GB 50005-2017 木结构设计标准 完整章节版
木结构设计标准 GB 50005-2017
1 总则
1.0.1 为在木结构设计中贯彻执行国家的技术经济政策，做到安全适用、确保质量、技术先进、经济合理、节能环保，制定本标准。
1.0.2 本标准适用于建筑工程的木结构设计，包括方木原木结构、胶合木结构和轻型木结构。本标准不适用于木桩基础和木结构防护等特殊木结构的设计。
1.0.3 木结构的设计除应符合本标准的规定外，尚应符合国家现行有关标准的规定。
2 术语和符号
2.1 术语
2.1.1 木结构 timber structure 以木材为主制成的结构。
2.1.2 方木原木结构 sawn timber and log structure 由方木或原木制作而成的梁、柱、桁架等构件组成的结构。
2.1.3 胶合木结构 glued laminated timber structure 由层板胶合而成的木构件组成的结构。
2.1.4 轻型木结构 light wood frame structure 由木构架墙、木楼盖和木屋盖系统构成的结构体系。
2.1.5 木材持久强度 long-term strength of timber 木材在长期荷载作用下所能承受的最大应力。
2.1.6 胶合木 glulam 将木材层板沿纤维方向平行胶合而成的木产品。
2.1.7 规格材 dimension lumber 由原木锯制而成的、截面尺寸小于一定限值的木材。
2.2 符号
- f——木材顺纹抗拉、抗压、抗弯强度设计值
- fv——木材顺纹抗剪强度设计值
- fc——木材顺纹抗压强度设计值
- fc,90——木材横纹承压强度设计值
- E——木材弹性模量
- G——木材剪切模量
- W——截面抵抗矩
- I——截面惯性矩
- A——截面面积
3 基本设计规定
3.1 设计原则
3.1.1 木结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
3.1.2 木结构的设计工作年限分为5年、25年、50年和100年四个等级。
3.1.3 木结构的安全等级应根据结构破坏后果的严重程度划分为一级、二级、三级。
3.1.4 木材的强度设计值应根据木材的树种、等级、缺陷以及荷载持续时间进行适当调整。
3.1.5 木材的强度设计值应按下式计算：
ftd=kdol·kmod·ftk/γR
式中：kdol为荷载持续时间效应系数；kmod为材料性能变异系数；ftk为木材强度标准值；γR为抗力分项系数。
3.2 木材的力学性能
3.2.1 木材的强度等级应按目测分级和机械分级的结果确定。
3.2.2 常用树种木材的强度设计值及弹性模量应按本标准附录A的规定采用。
3.2.3 木材的强度设计值应按表3.2.3采用。
| 强度等级 | 抗弯fm(N/mm²) | 顺压fc(N/mm²) | 顺拉ft(N/mm²) | 顺剪fv(N/mm²) | 横压fc,90(N/mm²) | 弹性模量E(N/mm²) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| TC17 | 17 | 16 | 10 | 1.7 | 4.6 | 10000 |
| TC15 | 15 | 13 | 9 | 1.6 | 4.4 | 10000 |
| TC13 | 13 | 12 | 8 | 1.5 | 4.3 | 9000 |
| TC11 | 11 | 10 | 7 | 1.4 | 4.1 | 9000 |
3.2.4 木材的弹性模量E值应按下列规定采用：
- 顺纹弹性模量E：应按表3.2.3采用
- 横纹弹性模量E90：可取E/30
- 剪切模量G：可取E/16
3.3 荷载和荷载效应
3.3.1 荷载的取值应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定执行。
3.3.2 木材的荷载持续时间效应系数kdol应按下列规定采用：
| 荷载类型 | kdol |
|---|---|
| 永久荷载 | 0.50 |
| 长期荷载 | 0.50 |
