层板钉接木(NLT)–混凝土组合楼板工程应用及研究

层板钉接木（nail–laminated timber，简称NLT）是通过将一定规格的层板在宽面依次叠合，通过钉接构成的板状结构材料，见图1（a）。为提高NLT的隔声、振动舒适性和抗火性能，在其上钉接覆盖一层胶合板（plywood）或定向刨花板（OSB）之类的木基结构板，再绑扎钢筋网并浇筑1层混凝土层，以构成整体性更强的组合楼板，见图1（b）。NLT–混凝土组合楼板可有效利用不同等级的木材，用钉连接成幅面较大的板材，具有制作工艺简单、成本低、力学性能好等优点。但是相对于其他类型的木楼板及木–混凝土组合楼板，国内外对NLT及NLT–混凝土组合楼板的研究较少，应用也不多。

（a）

（b）

图1?NLT板与NLT–混凝土组合楼板构造示意

（a）NLT板；（b）NLT–混凝土组合楼板

NLT在欧洲部分地区出现较早，20世纪初就有刚度要求较高的木桥面板采用NLT材料，后来在一些代表性木结构建筑的楼屋面中也有使用，图2为加拿大Calgary East Village社区体验中心的屋面板。NLT板在我国应用较少，万科青岛小镇游客中心屋面的NLT屋面板是一个具有代表性的工程案例，如图3所示，该项目虽因布置灵活、颇具动感的胶合木构件及蜿蜒曲折的NLT屋面在国内外多次获优秀设计奖，但性能更强的NLT–混凝土组合楼盖应用更少。本文简要介绍应用NLT–混凝土组合楼板的海博湾大酒店工程项目，并分析备受关注的组合楼板抗震性能和抗火性能。

（a）

（b）

图2?国内外NLT工程应用

（a）加拿大Calgary East Village社区体验中心屋面；（b）万科青岛小镇游客中心NLT屋面

图3?海博湾大酒店效果示意

1?工程概况

海博湾大酒店位于天津市滨海新区中加生态示范区—枫情商业广场，建筑平面呈扇形，如图3所示。该项目地上8层，地下1层，其中1层和2层为酒店配套服务用房；3~8层为酒店客房；地下1层为车库、辅助用房、设备用房。地下与地上建筑面积分别为11?910?m2和23?869?m2。

海博湾大酒店项目采用钢筋混凝土框架、胶合木梁柱体系、钢筋混凝土核心筒、钢支撑及NLT–混凝土组合楼板的混合结构体系。整个建筑由5个交通核心筒及4组客房区组成，如图4所示。核心筒布置于客房区两侧，既是竖向交通设施通道，又是结构抗侧力体系。1层和2层为钢筋混凝土框架，3~8层为胶合木梁柱体系。为提高结构抗侧能力，核心筒区外侧还设置了钢支撑。3~8层的楼板采用NLT–混凝土组合楼板，既可增加可再生的木材的应用量，又可通过混凝土面层增加楼板的刚度和抗火能力。核心筒内楼板采用钢筋混凝土板，客房区采用NLT–混凝土组合楼板。3~7层组合楼板总厚度为295?mm，包括184?mm厚的NLT板、上覆11?mm厚OSB板及100?mm厚钢筋混凝土整浇层；屋面板则由184?mm厚的NLT板、上覆11?mm厚OSB板及120?mm厚的钢筋混凝土整浇层。组合楼板与两侧钢筋混凝土核心筒体通过连接件有效连接。

图4?海博湾大酒店结构体系示意

2?NLT–混凝土组合楼板性能

海博湾大酒店项目采用特殊的木–混凝土混合结构体系，因存在扭转不规则、布置偏心、楼板不连续、承载力突变等不规则因素，故其抗震性能备受关注。又因组合楼板下部为木材，其抗火性能也值得研究。

2.1?NLT–混凝土组合楼板抗震性能

本工程场地位于天津市滨海新区生态城，根据GB?18306—2001《中国地震动参数区划图》相关规定，场地抗震设防烈度为8度，地震动峰值加速度为0.20g?；根据GB?50011—2010《建筑抗震设计规范》相关规定，场地为设计地震第二组。抗震分析具体相关参数见表1。

表1?本工程结构抗震设计的相关参数

本项目的抗震分析中，大震下采用YJK–PUSHOVER进行静力弹塑性分析，控制结构变形和塑性铰出现顺序，保证结构不倒塌；中震采用YJK进行整体计算，复核所有关键构件中震弹性下的抗剪承载力、抗弯承载力；小震则采用YJK和Midas Gen分别进行计算后对比，并补充了多遇地震作用下的弹性时程分析，以控制整体结构处于弹性状态，保证结构构件完好无损。计算结果表明，尽管组合楼板存在诸多抗震不利条件，但除少数楼板角部在大震时有一些应力集中外，其余均满足抗震承载力需求。针对计算中出现的局部应力集中，可在相应位置采取构造措施加强。

2.2?NLT–混凝土组合楼板的抗火性能

NLT属于截面尺寸较大的木构件，其本身的炭化作用使其具有良好的耐火性能，其耐火极限的计算原理与胶合木构件类似。海博湾大酒店项目的NLT楼板因上覆混凝土成为单面受火构件，其截面面积在火灾中会发生损失。为满足相应荷载（作用）下的耐火极限要求，可通过试验确定剩余截面的承载力。加拿大木业协会于2019年3月委托中国建筑科学研究院有限公司进行了2块NLT楼板试件的耐火性能试验，试验得到的升温曲线如图5所示。从图5可看出，试验开始30?min，45?min后，平均炉温缓慢上升且较稳定；到达耐火极限时，炉温上限与下限均超过1?000?℃；最终两块NLT试件分别达到设计耐火极限2.02?h和3.02?h（表2），试验后两个试件的剩余截面高度均符合甚至优于设计预期。图6为厚度140?mm的NLT试件试验后的曝火面的炭化情况。

（a）

图5?试件升温曲线

（a）试件NLT?140的升温曲线；（b）试件NLT?184的升温曲线

表2?NLT楼面板的耐火极限

图6?140?mm厚NLT试件试验后的曝火面炭化情况

3?结束语

利用可再生的木材资源，建造绿色、装配化程度高、抗震性能好的木结构或木混合结构，对推动建筑业绿色可持续发展具有重要意义。NLT–混凝土组合楼板中的NLT可利用各种等级的规格材（包括国产木材）做层板、无需表面刨光加工且无需粘结剂，仅通过钉接即可制成大幅面板材，是一种取材容易、制作方便、价格可控的木产品。通过工程案例分析，表明层板钉接木–混凝土楼板的结构和耐火性能均可满足工程需求，但目前这两种材料组成的组合楼板仍有许多值得研究的问题，例如对NLT中钉的材料类型和布置方式问题、NLT与混凝土间的共同作用问题等，还需要进一步开展深入研究。