0/200=60(毫米)

D;G=3000+60=3060(毫米)

由勾股定理八犇=7(60002+30602)=6735(毫米)

c.求下弦长。

AG=7(60002+602)=6000.3(毫米)

d.求斜杆长。求斜杆CGZ,由G,作AG平行线交于立杆OF于乃则Ct是直角AC7G,的斜边,已知:

/犳=2000(毫米)

Cf=CF+CC—Ff=2000+40—60=1980(毫米)

所以C二槡9802+20002)=2814(毫米)

同理可得其他斜杆轴线长度。

(2)屋架画线和下料。上述计算仅能算出屋架各杆的轴线长度由而上弦杆、斜杆在下料时还应减去杆件两端头节点部分有关尺寸,并画出相应的角度线。

求实际长度可用数学计算求得,也可以根据有些书中介绍,利用现成的图表查表算出。采用图解法更为简捷和方便,且精度已足可满足要求。

a.求下料长度。上弦杆或者斜杆长度等于轴线长度减去杆端至轴心交汇点的尺寸。图解法求杆件实长的方法是:在屋架尺寸图上以1:1—1:2比例,根据设计图所标注的杆件轴线处齿槽的深度依次画出,即可求得杆件实长。

则4杆实长应为B于=BF—(BB1FF1),B1及FF1的值可以看作是直角和直角AFYF,的斜边,利用已知边角关系可由三角函数法解得。数学计算法可由读者自己演算。下面介绍图解法的具体做法。

作AC的平行线且与AC相距85厘米,相交BF于犅,做AF的平行线且与AF相距115厘米,相交于R,用尺可量得犅=106厘米,厂犉=261厘米,则实长:

B1F1=BF—(BB1+FF1)

=2227—(106+261)=1860(厘米)

注意此处的轴线长度是取起拱后的长度,而屋架示意图是未起拱的图形。同理可求得其他各杆的实长。

b.图解法画线。在木屋架详图上,用活络三角尺定出交汇杆件的角度线,再按量得的角度转画到相应的木料上去,按节点榫齿构造要求画线,经锯凿而成。虽因起拱后坡度与原图有点出入,但实践证明影响不大。

屋架详图是指屋架施工图再加一些实际制作中必要的大图。

2.屋架吊装

屋架吊装前应做好以下准备工作:

(1)检查各安装部位的锚固螺栓和相应垫木,螺栓的位置要正确且没有弯曲,垫木应进行防腐处理。

(2)检查屋架各杆件及节点,修整在运输过程中所造成的缺陷,拧紧松动螺母。

(3)事先量准墙顶锚固螺栓的位置距离,再在屋架对应处钻孔,以便安装。

(4)跨度大的屋架,或是竖杆、下弦是用圆钢制作的,起吊时必须用木杆将上弦水平加固,保证其在垂直平面内的刚度。

(5)吊装的一切机具、绳钩必须事先检查合格后方可使用。缆索系在上弦第二根拉杆的螺栓处。起吊时必须由有经验的起重工指挥,不得将屋架着地拖运。

(6)安装前,先在垫块上画出屋架安装位置中线,在屋架下弦端部画出中线,屋架两头绑上回电,以控制起吊时屋架。

起吊屋架一般采用独脚拔杆螺合卷扬机进行。多层楼房的屋架可采用塔吊或者其他起重设备进行。

用独脚拔杆起吊屋架时,拔杆应立于安装位置近旁,吊钩钩住吊索后,起升要稳,当屋架起吊离开地面30厘米后,应停车检查,没有问题才可以继续起吊。起吊到安装上方对准锚,将屋架确在上。

第一榀屋架吊好后,应立即用临时支撑将其撑牢,同时用线锤检查屋架是否垂直,并进行调整。从第二榀起,应在屋架安装的同时,把屋架之间的垂直支撑及水平系杆装上,并在屋架之间钉上脊檩和一定数量的足以使屋架稳固的檩条。两榀屋架间至少钉3—5根檩条。

2.本表项次3的允许偏差系指安装后的弯曲或挠曲值。

(三)木屋盖的支撑系统

1.支撑的作用

在木结构的建筑中,往往需要布置天窗,增设吊顶。这样,屋盖的重心提高,重量增大,屋盖的空间稳定就变得很差。工程质量调查结果显示木屋盖厂房的有关质量事故中,有47%是由于屋盖的空间刚度不足引起的。这说明木屋盖空间稳定的重要性。

屋架、檩条、屋面板及支撑系统组成了整个屋盖。从力学观点看整个屋盖,应当是一个能承受各个方向力的空间体系;应当是空间几何不变体;应有足够的刚度。支撑系统在整个屋盖中主要起以下三个作用。