| 短期荷载（活荷载、雪荷载） | 0.75 |
| 瞬时荷载（风荷载、地震作用） | 1.00 |
3.3.3 木材的承载能力计算应考虑荷载效应的组合。
4 构件计算
4.1 轴心受拉构件
4.1.1 轴心受拉构件的承载力应按下式计算：
N/An≤ft
4.1.2 构件的净截面面积An应取为构件的实际截面面积扣除孔洞、缺口等削弱的面积。
4.1.3 构件的长细比应不超过表4.1.3规定的限值。
| 构件类别 | 容许长细比 |
|---|---|
| 主要受拉构件 | 150 |
| 次要受拉构件 | 200 |
| 支撑 | 200 |
4.2 轴心受压构件
4.2.1 轴心受压构件的承载力应按下式计算：
N/(φA0)≤fc
4.2.2 稳定系数φ应根据树种、强度等级和长细比按下列规定计算：
当λ≤75时：
φ=1/(1+λ²/(3100λm))
当λ>75时：
φ=3000λm/λ²
4.2.3 构件的计算长度应按下列规定确定：
l0=μl
式中：l为构件的实际长度；μ为长度系数。
4.3 受弯构件
4.3.1 单向受弯构件的抗弯承载力应按下式计算：
M/Wn≤fm
4.3.2 单向受弯构件的抗剪承载力应按下式计算：
V·S/(I·b)≤fv
4.3.3 受弯构件的挠度应按下式计算：
ω≤[ω]
4.3.4 受弯构件的侧向稳定验算应符合下列规定：
当h/b≤3时：
M/(φlW)≤fm
当h/b>3时：
M/(ηW)≤fm
4.4 压弯构件
4.4.1 压弯构件的承载力应按下列公式计算：
N/(φA0)+M/(W(1-0.8N/NE))≤fc
4.4.2 弯矩作用平面内的稳定应按下式验算：
N/(φA0)+M/(W(1-0.8N/NE))≤fc
4.4.3 弯矩作用平面外的稳定应按下式验算：
N/(φyA0)+M/(φlW)≤fm
5 连接计算
5.1 一般规定
5.1.1 木结构的连接可采用榫卯连接、螺栓连接、钉连接、齿连接、胶合连接等。
5.1.2 连接的设计应符合下列规定：
- 连接应具有足够的承载力
- 连接的变形应满足正常使用要求
- 连接应便于制作和安装
5.1.3 木材的横纹承压强度设计值fc,90应根据局部受压情况按下列规定调整：
- 承压面有螺栓孔时：fc,90不应调整
- 承压面为斜纹时：fc,90应乘以系数0.8
- 承压面为水平方向时：fc,90应乘以系数0.6
5.2 螺栓连接
5.2.1 螺栓连接的承载力应按下列公式计算：
- 顺纹受剪：Nv=nv·kv·d²·fv/γR
- 横纹受压：Nc=nc·kc·d·lc·fc,90/γR
5.2.2 螺栓连接的构造应符合下列规定：
- 螺栓的直径不应大于木材厚度的1/4
- 螺栓的间距不应小于木材厚度的7倍
- 螺栓到木材边缘的距离不应小于木材厚度的5倍
5.3 齿连接
5.3.1 单齿连接的正齿承载力应按下式计算：
N≤fcAc
5.3.2 双齿连接的正齿承载力应按下列公式计算：
N≤fcAc1+fcAc2
5.3.3 齿连接的受剪承载力应按下式计算：
V/(lv·b)≤ψvfv
5.4 胶合连接
5.4.1 胶合连接的承载力应通过试验确定。
5.4.2 胶合连接的抗剪承载力应按下式计算：
V/(lj·b)≤fv,j
5.4.3 胶合连接的构造应符合下列规定：
- 胶缝的厚度不应大于0.3mm
- 胶合面应平整、清洁
- 胶合后应加压养护
5.5 钢构件连接
5.5.1 木结构中钢构件的连接应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB 50017的有关规定。
5.5.2 钢板与木材的连接应按下式验算横纹承压：
N/(d·lc)≤fc,90
6 构造要求
6.1 一般规定
6.1.1 木结构应设置有效的防腐、防虫和防火措施。
6.1.2 木结构构件的最小截面尺寸应满足承载力和稳定性要求。
6.1.3 木结构应设置可靠的支撑系统以保证其整体稳定性。
6.2 方木原木结构
6.2.1 方木和原木的截面尺寸不应小于表6.2.1规定的数值。
| 构件类别 | 最小截面尺寸(mm) |
