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木结构知识(连载)-重型木结构建筑

重型木结构建筑简介

重型木结构是美国最古老的建筑形式之一,在过去的一个世纪尤其是近50年里,一栋又一栋重木建筑充分表现了重型木结构建筑的良好性能。这些重型木结构建筑至今仍有不少仍在使用中。

重木结构一般是多层建筑,最初主要被用作工业建筑或仓库。如今,重型木结构建筑的用途已经大大扩展,但通常主要还是用于大型建筑以及商业建筑,比如学校、教堂、礼堂、体育馆、超市以及其他建筑。

现在的重型木结构多是大体量的一层建筑,然而多层的重型木结构在现仍然是可以采用的并且可以达到令人满意的效果。

由于采用了应力分等木材产品,包括锯材以及胶合木,重型木结构框架可以进行比较精确的设计。加上合理的连接件选用,重型木结构建筑可以承担相应的荷载。

重型木结构相关的结构设计可以参考美国林业及纸业协会编写的《美国木结构设计规范》(NDS for Wood Construction)。

重型木结构的抗火性能已在过去被许多工程证实。鉴于其优良防火性能,规范允许大型建筑采用重型木结构体系。而且,重型木结构建筑的火灾保险费率也是比较低的。

由于暴露的木构件带来的美感以及优良的防火性能,用户通常乐于采用重型木结构建筑。各种用途的建筑中不乏重型木结构建筑杰作。一些优秀的教堂以及高级礼堂和学校就采用了该类形式。有些对美学方面要求较高的剧场,以及对实用性和经济性要求较高的商业以及工业建筑均可采用重木结构。

本文列出了重木结构的最低要求,以及一些节点的做法示例,这些知识可以指导建筑师以及建造商建造更加安全、经济、合理的重型木结构建筑。


2重型木结构建筑对材料的要求

重型木结构的防火能力是通过控制木构件的最小尺寸以及木楼板屋盖的最小厚度、避免楼盖以及屋盖下侧形成隐蔽空间、采用经过认可的连接件、节点做法以及胶黏剂、保证内墙以及外墙的防火等级等措施来实现的。

本文的内容力求准确,但要建造一栋完美的建筑,还应该辅以可靠的结构设计、高精度的建筑工艺以及适当的监督。

材料

防腐要求

暴露于环境中的构件需要防腐处理或者采用耐久性较好的木材。

锯材

重型木结构中采用的锯材需要依据分等规则分等。具体的分等规则可咨询相关的规则制定机构:

1.《东北地区锯材分等规则》Standard Grading rules for Northeastern LumberNortheastern Lumber Manufacturers Association,272 Tuttle Rd., PO Box 87A, Cumberland Center,ME 04021 (NELMA)

2.《加州红杉锯材分等规则》Standard Specifications for Grades of California Redwood LumberRedwood Inspection Service,405 Enfrente Dr., Suite 200, Novato, CA 94949(RIS)

3.《南方松锯材分等规则》Standard Grading Rules For Southern Pine LumberSouthern Pine Inspection Bureau, 4709 Scenic Highway, Pensacola, FL 32504 (SPIB)

4.《西海岸锯材分等规则》(“Standard Grading Rules for West Coast LumberNo. 17,” West Coast Lumber Inspection Bureau,P.O. Box 23145, Portland, OR 97223 (WCLIB)

5.《西部锯材分等规则》(“Western Lumber Grading Rules, Western Wood Products Association, 522 SW Fifth, Suite 500,Portland, OR 97204 (WWPA)

6.《加拿大锯材分等规则》“NLGA Standard Grading Rules for Canadian LumberNational Lumber Grades Authority, 960 Quayside Dr., New Westminster, B.C., Canada V3M6G2

胶合木

1.《美国胶合木规范》ANSI/AITC A190.1-1992 American National Standard, Structural Glued Laminated TimberAmerican Institute of Timber Construction, 7012 S.Revere Parkway, Suite 140, Englewood, CO 80112

2.《美国软木胶合木技术规范》AITC 117-2001 Standard Specifications for Structural Glued Laminated Timber of Softwood Species American Institute of Timber Construction,

7012 S. Revere Parkway, Suite 140, Englewood, CO80112

3.APA 工程木产品技术手册》APA EWS Technical Note Y117P.O. Box 11700,Tacoma, Washington 98411-0700