(1)保证整个屋架在安装架设施工过程中的稳定,承受各种风荷载、动力荷载和施工活荷载,使屋架不致偏离设计平面或发生倾U事故。

(2)保证并传递作用于与屋架平面垂直方向的荷载,如山墙传来的风力,悬挂吊车的纵向制动力,纵向地震荷载等。

(3)保证屋架在整个使用期间的稳固性,使它们不致发生平面的挠曲和结构性的破坏。

2.木屋盖支撑的种类

(1)上弦横向支撑。它是以屋架上弦为横杆,节点上有牢固连接的檩条为竖杆,另加斜杆组成的沿上弦展开的平面桁架。这种支撑对增强屋盖的空间刚度起着较大的作用,它可以把山墙或其他方面传来的纵向力,传到屋架两端的纵墙和柱上。

(2)中间垂直支撑。它是设在跨中的垂直于屋架的平面桁架体系。它能将作用于下弦面的纵向力(例如悬挂吊车的制动力)传递到屋面系统。由于中间支撑本身不能把力直接传到屋架的支座部分,故中间垂直支撑对保证屋盖的纵向刚度作用不大。中间垂直支撑往往与中间系杆同时使用,以保证其整体性。

3.支撑的布置原则

屋盖的纵向刚度是由屋面系统和支撑系统共同保证的。有无山墙和山墙的刚柔,对整个屋盖的纵向刚度有很大的影响,布置支撑时必须考虑山墙的因素。规范规定:当有密铺屋面板和山墙,且跨度不大于9米时,一般不设支撑;当为愣摊瓦屋面时,跨度应限在6米以内;当房屋两端与其他刚度较大的建筑物毗邻时,只要房屋长度不超过30米,一般可不设支撑由当超越上述范围时,应根据屋盖的形式、跨度、屋面构造、荷载、有无山墙和山墙的刚度等情况结合进行分析,采取能够保证刚度既省料又省工的布置及构造方案。因上弦横向支撑效果最好,故跨度大或有吊车荷载影响时宜选用上弦横向支撑。有山墙时,上弦横向支撑设置在第二开间内;无山墙时,上弦横向支撑设在第一开间,一般每20—30米增设一道。

4.支撑的构造

上弦横向支撑的斜杆有单向和交叉两种。单向木斜杆构造简单,只要将木斜杆贴在上弦下侧用螺栓连接即可。而采用交叉木杆时,虽然刚度大,但构造复杂,由于两杆相交不在同一平面,与檩条或上弦搭接时需附加垫木。实践证明,采用单向木杆的上弦横向支撑具有足够的刚度。所以,在一般荷载和跨度不大的情况下,多采用单向木斜杆作横向支撑。

支撑的斜杆常用木材。也采用圆钢。由于圆钢支撑只能承受拉力,必须交叉布置,且每艮圆钢均需加拧紧器。

木支撑构件的截面一般长细比不应超过200。由于支撑受力不大,在节,点处均可偏心连接,节点连接所用螺栓的直径按屋架跨度在12—16毫米内选取。

上弦横向支撑展开后的平面桁架高跨比不应小于1/6。屋架跨度较大时,应按两个屋架开间设置支撑,以保证其刚度。

(四)屋面木基层

1.木基层的构造和受力情况

屋面木基层由挂瓦条、椽条、屋面板、檩条等构件组成,其构造要根据屋面选用的防水材料种类而定。如平瓦屋面的基本构造是:在屋架上搁置檩条,檩条上铺屋面板或钉椽条,屋面板上铺油毡顺水条、挂瓦条。青瓦屋面的基本构造是:在屋架上搁置檩条,檩条上铺设椽条,椽条上铺苇箔、荆芭或屋面板。石棉瓦屋面则直接在檩条上铺设石棉瓦。

木基层的各构件有的起承重作用,有的起围护兼承重作用。各构件将屋面活载和自重逐步传到屋架上。这些构件基本单纯承受正压力,属受弯构件。正放的方木檩条和原木檩条荷载作用线通过构件截面的轴,构件沿狔轴方向产生弯曲,是单向受弯;檩条若是斜放的方檩条,受荷载后,将沿着两个主轴、y轴方向产生弯曲,是双向受力。

屋面板、椽条由于构件支座不在同一水平线上,其受荷载作用除了承受弯矩外,还承受轴向力,但因轴向力影响较小,常忽略不计,近似看作单向受弯构件。屋面构件应根据受力大小来选择确定截面大小和铺设方法。

2.屋面木基层的装钉

(1)檩条

常用的檩条结构形式有简支和悬臂两种。其中又以简支的应用最广。配料时要考虑修整加工余量和接头形式所需的搭接长度。接头形式有:平对接头、交错搭接和上下斜搭接其装钉檩条时应符合下列规定:

(1)先装钉脊檩和檐檩。拉线找平,间距符合设计规定,从下往上顺序装钉。对悬臂檩条还必须直,并按设计要求搭接牢固。檩条上平面应在同一个平面内。

(2)檩条的支承长度必须保证,如檩条搁置在屋架人字木上时,须用三角托木,托木每块至少用两根钉钉牢其托木的高度不小于檩条高度的2/3,并不准在桁架上弦刻槽装钉。

(3)弓曲檩条装钉时必须使弓曲面朝上。

(4)原木檩条应使大小头相搭接,檩条挑出山墙部分应与出山宽度平齐。

(5)檩条支承在山墙上需垫有防腐处理的垫块其木垫块一般厚50毫米,长300毫米,宽同墙厚。烟囱附近檩条至少距离烟囱壁20厘米,或按设计要求留出防火距离,并采取有关的防火措施。