|---|---|
| 柱 | 90×90 |
| 梁 | 50×100 |
| 桁架上弦 | 50×100 |
| 桁架下弦 | 50×80 |
| 檩条 | 50×50 |
6.2.2 原木的削头不应超过原木直径的1/3。
6.2.3 木结构的节点连接应采用可靠的连接方式。
6.3 胶合木结构
6.3.1 胶合木的层板厚度不应大于45mm，宽度不应大于180mm。
6.3.2 胶合木构件的截面高度不宜大于1800mm。
6.3.3 胶合木的胶缝应均匀布置，厚度不应大于0.3mm。
6.4 轻型木结构
6.4.1 轻型木结构墙体的间距不应大于600mm。
6.4.2 墙骨柱的截面尺寸不应小于40×90mm。
6.4.3 楼盖主梁的间距不应大于800mm。
7 抗震设计
7.1 一般规定
7.1.1 抗震设防的木结构应根据设防类别、烈度和房屋高度采用不同的抗震措施。
7.1.2 木结构在地震作用下的层间位移角限值应符合表7.1.2的规定。
| 结构类型 | 层间位移角限值 |
|---|---|
| 胶合木结构 | 1/300 |
| 轻型木结构 | 1/250 |
7.1.3 木结构构件的抗震承载力应按下式验算：
S≤R/γRE
7.2 抗震构造措施
7.2.1 木结构应设置可靠的抗震支撑系统。
7.2.2 抗震设防烈度为8度和9度时，木结构应采取下列抗震措施：
- 增设剪力墙
- 设置斜撑
- 加强节点连接
7.2.3 轻型木结构的剪力墙应符合下列规定：
- 剪力墙面板应采用定向木片板或其他材料板
- 剪力墙与基础之间应可靠连接
- 剪力墙的开洞尺寸不应大于规定限值
8 防护
8.1 防腐
8.1.1 木结构应根据使用环境和侵蚀性等级采取相应的防腐措施。
8.1.2 木材的防腐处理应符合下列规定：
- 使用于潮湿环境或易腐环境的木材应进行防腐处理
- 防腐剂的保持量应满足相关标准要求
- 防腐处理后的木材应进行检测验收
8.1.3 木结构构件与砌体或混凝土接触部位应采取防腐隔离措施。
8.2 防虫
8.2.1 在白蚁危害地区，木结构应采取防虫措施。
8.2.2 防虫措施可采用化学处理、物理屏障或其他有效方法。
8.3 防火
8.3.1 木结构应根据建筑的耐火等级采取相应的防火措施。
8.3.2 木结构的防火设计应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的规定。
8.3.3 木结构的防火处理可采用防火涂料、防火板或阻燃浸渍处理等方法。
9 附录
附录A 常用木材的强度设计值和弹性模量
A.0.1 常用针叶材的强度设计值及弹性模量应按表A.0.1采用。
| 树种 | 强度等级 | 抗弯fm(N/mm²) | 顺压fc(N/mm²) | 顺拉ft(N/mm²) | 顺剪fv(N/mm²) | 横压fc,90(N/mm²) | 弹性模量E(N/mm²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 杉木 | TC11 | 11 | 10 | 7 | 1.4 | 4.1 | 9000 |
| 华山松 | TC13 | 13 | 12 | 8 | 1.5 | 4.3 | 9000 |
| 红松 | TC13 | 13 | 12 | 8 | 1.5 | 4.3 | 9000 |
| 东北落叶松 | TC15 | 15 | 13 | 9 | 1.6 | 4.4 | 10000 |
| 柏木 | TC13 | 13 | 12 | 8 | 1.5 | 4.3 | 9000 |
A.0.2 常用阔叶材的强度设计值及弹性模量应按表A.0.2采用。
| 树种 | 强度等级 | 抗弯fm(N/mm²) | 顺压fc(N/mm²) | 顺拉ft(N/mm²) | 顺剪fv(N/mm²) | 横压fc,90(N/mm²) | 弹性模量E(N/mm²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 槐木 | TC17 | 17 | 16 | 10 | 1.7 | 4.6 | 10000 |
