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结构用集成材之容许应力与弹性模数tpceorgtw
木構造建築物設計及施工技術規範部分規定修正規定
4.5結構用集成材之容許應力與彈性模數
4.5.1結構用集成材樹種分類
結構用集成材之分類如表4.5-1所示,應符合CNS11031結構用集成材之規定。
表4.5-1結構用集成材之樹種分類
樹種
分類
樹種
1
硬槭木、樺木、山毛櫸、櫟木、櫸木、油脂木或具同等強度之樹種
2
光臘樹、榆樹或具同等強度之樹種
3
扁柏、花柏、落葉松、日本赤松、日本黑松、羅森檜、南方松、花旗松或具同等強度之樹種
4
鐵杉、阿拉斯加扁柏、鉛筆柏、放射松或具同等強度之樹種
5
冷杉、雲杉、柱松、黃松、歐洲赤松、柳桉或具同等強度之樹種
6
柳杉、台灣杉、杉木、西部側柏或具同等強度之樹種
4.5.2結構用集成材之容許應力
(1)纖維方向之容許應力
結構用集成材纖維方向容許應力,依表4.5-2、表4.5-4至表4.5-6之規定。
(2)纖維垂直方向之容許壓陷應力
結構用集成材纖維垂直方向之容許壓陷應力,依表4.5-3之規定。
(3)纖維傾斜方向之容許壓應力
結構用集成材纖維傾斜方向之容許壓陷應力,施力方向與纖維方向之角度θ為0°至10°時,取表4.5-4之Lfc值;θ為70°至90°時,取表4.5-3之值;θ為10°至70°間取直線內插之值。
(4)纖維垂直方向之容許拉應力
結構用集成材纖維垂直方向之容許拉應力,取表4.5-2之Lfsx-x值的1/3。
表4.5-2結構用集成材纖維方向之容許剪斷應力(單位kgf/cm2)
樹種分類
長期容許剪斷應力Lfs
短期容許剪斷應力Sfs
Lfsx-x
(1)
Lfsy-y
(1)
1
16
14
長期容許應力之2倍
2
14
12
3
12
10
4
11
9
5
10
8
6
10
7
註:
(1)x-x軸指載重方向或撓曲方向與層積面垂直時,y-y軸為平行時。
表4.5-3結構用集成材纖維垂直方向之容許壓陷應力(單位:
kgf/cm2)
樹種
分類
長期容許壓陷應力Lfc⊥
短期容許
壓陷應力
Sfc⊥
容許壓陷應力Lfc⊥
容許壓應力Lfc
(a)在構材中間之壓陷
(b)在構材端部之壓陷
1.d≧100mm
a≦100mm
2..d<100mm
a≦d
(c)全面壓縮
1
36
27
14
長期容許應力之2倍。
2
32
24
13
3
27
22
10
4
25
20
9
5
22
17
8
6
20
16
7
4.5.4結構用集成材之彈性模數與潛變
(1)纖維方向之彈性模數
結構用集成材纖維方向之彈性模數取表4.5-4、表4.5-5及表4.5-6之值。
另外,集成材之彈性模數亦可使用其實測值,或從各層集成元之實測值計算求得。
(2)纖維垂直方向之彈性模數
結構用集成材纖維垂直方向之彈性模數,取表4.5-4、表4.5-5及表4.5-6之E//y-y值的1/25。
(3)剪斷彈性模數
結構用集成材之剪斷彈性模數,取表4.5-4、表4.5-5及表4.5-6之E//y-y值的1/15。
(4)潛變
結構用集成材之潛變變形得比照4.4.4節所述木材(普通結構材及上等結構材)之處理方式。
表4.5-4結對稱異等級結構用集成材之長期容許應力及彈性模數
強度等級
長期容許應力(kgf/cm2)
彈性模數
E//x-x
(103kgf/cm2)
彈性模數
E//y-y
(103kgf/cm2)
Lfc
Lft
Lfbx-x
Lfby-y
E170-F495
125
110
165
118
170
155
E150-F435
110
95
145
102
150
135
E135-F375
100
85
125
92
135
120
E120-F330
85
75
110
80
120
110
E105-F300
75
65
100
72
105
95
E95-F270
70
60
90
68
95
85
E85-F255
65
55
85
60
85
75
E75-F240
60
50
80
52
75
65
E65-F225
55
45
75
50
65
60
註:
長期容許應力之值係用於厚度30公分以下之集成材;厚度超過30公分之集成材,需將表中數值乘上尺寸調整係數(30/厚度)1/9求得容許應力值。
(厚度單位:
cm)
表4.5-5非對稱異等級結構用集成材之長期容許應力及彈性模數
強度等級
長期容許應力(kgf/cm2)
彈性模數
E//x-x
(103kgf/cm2)
彈性模數
E//y-y
(103kgf/cm2)
Lfc
Lft
正彎曲
負彎曲
Lfbx-x
Lfby-y
Lfbx-x
Lfby-y
E160-F480
120
105
160
106
115
106
160
145
E140-F420
105
90
140
