什么是轻型木结构建筑?
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2023年08月18日 15:35:43
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01 概述 轻型木结构体系,是将小截面构件按一定的间距等距离平行排列形成框架,然后在框架外根据受力需要包上结构面板,形成建筑物的墙体、楼盖和屋盖等基本构件。整个结构体系就是由木构架墙体,楼盖和屋盖构成的箱形建筑结构体系。  ?ultralam 作为一种高次超静定的结构体系,轻型木结构的结构强度通过主要结构构件(木框架)和次要结构构件(木墙面板、楼面板和屋面板)的共同作用得到,

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概述


轻型木结构体系,是将小截面构件按一定的间距等距离平行排列形成框架,然后在框架外根据受力需要包上结构面板,形成建筑物的墙体、楼盖和屋盖等基本构件。整个结构体系就是由木构架墙体,楼盖和屋盖构成的箱形建筑结构体系。

图片 ?ultralam

作为一种高次超静定的结构体系,轻型木结构的结构强度通过主要结构构件(木框架)和次要结构构件(木墙面板、楼面板和屋面板)的共同作用得到,承担并传递作用于结构上的各种荷载。其中,建造结构框架主要使用规格木材(实心木)或工程木产品(再造木),覆盖在框架上的覆面板主要使用胶合板或定向木片板。

图片?decoist

历史上,轻型木结构建筑分成两种结构体系,即气球框架建造系统(Balloon Frame)和平台框架建造系统(Platform Frame)。

图片左图气球框架|右图平台框架

19世纪出现的气球框架建造系统(Balloon Frame)采用的是通柱式建造,因为工业化木杆的长度通常不超过6m,所以气球框架普遍应用于二层房屋建造,木杆无需切割直接通至屋檐。

而演化自气球框架的平台框架建造系统(Platform Frame)就选择把木杆按层切割,与上下楼面连成笼状,每层楼板完工后也就成为上层的施工平台,因而可以实现四、五层及以上的房屋。这种演化策略还有别的收获:在气球框架中,跨越楼层的饰面和保温材料都需要现场安装;而平台框架的构件不会跨越楼层,这一特征为将来出现更预制化的体系做好了准备。

图片?re-thinkingthefuture

从20世纪后期开始,轻型木结构建筑主导了北美的住宅市场,并广泛地用于商业和轻型工业建筑。随着建筑行业工业化的发展,现代轻型木结构建筑将更多地通过工厂预制的方式实现。轻型木结构建筑中所需的结构构件,可以在工厂加工完成并组成屋盖框架的桁架及墙体。通过工厂将木材材料切割、组装,然后整体运往工地现场安装,既可以节约时间,又有助于提高建造质量。

图片?Metsa Group


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发展历程

目前,轻型木结构在世界上多个国家地区广泛应用。单在北美,95%的低层住宅采用轻型木结构体系,还有约50%的低层商业、公共建筑也采用这种结构体系。 

轻型木结构建筑在欧洲也使用广泛,尤其是瑞典、芬兰等北欧国家。据估计,全世界每年大约建造200万栋轻型木结构房屋建筑。

图片?Juan Cordona图片?Juan Cordona


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主要模块

地面基础

在美国,轻型木结构的基础主要采用地下室基础。一般通过现浇钢筋混凝土或混凝土砌块建造,也有使用经加压防腐处理的木材建造,即除了地下室的底板采用混凝土外,周围墙体采用经过加压防腐处理的规格材和木基结构板材。之所以采用这类基础,是因为许多人不喜欢混凝土质感,希望地下室与上部结构有同样的建筑性能标准。 

图片?源自网络


楼盖系统

楼盖系统的构件包括梁,搁栅和楼面板材料,这些构件的选择是根据强度和刚度来确定的。根据强度要求(受荷载与所用材料的强度所控制)来确定构件尺寸;刚度要求则为了避免发生过度变形,限制振动和避免吊顶开裂。

