6.3 齿板连接
6.3.1 齿板连接适用于轻型木结构建筑中规格材桁架的节点连接及受拉杆件的接长。齿板不应用于传递压力。下列条件,不宜采用齿板连接:
1 处于腐蚀环境;
2 在潮湿的使用环境或易产生冷凝水的部位,使用经阻燃剂处理过的规格材。
6.3.2 齿板应由镀锌薄钢板制作。镀锌应在齿板制造前进行,镀锌层重量不应低于275g/㎡。钢板可采用Q235碳素结构钢和Q345低合金高强度结构钢。齿板采用的钢材性能应满足表 6.3.2的要求。对于进口齿板,当有可靠依据时,也可采用其他型号的钢材。
6.3.3 齿板连接应按下列规定进行验算:
1 应按承载能力极限状态荷载效应的基本组合,验算齿板连接的板齿承载力、齿板受拉承载力、齿板受剪承载力和剪-拉复合承载力;
2 应按正常使用极限状态标准组合,验算板齿的抗滑移承载力。
6.3.4 在节点处,应按轴心受压或轴心受拉构件进行构件净截面强度验算,构件净截面高度hn应按下列规定取值:
1 在支座端节点处,下弦杆件的净截面高度hn应为杆件截面底边到齿板上边缘的尺寸,上弦杆件的hn应为齿板在杆件截面高度方向的垂直距离(图6.3.4a);
2 在腹杆节点和屋脊节点处,杆件的净截面高度hn应为齿板在杆件截面高度方向的垂直距离(图6.3.4b、c)。
6.3.5 齿板的板齿承载力设计值Nr应按下列公式计算:
Nr=nrkhA (6.3.5-1)
kh=0.85-0.05(12tanα-2.0) (6.3.5-2)
式中:Nr———板齿承载力设计值(N);
nr——板齿强度设计值(N/m㎡),按本标准附录M的规定取值;
A——齿板表面净面积(m㎡),是指用齿板覆盖的构件面积减去相应端距a及边距e内的面积(图6.3.5),端距a应平行于木纹量测,并不大于12mm或1/2齿长的较大者,边距e应垂直于木纹量测,并取6mm或1/4齿长的较大者;
kh——桁架端节点弯矩影响系数,应符合0.65≤kh≤0.85的规定;
α——桁架端节点处上、下弦间的夹角(°)。
6.3.6 齿板受拉承载力设计值应按下式计算:
Tr=ktrbt (6.3.6)
式中:Tr——齿板受拉承载力设计值(N);
bt——垂直于拉力方向的齿板截面计算宽度(mm),应按本标准第6.3.7条的规定取值;
tr——板抗拉强度设计值(N/mm),按本标准附录M的规定取值;
k——受拉弦杆对接时齿板抗拉强度调整系数,应按本标准第6.3.7条的规定取值。
6.3.7 受拉弦杆对接时,齿板计算宽度bt和抗拉强度调整系数k应按下列规定取值:
1 当齿板宽度小于或等于弦杆截面高度h时,齿板的计算宽度bt可取齿板宽度,齿板抗拉强度调整系数应取k=1.0。
2 当齿板宽度大于弦杆截面高度h时,齿板的计算宽度bt可取bt=h+x,x取值应符合下列规定:
1)对接处无填块时,x应取齿板凸出弦杆部分的宽度,但不应大于13mm;
2)对接处有填块时,x应取齿板凸出弦杆部分的宽度,但不应大于89mm。
3 当齿板宽度大于弦杆截面高度h时,抗拉强度调整系数k应按下列规定取值:
1)对接处齿板凸出弦杆部分无填块时,应取k=1.0;
2)对接处齿板凸出弦杆部分有填块且齿板凸出部分的宽度小于等于25mm时,应取k=1.0;
3)对接处齿板凸出弦杆部分有填块且齿板凸出部分的宽度大于25mm时,k应按下式计算:
k=k1+βk2 (6.3.7)
式中:β=x/h;k1、k2为计算系数,应按表6.3.7的规定取值。