90
95
90
140
130
E125-F360
95
80
120
80
85
80
125
115
E110-F315
80
70
105
72
80
72
110
100
E100-F285
75
60
95
64
75
64
100
90
E90-F255
70
60
85
60
70
60
90
80
E80-F240
60
50
80
50
65
50
80
70
E70-F225
55
45
75
46
60
46
70
60
E60-F210
50
45
70
44
55
44
60
55
註:
(1)長期容許應力之值係用於厚度30公分以下之集成材;厚度超過30公分之集成材,需將表中數值乘上尺寸調整係數(30/厚度)1/9求得容許應力值。
(厚度單位:
cm)
(2)正彎曲係指將彈性模數較大之集成元置於拉伸側;負彎曲則指將彈性模數較大之集成元置於壓縮側。
表4.5-6同等級結構用集成材之長期容許應力及彈性模數
集成元
層積數
強度等級
長期容許應力(kgf/cm2)
彈性模數
E//x-x及E//y-y(103kgf/cm2)
Lfc
Lft
Lfb
4以上
E190-F615
165
145
205
190
E170-F540
150
130
180
170
E150-F465
130
115
155
150
E135-F405
110
95
135
135
E120-F375
100
85
125
120
E105-F345
95
80
115
105
E95-F315
85
75
105
95
E85-F300
80
70
100
85
E75-F270
75
65
90
75
E65-F255
70
60
85
65
3
E190-F555
150
145
185
190
E170-F495
135
130
165
170
E150-F435
120
115
145
150
E135-F375
100
95
125
135
E120-F330
90
85
110
120
E105-F300
85
80
100
105
E95-F285
80
75
95
95
E85-F270
75
70
90
85
E75-F255
65
65
85
75
E65-F240
60
60
80
65
2
E190-F510
150
145
170
190
E170-F450
135
130
150
170
E150-F390
120
115
130
150
E135-F345
100
95
115
135
E120-F300
90
85
100
120
E105-F285
85
80
95
105
E95-F270
80
75
90
95
E85-F255
75
70
85
85
E75-F240
65
65
80
75
E65-F225
60
60
75
65
註:
長期容許應力之值係用於厚度30公分以下之集成材;厚度超過30公分之集成材,需將表中數值乘上尺寸調整係數(30/厚度)1/9求得容許應力值。
(厚度單位:
cm)。
【解說】
表4.5-4至4.5-6中列出之集成材的可能組合。
透過不同集成元組合即可找到滿足所有設計情況的集成材之組合。
但是並非所有表列強度等級的結構用集成材皆可取得。
因此設計時應先確認所選用的集成材是可以取得的,以避免當建築物完成設計或發包施工時,才察覺材料無法取得必須重新檢討設計之困境。
4.5.5(刪除)
4.5.6(刪除)
6.4螺栓接合
6.4.3螺栓接合之容許剪力
(1)螺栓承受剪力時,由於螺栓與螺栓孔有間隙存在,應避免結構部位引起有害之滑動。
(2)螺栓接合之容許剪力
(a)螺栓接合之長期容許剪力依下式求得。
短期容許剪力為長期容許剪力之2倍。
(6.10)
式中 Pa:
螺栓接合之長期容許剪力(kgf);
Py:
螺栓接合之降伏力(kgf)。
(b)螺栓接合之降伏力依(6.11)式求得:
(6.11)
式中Py:
螺栓接合之降伏力(kgf);
Fe:
主構材之承壓強度(kgf/cm2),取主構材長期容許壓應力Lfc之3倍。
(Lfc在木材纖維方向依表4.3-1及表4.5-4、4.5-5、4.5-6,木材纖維垂直方向依表4.3-2及表4.5-3,與木材纖維方向成傾斜時,取4.3.3節所示數值);
:
主構材厚度(cm);
d:
螺栓直徑(cm);
C:
依接合形式與其破壞形式而定之係數。
(c)係數C值與接合形式有關(參照圖6.4-1),依下列(i)至(v)所述方式計算之:
(i)木材之主構材及木材側材之接合(取下述中較小值):
,1,
,
(ii)木材之主構材及鋼板側材之螺栓接合(取下述中較小值):
1,
(iii)在木材之主構材中央插入鋼板之螺栓接合(取下述中較小值):
1,
,
(iv)單面剪斷螺栓(木材與木材)(取下述中較小值):
1,αβ,
,
,
,