楼盖系统的性能受多种因素影响,包括木材种类、等级、构件尺寸、构件间距;楼面底板厚度及楼面底板与搁栅之间的连接方法,以及相邻构件间荷载分配程度。 

图片?源自网络

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屋面系统

轻型木结构的屋面体系一般有两种,即传统的搁栅-椽条体系和轻型桁架。而后者的应用现在越来越广泛,已经达到了75%的市场占有率。建筑物的屋盖可以保护房屋免受气候的影响,并有助于控制房屋内外热量的流动。屋面板强度必须足以承受积雪、屋面材料以及在施工和维修时的荷载。用作屋面板的木基结构板材可为针叶木胶合板或定向刨花板(OSB)。

图片?Swedish Wood

建造屋盖的方法有两种。一种是在工厂预制,现场安装的屋盖桁架。另一种是将单个构件,例如椽条和搁栅、在现场组装构成屋盖。后者称为传统屋盖。大多数屋盖采用桁架建造, 以便节约现场工作时间和材料。桁架是工程木产品,可通过设计来满足雪载和屋盖自重等特定荷载。屋盖桁架横跨两侧外承重墙,无需中间支撑,可适用于几乎任何形状的屋顶,也可用于屋面悬挑结构。

图片?Swedish Wood


外墙系统

除了山墙,轻型木结构的外墙一般都是承重墙,承载楼盖和屋盖传来的荷载。墙体的框架构件主要包括竖向的墙骨柱和其他水平向构件,这些水平构件包括顶梁板,底梁板以及门窗洞上的过梁等。为使得过梁与墙体的宽度一至,一般在两根过梁间用填块连接。除此之外,也可采用预制工字木搁栅或其他结构复合材。

图片

?Hanabusa-kensetsu

外墙面板材料一般采用木基结构板材。在轻型木结构中,并不是要求所有的墙体都起到传递剪力的功能,对于具有传递剪力功能的墙体,我们称作加撑墙或剪力墙。为了保证这些墙体本身的刚度用以传递剪力,墙体内部必须有支承。而最常用和简单的支承办法就是利用墙面板,包括木基结构板材和石膏墙板。

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主要结构材料

规格材(Dimension Lumber)

轻型木结构的框架,或者说骨架,包括楼盖搁栅,屋盖椽条,天棚搁栅以及墙体中的墙骨柱等,一般采用规格材。所谓规格材是指按一定尺寸和模数制成的实心锯材,轻型木结构框架最常用的是截面宽度为38 mm (名义宽度2”)的构件。规格材的长度一般为600 mm 为进级单位。

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工字木搁栅(Wood I-joist)

工字木搁栅是一种可以有效代替实木规格材搁栅的工程木产品。工字木搁栅一般采用规格材或单板层积材(LVL) 作翼缘,结构胶合板或定向刨花板(OSB)作腹板。因为工字木搁栅采用了高强度的工程木,所以与传统的实木规格材搁栅相比,它的跨度更大(单跨一般可以达到18 米)。 

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轻型木桁架 (Truss)

轻型木桁架可用于轻型木结构的屋盖和楼盖,代替屋盖椽条和楼盖搁栅。屋盖桁架根据屋面形状的不同,有不同的坡度。杆件在节点处,采用金属镀锌齿板从桁架两侧压入,将所有杆件连接在一起。目前在美国,约有75%的住宅的屋盖系统采用轻型桁架。 

图片?Premierbuildingsupply

图片?Premierbuildingsupply

木基结构板材(Wood-based Structural Panels)

我们一般所说的木基结构板材包括结构胶合板(Plywood )和定向刨花板(OSB)。木基结构板材在轻型木结构中用作楼盖,屋盖和墙体的面板。作为结构构件,面板除了承载竖向重力荷载外,更主要起到传递和承载由风和地震荷载引起的侧向荷载的作用。所以称作结构板材,以示与不承重的非结构板材的区别。

图片?源自网络


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