4 对接处采用的填块截面宽度应与弦杆相同。在桁架节点处进行弦杆对接时,该节点处的腹杆可视为填块。
注:当h值为表中数值之间时,可采用插入法求出k1、k2值。
6.3.8 齿板受剪承载力设计值应按下式计算:
Vr=υrbv (6.3.8)
式中:Vr——齿板受剪承载力设计值(N);
bv——行于剪力方向的齿板受剪截面宽度(mm);
υr——齿板抗剪强度设计值(N/mm),应按本标准附录M的规定取值。
6.3.9 当齿板承受剪-拉复合力时(图6.3.9),齿板剪-拉复合承载力设计值应按下列公式计算:
式中:Cr——齿板剪-拉复合承载力设计值(N);
Cr1——沿l1方向齿板剪-拉复合强度设计值(N/mm);
Cr2——沿l2方向齿板剪-拉复合强度设计值(N/mm);
l1——所考虑的杆件沿l1方向的被齿板覆盖的长度(mm);
l2——所考虑的杆件沿l2方向的被齿板覆盖的长度(mm);
Vr1——沿l1方向齿板抗剪强度设计值(N/mm);
Vr2——沿l2方向齿板抗剪强度设计值(N/mm);
Tr1——沿l1方向齿板抗拉强度设计值(N/mm);
Tr2——沿l2方向齿板抗拉强度设计值(N/mm);
θ——杆件轴线间夹角(°)。
6.3.10 板齿抗滑移承载力应按下式计算:
Ns=nsA (6.3.10)
式中:Ns——板齿抗滑移承载力(N);
ns——板齿抗滑移强度设计值(N/m㎡),应按本标准附录M的规定取值;
A——齿板表面净截面(m㎡)。
6.3.11 弦杆对接处,当需考虑齿板的受弯承载力时,齿板受弯承载力设计值Mr应按下列公式计算:
对接节点处的弯矩Mf和拉力Tf应满足下列公式的规定:
Mr≥Mf (6.3.11-4)
tr·ωb≥Tf (6.3.11-5)
式中:Mr——齿板受弯承载力设计值(N·mm);
tr——齿板抗拉强度设计值(N/mm);
ωb——齿板截面计算的有效宽度(mm);
bt——齿板计算宽度(mm),应按本标准第6.3.7条的规定确定;
k——齿板抗拉强度调整系数,应按本标准第6.3.7条的规定确定;
y——弦杆中心线与木/钢组合中心轴线的距离(mm),可为正数或负数;当y在齿板之外时,弯矩公式(6.3.11-1)失效,不能采用;
b、h——分别为弦杆截面宽度、高度(mm);
Tf——对接节点处的拉力设计值(N),对接节点处受压时取0;
Mf——对接节点处的弯矩设计值(N·mm);
fc——规格材顺纹抗压强度设计值(N/m㎡)。
6.3.12 齿板连接的构造应符合下列规定:
1 齿板应成对的对称设置于构件连接节点的两侧;
2 采用齿板连接的构件厚度不应小于齿嵌入构件深度的两倍;
3 在与桁架弦杆平行及垂直方向,齿板与弦杆的最小连接尺寸,在腹杆轴线方向齿板与腹杆的最小连接尺寸均应符合表6.3.12的规定;
4 弦杆对接所用齿板宽度不应小于弦杆相应宽度的65%。
6.3.13 受压弦杆对接时,应符合下列规定:
1 对接各杆件的齿板板齿承载力设计值不应小于该杆轴向压力设计值的65%;
2 对竖切受压节点(图6.3.13),对接各杆的齿板板齿承载力设计值不应小于垂直于受压弦杆对接面的荷载分量设计值的65%与平行于受压弦杆对接面的荷载分量设计值之矢量和。