(v)單面剪斷螺栓(木材與鋼板)(取下述中較小值):
1,
,
以上各式中之符號定義如下:
α:
側材厚度/主構材厚度(
);
β:
側材與主構材之支壓強度比(
);
γ:
螺栓鋼材之基準強度與主構材之支壓強度比(
);
F:
螺栓鋼材之基準強度(kgf/cm2);
及
:
主構材及側材之承壓強度(kgf/cm2),取其長期容許壓應力
及
之3倍。
(
及
在木材纖維平行方向取表4.3-1及表4.5-4、4.5-5、4.5-6之值,木材纖維垂直方向取表4.3-2及表4.5-3之值,與纖維成傾斜時,取4.3.3節所示值)。
(a)雙剪(木材側材)(b)雙剪(鋼板側材)(c)雙剪(鋼板插入)
(d)單剪(木材與木材)(e)單剪(木材與鋼板)
圖6.4-1承受剪力之螺栓接合形式
(3)螺栓接合之容許剪力折減
使用兩支以上螺栓接合時,若施工時螺栓與螺栓孔能密接,其容許剪力得取各螺栓接合之容許耐力和;但使用支數更多時,考慮外力作用條件及使用狀況,其容許剪力應適當折減。
【解說】
本節針對圖6.4-1所示之接合形式,假設其降伏模式如圖6.4-2所示,在各種模式中,由力的平衡條件求出對應之降伏載重。
一般螺栓之降伏特性與材厚及螺栓徑之比(
)成比例。
木材厚度比螺栓徑為小時,木材會因壓陷而達到降伏點;木材厚度比螺栓徑為大時,在木材因壓陷而降伏時,假定螺栓因彎曲亦同時達降伏點。
本規範規定木材之承壓強度,在木材纖維方向取表4.3-1及表4.5-4、4.5-5、4.5-6之容許壓應力的3倍;木材纖維垂直方向取表4.3-2及表4.5-3之容許壓陷應力的3倍;與木材纖維方向成傾斜時,取中間值。
圖6.4-2各種接合形式之降伏模式
(摘自日本建築學會「木質構造設計規準˙同解說」,1995)
6.6穿孔釘接合
6.6.2穿孔釘接合之容許剪力
(1)穿孔釘接合之長期容許剪力依下式計算之。
短期容許剪力為長期容許剪力之2倍。
(6.13)
式中 Pa:
穿孔釘接合之長期容許剪力(kgf);
Py:
穿孔釘接合之降伏強度(kgf)。
(2)穿孔釘接合之降伏強度依下式求出:
(6.14)
式中 Py:
穿孔釘接合之降伏強度(kgf);
Fe:
主構材之承壓強度(kgf/cm2),為主構材之長期容許壓應力fc之3倍。
(fc值在木材纖維平行方向取表4.3-1及表4.5-4、4.5-5、4.5-6之值,木材纖維垂直方向取表4.3-2及表4.5-3之值,木材纖維傾斜方向取4.3.3節及4.5.2節所示之值)
:
主構材厚度(cm);
d:
穿孔釘之軸徑(cm);
C:
依接合形式與破壞形式所定之係數。
(3)係數C值與接合形式有關(參照圖6.6-2),依下列(a)至(c)所述方式計算之:
(a)木材之主構材及木材側材之接合(取下述中較小值):
2αβ,1,
,
(b)在木材之主構材中央插入鋼板之接合(取下述中較小值):
1,
,
(c)單剪接合(木材與木材)(取下述中較小值):
1,αβ,
,
,
,
以上各式中之符號定義如下:
α:
側材厚度/主構材厚度(
)
β:
側材與主構材之承壓強度比(
)
γ:
穿孔釘之鋼材的基準強度與主構材之承壓強度之比(F/Fe)
F:
穿孔釘之鋼材的基準強度(kgf/cm2)
Fe及
:
主構材及側材之承壓強度(kgf/cm2),分別取其長期容許壓應力fc及
之3倍。
(fc及
之值在木材纖維平行方向取表4.3-1及表4.5-4、4.5-5、4.5-6之值,木材纖維垂直方向取表4.3-2及表4.5-3之值,木材纖維傾斜方向取4.3.3節及4.5.2節所示之值)。
(a)雙剪(木材側材)(b)雙剪(鋼板插入)(c)單剪(木材與木材)
圖6.6-2承受剪力之穿孔釘的接合形式
(4)容許剪力之折減
使用2支穿孔釘以上之接合,若施工時穿孔釘與導引孔能密接,其容許剪力得取各穿孔釘接合之容許剪力和。
但使用支數更多時,考慮外力之作用條件及使用狀況,其容許剪力應適當折減。
【解說】
本節有關穿孔釘接合之容許剪力的規定與螺栓接合相同,係根據降伏理論,將降伏強度的三分之一作為長期容許剪力。
因此,穿孔釘接合與螺栓接合一樣,需注意木材有剪斷或割裂而發生破壞之狀況。
穿孔釘接合與螺栓接合不同之處,在於其沒有相當於螺栓頭、螺帽及墊圈等部份,在大變形時,無法如同螺栓能承受拉力,因此對於與木材纖維平行方向之載重,將看不到於其降伏後載重承擔能力之上升,既使穿孔釘之間距、邊距、端距皆充分時,其極限強度亦約略與降伏強度相同。
本規範中,木材之承壓強度取容許壓應力之三倍,因此計算所得之降伏強度較實際降伏強度略低,極限強度考慮為短期容許耐力之1.5倍左右。
對於與木材纖維垂直方向之載重,若穿孔釘之間距、邊距、端距皆充分時,因穿孔釘之壓陷變形使其耐力提升之故,其極限強度會與纖維平行方向加載之情況相同。
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