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木材是天然生长的材料，其截面尺寸和长度都是有限的，为了承受更大的荷载或达到更大的跨度，需要采用各种不同的连接方式把单根木材连接起来组成更复杂的局部或者整体结构，以达到共同承重的目的。
不同于混凝土的整体浇筑以及钢结构的可焊接性，由于木构天然的“乐高属性”，三分靠构件、七分靠节点，从而节点设计对于木构来说尤为重要，今天和大家聊聊木结构主要的连接形式，以及两种典型连接形式的理论计算方法，以供结构工程师对木结构的节点计算及设计有初步的了解。
木构连接的分类方式很多，主要为以下三种：
1
按不同的功能分类
节点连接：木构件之间或木构件与金属构件之间通过连接组成平面结构或空间结构。
构件的纵向接长：为了增加构件的长度可以通过指接或螺栓夹板等将构件沿纵向接长。此种连接方式通长为受拉杆件纵向接长，比如说木桁架的下弦杆件。
△ 弦杆对接时竖切受压节点示意图
2
按连接方式分类
榫卯连接：不用其他连接件或结构胶，利用木材之间的挤压和嵌合传递荷载，是传统木结构建筑的主要连接方式。有别于现代木结构节点传力明确的特点，榫卯连接的受力较为复杂，实际工程中一般可简化铰接或半刚性节点，具体做法可参考传统木结构的营造做法。
齿连接：通过杆件与杆件之间直接抵承传递压力，在连接处木材的状态是承压或受剪，是方木原木结构中木桁架的主要连接方式。
△ 齿连接示意图
销连接：将钢质杆件，一般为螺栓或销钉作为连接物，将木构件与木构件或钢构件连接在一起，通过钢制杆件的抗弯和抗剪以及与木孔壁承压来承担压力或拉力。
植筋连接：将螺栓或带肋钢筋插入木构件上的预钻孔中，并注入胶黏剂，以传递构件间的拉力、剪力的连接方式。单根植筋螺栓仅能传递拉力或剪力，若多个螺栓按规范要求的间距排列，该节点就可以承担弯矩。
△ 销轴类紧固件的连接方式
3
按连接力学性能分类
按力学性能分类可分为刚接，半刚接以及铰接连接。在实际工程中，连接能够达到一定的抗弯刚度，就可认定为刚接。某些连接虽然能承担一定的弯矩，但是转动变形较大，则可认为是半刚性连接。铰接在连接处可自由转动，不能承担弯矩，只能承担剪力和轴力。
现代木结构中，销连接在多个螺栓或销钉共同作用下能够抵抗一定的节点弯矩，但由于木材横纹强度较低且端头销轴在较大弯矩作用下木材有发生劈裂的风险，故一般在计算或结构模型模拟中作为纯铰接连接考虑。
运用植筋连接的节点在实际工程中可视为刚接。螺杆或螺纹钢通过植筋胶在木材中锚固，试验表明螺杆在破坏前在槽孔内的滑移变形很小，因此运用植筋技术的节点的抗弯刚度可以达到刚接节点的要求。
在国内实际工程项目中，重型木结构多以胶合木框架结构呈现。胶合木梁、柱之间，柱与基础之间以及主梁与次梁之间的连接多采用内插钢板加对穿螺栓或钢销固定。该连接方式在结构计算时均假定为铰接节点。若无有效抗侧力（地震及风）构件，该框架为不稳定框架，结构无法成立。故有别于柱脚刚接或梁柱刚接的钢框架，胶合木框架一般需要增设木剪力墙或双向柱间支撑系统。柱间支撑可为压杆或拉杆，宜同跨且落地布置，如下图所示。
△ 双向柱间支撑系统
采用该种结构形式，胶合木梁、柱仅承担竖向荷载，水平荷载则通过楼面横隔板传递至双向柱间支撑。若搁栅顶标高与胶合木框架梁同高布置，水平力可通过木构件之间的挤压和钉连接传递。若搁栅放置与胶合木梁顶部，水平力则需要通过金属连接件传递，连接件可为角钢和自攻木螺钉。最终水平力将由支撑传递至基础。该结构形式的优点是传力明确，节点连接简单。梁柱节点间仅承担轴向力和剪力，不承担弯矩。某梁柱典型节点如下图所示（俯视）：
△ 某梁柱典型节点示意图
该节点采用木-钢-木双剪螺栓连接，材质等级为Ic的花旗松-落叶松（加拿大），木梁截面为114mm×114mm,构件中央开槽宽度为12mm。采用钢插板螺栓连接，钢插板材质等级为Q235B，厚度8mm。螺栓采用4.6级C级普通螺栓，直径d为12mm，该节点共2x2=4个螺栓（2排2列）。该连接处于正常使用环境，设计使用年限50年。按《木结构设计标准》GB5005-2017计算单个螺栓的抗剪承载力。销轴承压屈服和销屈服各含三种形式，如下所示：
△ 销链接的屈曲模式
△ 计算过程
综上所述，该梁柱节点的抗剪承载力设计值为29.26kN(抗力)，若该节点的所承担的剪力包络设计值（效应）小于该值，则该节点设计满足规范要求。
在重型胶合木结构中，虽然大部分情况都可以采用节点铰接的解决方案，但是在某些特定的情况下不得不采用节点刚接的处理方法。例如悬挑梁端或不允许打支撑的单层胶合木框架的梁柱节点处。在这种情况下节点不仅承担轴力或剪力，还将承担相应弯矩，胶合木植筋节点则成为了很好的解决方案。某刚接节点如下图所示：
△ 某刚接节点示意图
△ 现场实际安装图
选取梁端最大弯矩复核该节点设计，最大弯矩包络设计值为170kN·m。采用植筋胶种植密螺纹螺栓至胶合木梁端，种植深度400mm，端部负弯矩区上部受拉螺杆共5根。由于《木结构设计标准》GB5005-2017中未对该植筋抗拔承载力算法作出明确规定，故参考“胶合木植筋理论”最为完善的新西兰规范《NZS 3603:1993 Timber Structures Standard》（《新西兰木结构规范》）作为设计依据。计算过程如下所示：
△ 设计演算过程
综上所述，该节点满足抗弯要求。本文中所介绍的螺栓销钉+钢板的铰接连接以及植筋抗弯刚接连接的算例基本已经涵盖了国内重型胶合木结构连接的大部分情况，相信对木结构节点设计还不太熟悉的结构工程师来说已经足以应对大部分的节点计算需求。
（编辑：奚雅青）
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