| 麻栎 | TC17 | 17 | 16 | 10 | 1.7 | 4.6 | 10000 |
| 水曲柳 | TC15 | 15 | 13 | 9 | 1.6 | 4.4 | 10000 |
| 椴木 | TC11 | 11 | 10 | 7 | 1.4 | 4.1 | 9000 |
附录B 稳定系数φ计算表
B.0.1 树种强度等级为TC17、TC15的木材稳定系数φ应按表B.0.1确定。
| 长细比λ | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |--------|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---| | 0 | 1.000 | 0.999 | 0.998 | 0.997 | 0.996 | 0.995 | 0.994 | 0.993 | 0.992 | 0.991 | | 10 | 0.990 | 0.989 | 0.988 | 0.987 | 0.986 | 0.985 | 0.984 | 0.983 | 0.982 | 0.981 | | 20 | 0.980 | 0.979 | 0.978 | 0.977 | 0.976 | 0.975 | 0.974 | 0.973 | 0.972 | 0.971 | | 30 | 0.970 | 0.969 | 0.968 | 0.967 | 0.966 | 0.965 | 0.964 | 0.963 | 0.962 | 0.961 | | 40 | 0.960 | 0.959 | 0.958 | 0.957 | 0.956 | 0.955 | 0.954 | 0.953 | 0.952 | 0.951 | | 50 | 0.950 | 0.949 | 0.948 | 0.947 | 0.946 | 0.945 | 0.944 | 0.943 | 0.942 | 0.941 | | 60 | 0.940 | 0.939 | 0.938 | 0.937 | 0.936 | 0.935 | 0.934 | 0.933 | 0.932 | 0.931 | | 70 | 0.930 | 0.929 | 0.928 | 0.927 | 0.926 | 0.925 | 0.924 | 0.923 | 0.922 | 0.921 | | 80 | 0.920 | 0.919 | 0.918 | 0.917 | 0.916 | 0.915 | 0.914 | 0.913 | 0.912 | 0.911 | | 90 | 0.910 | 0.909 | 0.908 | 0.907 | 0.906 | 0.905 | 0.904 | 0.903 | 0.902 | 0.901 | | 100 | 0.900 | | | | | | | | | |
注：长细比λ在表列数值之间时，φ值可采用线性插值法确定。
附录C 本标准用词说明
C.0.1 为了便于执行本标准条文时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下：
- 表示很严格，非这样做不可的用词：正面词采用"必须"；反面词采用"严禁"；
- 表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：正面词采用"应"；反面词采用"不应"或"不得"；
- 表示允许稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：正面词采用"宜"；反面词采用"不宜"；
- 表示有选择，在一定条件下可以这样做的用词：采用"可"。
附录D 引用标准名录
《建筑结构荷载规范》GB 50009 《建筑抗震设计规范》GB 50011 《建筑设计防火规范》GB 50016 《钢结构设计标准》GB 50017 《混凝土结构设计规范》GB 50010 《木结构工程施工质量验收规范》GB 50206 《木结构工程施工规范》GB 50207 《木材物理力学性能试验方法》GB/T 1927