3重型木结构建筑对结构构件的要求

1.支撑楼板梁的锯材柱以及胶合木柱的截面长宽均不应小于8英寸(名义尺寸),支撑楼盖以及天花板的木柱截面宽度不应小于6英寸,高度不应小于8英寸名义尺寸。

2.重型木结构建筑的柱子应该是连续的,否则应该通过钢靴或混凝土靴、金属柱帽、或者其它方法与楼层相连。

楼板

1.木梁可以是锯材或胶合木,截面宽度不小于6英寸,高度不小于10英寸(名义尺寸)。

2.承担楼面荷载的木框架以及拱的构件截面长宽均不应小于8英寸(名义尺寸)。

3.承担楼面荷载的木桁架的构件的截面长宽均不应小于8英寸(名义尺寸).

楼盖

1. 支撑于楼面的,不承担楼盖荷载的,用于屋盖的木构架以及拱,楼层高度下半部分的构件截面宽度不应小于6英寸,高度不小于8英寸(名义尺寸)。楼层高度上半部分的构件截面尺寸均不应小于6英寸(名义尺寸)。

2.支撑于墙上端或者柱顶的,不承担楼盖荷载的,用于屋盖的木构架、拱、锯材桁架或其他屋架的构件的截面宽度不应小于4英寸(名义尺寸),高度不应小于6英寸(名义尺寸)。组合构件应该由两个以上厚度不小于3英寸(名义尺寸)的构件,构件之间应该由填块联系或者构件外面应该设厚度不小于2英寸(名义尺寸)厚的夹板。拼接板的厚度不应小于3英寸(名义尺寸)。当设有自动喷水装置时,构件的截面宽度不应小于3英寸(名义尺寸)。

节点构造

1.梁与砌体结构连接时,应该设置具有自调节功能的连接件。梁端部、上侧以及两侧与砌体之间均应留1/2英寸的间隙,否则应采采用经过防腐处理的木材或者具有防腐功能的木材。

2.梁应合理地连接在柱子上,相邻梁的端部应该通过连接件交叉或相对联系在一起,起到传递水平荷载的作用。有时候需要设置只承担竖向荷载的木垫板。

3.承担楼面荷载的次梁应该支撑在主梁上侧或主梁两侧的托板上,有时支撑于梁侧的钢挂件上,钢挂件与梁的尺寸应该匹配。

4.非木材的柱、主梁、次梁以及拱与桁架的防火时间不应小于1小时。

5.支撑于墙的主次梁的防火等级不应小于两小时,两端与墙体外侧应有厚度不小于4英寸的砌体,梁和梁之间也应有厚度不小于4英寸的砌体。

6屋盖系统应该合理设置抗风锚固件。

4重型木结构建筑对楼屋面板以及墙体的要求

楼面板

楼面板不应有隐蔽空间,除非隐蔽空间的设备有可靠的防火以及隔火措施。楼面铺板应该是锯材或胶合木板,这些板材应该咬合在一起,厚度不小于3英寸(名义尺寸),或者是钉在一起,但厚度不应小于4英寸(名义尺寸)。

楼面板的铺设应避免连接部位位于同一直线上,但是在支座处无此限制。楼面铺板上面应铺设一层面层板,铺设方向应与楼面铺板方向垂直或斜交叉。为了不限制楼板的变形,铺板与面层板与墙体的距离均应大于1/2英寸。此缝的上下侧均应覆盖上。

屋面板

屋面板不应有隐蔽空间,屋面板应是厚度不小于2英寸(名义尺寸)的锯材板或胶合木板,各个板应咬合在一起。或者采用与楼板类似的宽度不小于3英寸(名义尺寸)的铺板钉在一起。也可采用1/8英寸的企口胶合板,通过胶粘合在一起。若经过认可,也可采用其它类型的屋面板。

墙体

承重墙

承重的外墙应该采用不燃材料或者经过阻燃处理的木材,防火等级应该达到2小时,若防火间距小于5英尺,防火等级不应小于3小时。内墙应采用实木墙体或者胶合木墙体,内部不应有隐蔽空间,防火等级不应小于1小时。

非承重墙

非承重外墙应该是不燃材料或者经过处理的木材,并且:

1.水平防火间距小于5英尺时,非承重外墙的防火等级应该是2小时,若属于H组,则防火的等级不小于3小时。

2. 水平防火间距大于5英尺小于10英尺时,非承重外墙的防火等级应该是1小时,若属于H组,则防火的等级不小于2小时。

3. 水平防火间距大于10英尺小于30英尺时,非承重外墙的防火等级应该是1小时。

4. 水平防火间距大于30英尺时,非承重外墙的防火等级没有要求。

5. 水平防火间距大于20英尺时,木柱以及拱构件可以外露。

非承重墙应该是由两层或更多1英寸厚咬合的板或者是4英寸厚的胶合板,防火等级不小于1小时。

5重型木结构建筑构件尺寸的最低要求

对于重型木结构锯材构件的最小尺寸要求可以查阅相关建筑规范,对于胶合木构件,最小的宽度以及厚度详见下表(名义尺寸):

锯材最小名义尺寸

胶合木最小名义尺寸

宽度(英寸)

厚度(英寸)

宽度(英寸)

厚度(英寸)

8

8

6-3/4

8-1/4

6

10

5

10-1/2

6

8

5

8-1/4

6

6

5

6

4

6

3

6-7/8

6.重型木结构建筑图示

下文将给出一系列节点详图,这些节点在实践中被证明是合理可靠的。节点中的螺栓、螺钉以及连接件的熟练以及规格应根据荷载来设计。

1以及图2给出了多层木结构的示意图,连接节点用带圈的字母表示。比如图中的“B”,相关的节点详图见图3到图9。每种节点均给出了几种方案供设计者采用。

1012给出了其它连接节点。

1314给出了一些代表性的一层重型木结构建筑的详图。对于一层的建筑来说,建筑的形式多种多样,构件的连接方式也是多种多样,建造公司往往负责设计具体的节点,因此本文不可能包括这类建筑的全部节点连接方式。

重型木结构建筑对材料的要求

重型木结构的防火能力是通过控制木构件的最小尺寸以及木楼板屋盖的最小厚度、避免楼盖以及屋盖下侧形成隐蔽空间、采用经过认可的连接件、节点做法以及胶黏剂、保证内墙以及外墙的防火等级等措施来实现的。

本文的内容力求准确,但要建造一栋完美的建筑,还应该辅以可靠的结构设计、高精度的建筑工艺以及适当的监督。

材料

防腐要求

暴露于环境中的构件需要防腐处理或者采用耐久性较好的木材。

锯材

重型木结构中采用的锯材需要依据分等规则分等。具体的分等规则可咨询相关的规则制定机构:

1.《东北地区锯材分等规则》Standard Grading rules for Northeastern LumberNortheastern Lumber Manufacturers Association,272 Tuttle Rd., PO Box 87A, Cumberland Center,ME 04021 (NELMA)

2.《加州红杉锯材分等规则》Standard Specifications for Grades of California Redwood Lumber Redwood Inspection Service,405 Enfrente Dr., Suite 200, Novato, CA 94949(RIS)

3.《南方松锯材分等规则》Standard Grading Rules For Southern Pine LumberSouthern Pine Inspection Bureau, 4709 Scenic Highway, Pensacola, FL 32504 (SPIB)

4.《西海岸锯材分等规则》(“Standard Grading Rules for West Coast LumberNo. 17,” West Coast Lumber Inspection Bureau,P.O. Box 23145, Portland, OR 97223 (WCLIB)

5.《西部锯材分等规则》(“Western Lumber Grading Rules, Western Wood Products Association, 522 SW Fifth, Suite 500,Portland, OR 97204 (WWPA)

6.《加拿大锯材分等规则》“NLGA Standard Grading Rules for Canadian LumberNational Lumber Grades Authority, 960 Quayside Dr., New Westminster, B.C., Canada V3M6G2

胶合木

1.《美国胶合木规范》ANSI/AITC A190.1-1992 American National Standard, Structural Glued Laminated TimberAmerican Institute of Timber Construction, 7012 S.Revere Parkway, Suite 140, Englewood, CO 80112

2.《美国软木胶合木技术规范》AITC 117-2001 Standard Specifications for Structural Glued Laminated Timber of Softwood Species American Institute of Timber Construction,

7012 S. Revere Parkway, Suite 140, Englewood, CO80112

3.APA 工程木产品技术手册》APA EWS Technical Note Y117P.O. Box 11700,Tacoma, Washington 98411-0700


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