(2)椽条

椽条装钉在檩条上,椽条的间距按设计要求设置(一般平瓦为400毫米并、瓦为200毫米)。按间距要求先在檩条上弹出分档,然后边校正边拼钉,每根椽条接头必须接在檩条上,并错开搭接。钉子钉人檩条深度不可少于30毫米。矩形断面的椽条,铺钉时应立放,使其增加刚度。

(3)屋面板的铺钉

屋面板所采用的木板宽度不宜大于15厘米,密铺屋面板边棱要齐,可采用平口、斜口、高低口缝拼接。钉时缝要排紧;稀铺时边棱可毛,板间空隙应不大于板宽的1/2,屋面板的接头应分段错开,每段长度不应大于15米,每块板都应与檩条钉牢,不得漏韦丁。

(4)顺水条与挂瓦板的铺钉

屋面板铺完扫净后,干铺油毡一层,油毡至下而上平行于屋脊铺设,上下左右搭接长度大于7厘米。顺水条压住油毡,挂瓦条要求钉得整齐,间距应符合挂瓦要求。操作时,先弹线,后铺钉,绝对避免屋脊处用半张瓦。同一行挂瓦条的上口线要成直线。最下一行和最上一行均钉双层挂瓦条,以使屋脊挺拔,檐口瓦头向上微翘,以缓减屋面排水冲击力。挂瓦条接头必须放在椽条上。

(米封檐板与封山板的装钉

封山板与封檐板要求选择平直的木板。为了防止翘曲变形,可在背面铲两道凹槽,凹槽宽8—10毫米,深为板厚的1/3,槽距10厘米,也可以在板背面每隔1米左右钉上拼条。

封檐、封山板要求表面刨光,接头采用龙凤榫或燕尾榫,不得平接。封檐板的底边水平,且较檐口平顶低25毫米,防止雨水浸湿平顶。封山板的斜度要与屋面板相一致,高度要与封檐板相对应。

(五)木结构的维护和加固

木结构易受潮腐朽和遭虫害;干裂缝如与连接处的受剪面重合,将使木结构处于危险工作状态而导致破坏;在木材干缩过程中,节点会松弛,变形增大。因此,对木结构的维护工作不可忽视。

定期检查是做好维护工作的前提。木结构工程建成后,前两年必须每年检查。特别对马尾松、落叶松等易腐易裂的木材更应经常检查,以便及早发现问题,及时采取补救措施。检查时,应注意以下几方面:

(1)实际使用荷载与原设计荷载比较有无超载现象。

(2)结构使用条件有无变化,如温度增高、振动荷载变化等。

(3)屋盖有无渗漏、虫蛀的迹象,对屋架支节,点及上下弦夹板接头处应加倍注意。

(4)观察结构平面外侧移动情况及支撑体系是否完善和有效。

(5)观察结构平面内挠度是否增加或有无不正常情况。对各屋架检查的重点是:屋架支座节点有无受潮腐朽;下弦接头处木夹板螺栓孔及其附近有无裂缝;屋架支座节,点及其他剪切传力处的受剪面及其附近是否开裂;圆拉杆垫板是否陷人木材;压杆是否鼓出及支撑有无松动等。如发现一榀屋架有异常现象,则在其余屋架的相应部位都应详细检查。对检查发现的隐患问题应立目卩进行维修因现以三角形豪式木屋架为例,介绍一些常见加固方案:

(1)受压上弦杆件向出平面鼓出的,需卸荷后调正,然后增加上弦锚固的檩条,或增设上弦横向支撑。

(2)受压腹杆,向屋架的出平面鼓出,可增设木夹板,以螺加。

(3)屋架下弦接头木夹板,如拉劈裂,需重新更换木夹板时,应两侧对称更换(即两块木夹板应同日寸更换),否则,新旧夹板难以共同工作,结构隐患也难以彻底消除。如果互换木夹板有困难时,可在原夹板两端各加一对木夹板,其截面和所用螺栓的数量皆相同,然后,通过抵承角钢将圆钢拉杆拧紧,使新增夹板承受下弦的拉力。

(4)当下弦发现超标的斜纹和木节,或因此而产生断裂,以及由于设计或施工的原因,致使下弦承载能力不足时,可用两根圆钢代替原来的木下弦。大节点处应将圆钢焊接在钢板上,通过螺栓与木下弦连接,借以传递各节间的内力差。各段圆钢均应装置抒紧器,以调整其长度,达到真正取代木下弦的工作。

(5)支座节点腐朽时,应将腐朽部分全部截去,在上弦端部更换新的方木,用夹板与上弦连接牢固,并将其抵承在垫块上,通过四丰艮圆钢拉条将力传至另一端角钢上,此角钢抵承在新的木夹板上,用螺栓将木夹板与下弦相连接。

(6)支座节点受剪面或其附近出现危险裂缝时,可采用上述的方法进行加固。

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