6.3.1 齿板为薄钢板制成(图12),受压承载力极低,故不能将齿板用于传递压力。为保证齿板质量,所用钢材应满足条文规定的国家标准要求。由于齿板较薄,生锈会降低其承载力以及耐久性。为防止生锈,齿板应由镀锌钢板制成且对镀锌层质量应有所规定。考虑到条文规定的镀锌要求在腐蚀与潮湿环境仍然是不够的,故不能将齿板用于腐蚀以及潮湿环境。
6.3.2 目前木结构建筑工程中采用的基本是进口齿板,由于国内外钢材的性能各不相同,因此,本标准给出了齿板采用钢材的性能要求,以方便进口齿板的检测和使用。
6.3.3 齿板存在三种基本破坏模式。其一为板齿屈服并从木材中拔出;其二为齿板净截面受拉破坏;其三为齿板剪切破坏。故设计齿板时,应对板齿承载力、齿板受拉承载力与受剪承载力进行验算。另外,在木桁架节点中,齿板常处于-拉复合受力状态,故尚应对剪-拉复合承载力进行验算。
板齿滑移过大将导致木桁架产生影响其正常使用的变形,故应对板齿抗滑移承载力进行验算。
6.3.4 在节点处,应采用构件的净截面验算构件的抗拉和抗压强度。构件抗拉或抗压计算时的hn是指抗拉或抗压构件在节点中实际受力处的有效高度。当抗拉或抗压构件中的轴力除以有效截面面积后得到的应力超过木材抗拉或抗压承载能力时,在削弱的净截面处有可能发生抗拉或抗压的破坏。
6.3.5~6.3.10 2002年修订时,鉴于当时我国缺乏齿板连接的研究与工程积累,故齿板承载力计算公式主要参考加拿大木结构设计规范提出。考虑到中、加两国结构设计规范的不同,作了适当调整。随着近年来我国大专院校和科研机构相继开展了金属齿板连接的研究,对金属齿板连接的研究也获得了一些有价值的科研成果。这些成果对本次齿板连接部分的修订也提供了参考。
6.3.11 国内外有关的拉弯节点试验表明,所有的节点破坏都发生在齿板净截面处,因此,金属齿板的受弯承载力也需要进行验算。本条中各公式是参照《美国轻型木桁架国家设计规范》(ANSI/TPI 1-National Design Standard for Metal Plate Connect-ed Wood Truss Construction)和《加拿大轻型木桁架设计规程》(TPIC-Truss Design Procedures and Specifications for Light Metal Plate Connected Wood Trusses)。这些公式基于试验和理论的结合,并在行业标准《轻型木桁架技术规范》JGJ/T 265中已采用。
6.3.12 齿板为成对对称设置,故被连接构件厚度不能小于齿嵌入深度的两倍。齿板与弦杆、腹杆连接尺寸过小易导致木桁架在搬运、安装过程中损坏。
6.3.13 齿板安装不正确则不能保证齿板连接承载力达到设计要求。
6.3.14 在设计用于连接受压杆件的齿板时,齿板本身不传递压力,但连接受压对接节点的齿板刚度会影响节点处压力的分配。一般在设计时假定齿板的承载力为压力的65%,并按此进行板齿的验算。
虽然在生产加工时应尽量保证对接杆件的接头处没有缝隙,但在实际生产过程中很难做到。当受压节点有缝隙时,齿板将承受100%的压力直到缝隙闭合为止。研究表明,当接头处有缝隙时,齿板会发生局部屈曲和滑移。当缝隙在1.6mm范围内时,通常主要的变形是齿滑移。当缝隙在3.2mm左右时,齿板多会产生局部屈曲。在任何情况下,由1.6mm~3.2mm的缝隙导致的局部屈曲或滑移不会导致节点的破坏。对于节点设计来说,缝隙处发生的局部屈曲不会影响桁架的强度。由于平行弦楼盖桁架通常由挠度控制,所以平行弦楼盖桁架中受压对接节点的位移变形会进一步影响桁架的挠度。