8.2轻型木桁架

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木桁架斜撑连续边界杆件钉于桁架连续边界杆件上的面板木桁架钉于桁架上的覆面板图8.5.12桁架与剪力墙连接详图在楼、屋盖边缘，胶合板钉接于搁栅（或横撑）上，搁栅和剪力墙的顶梁板连接。搁栅和顶梁板的连接可通过横撑或封边搁栅与墙体顶梁板斜向钉连接，或用金属锚接板连接实现（图8.5.11）。楼、屋盖边界杆件应在角部连接。当墙体的顶梁板作为边界杆件时，可在交接处将顶梁板搭接并用钉连接。第六节轻型木桁架轻型木桁架的杆件采用各种尺寸的规格材。杆件用金属齿板连接，金属齿板由不同等级及不同厚度的镀锌钢板制作。桁架中所用的术语见图8.6.1.节间长度横向支撑上弦杆腹杆节点下弦杆齿板节间长度净跨总长水平悬挑（a）三角形桁架节点上弦杆齿板腹杆下弦杆支承点节间长度净跨总长（b）平行弦桁架图8.6.1桁架中的术语255 除了荷载布置与支座位置的限制外，桁架可以设计成各种形状。图8.6.2给出了在北美地区常用的轻型木桁架形式。悬臂式立柱式屋脊式双斜撑式芬克式荷兰屋脊式山墙顶式豪氏式普拉特式单坡式截头式（阿肯色/能量桁架）扇式多面板式/比利时式截头式剪刀式WW式/双芬克式拱式KK式/双豪威式拱状剪刀式反向式图8.6.2金属齿板连接木桁架典型轮廓图256 斜平板式阶梯式断坡式平板式（下弦支承）复斜式平板式（上弦支承）阁楼式弓弦式双斜坡式双坡度式背负式图8.6.2金属齿板连接木桁架典型轮廓图（续）一、材料用于轻型木桁架弦杆与腹杆的规格材应符合本手册表2.6.8中的分级要求。用于上弦杆与下弦杆的规格材的等级不应小于IIIc，横截面不小于40×65mm。用作腹杆的规格材可以为任何等级，但若腹杆截面为40×65mm时，规格材等级不应小于IIIc。2金属连接齿板应由镀锌钢板制成，钢板应在制作齿板前镀锌，镀锌量不应小于275g/m,钢板材质可以是Q235炭素结构钢或Q345底合金高强结构钢,钢的质量应符合国家标准《炭素结构钢》GB700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591的规定。当有可靠依据时，也可用其他型号的钢材。二、轻型木桁架的分析与设计金属齿板连接的木桁架采用不同的分析假定对结构分析的结果有很大的影响。每个国家对轻型木桁架有各自的设计标准。例如，加拿大和美国的有关设计标准分别为《金属齿板连接轻型木桁架的设计规程与规定》TPIC-1996和《金属齿板连接轻型木桁架的设计规程》ANSI/TPI1-1995A。轻型木桁架的设计包括：通过结构分析确定桁架杆件的内力；选择弦杆与腹杆用规格材的尺寸与等级；确定连接齿板的大小。轻型木桁架通常采用结构分析软件来进行设计，这些软件是根据特定的桁架设计程序开发的。1．桁架节点设置257 桁架的节点分为支座端节点、屋脊节点、对接节点、腹杆节点以及搭接节点，见图8.6.3所示。图8.6.3轻型木桁架的节点示意图（1）支座端节点由模拟的上弦杆、下弦杆、腹杆和三个分节点构成（见图8.6.4）。分节点定位方法是：在桁架下弦杆端部作一垂线，该垂线与桁架上、下弦杆中心线较低者的交点即为第1分节点；第2分节点位于下弦杆中心线上，并与第1分节点的水平距离为3s/4（s取值见图8.6.4），第1、2分节点的水平距离不应大于600mm；过第2分节点作一垂线与上弦杆中心线相交点即为第3分节点。当第2、3分节点与第1分节点的间距小于50mm（即3s/4＜50mm）时，则可将三个分节点简化图8.6.4支座端节点示意图为一个节点，即仅设第1分节点。（2）屋脊节点屋脊节点分为竖切屋脊节点和斜切屋脊节点。竖切屋脊节点的定位方法是：过屋脊点作一垂线，与两弦杆的中心线相交处即为竖切屋脊节点（图8.6.3）。当两弦杆截面高度或坡度不同时，该垂线与两弦杆的中心线的交点之间距离的1/2处为竖切屋脊节点。斜切屋脊节点定位于两弦杆中心线的交点。如图8.6.5所示。（3）对接节点对接节点定位于两弦杆的对接线上（图8.6.6a）或位于两弦杆中心线与该对接线交点间距离的1/2处（图8.6.6b所示）。图8.6.5斜切屋脊节点（a）（b）图8.6.6对接节点（4）腹杆节点腹杆节点位于腹杆与弦杆接触面长度s0的中点与弦杆中心线垂直相交处，如图8.6.7所示。图8.6.7腹杆节点（5）搭接节点258 在搭接杆端部作一垂线，搭接节点定/2e位于两搭接杆中心线与该垂线交点间距离/2的1/2处。如图8.6.8所示。e图8.6.8搭接节点2．桁架节点计算简图桁架的屋脊节点、对接节点、腹杆节点以及仅有第1分节点的支座端节点为铰接节点。桁架的其他节点为刚接节点。弦杆为多跨连续杆件。3．桁架支座假定桁架的左端支座设为固定铰支座，其他支座为活动铰支座。桁架两端支座应设在支座端节点中的第1分节点处。4．模拟杆件的尺寸与材料支座端节点模拟的上、下弦杆其截面尺寸、材质与其相邻的上、下弦杆相同。其他模拟杆件的截面尺寸取为40×90mm，材质取Ⅲc级。5．节点设置次序与调整桁架分析模型的节点设置次序按（1）屋脊节点；（2）腹杆节点，由杆件相交最多的腹杆节点至杆件相交最少的腹杆节点。（3）其他节点。距离小于50mm的两个节点可简化为一个，简化节点可设于两个节点间距离的1/2处。6．桁架各杆的轴力与弯矩设计时，轴力取杆件两端轴力的平均值；作用于节点上的力应取与该节点相连杆件的杆端内力。弦杆跨中弯矩取该节间弦杆所受最大正弯矩。对拉弯或压弯杆件，轴力取杆件两端轴力的平均值，弯矩取杆件跨中弯矩与两端弯矩中较大者。7．桁架构件承载力与变形限值轻型木桁架弦杆和腹杆的顺纹抗拉、顺纹抗压、抗弯、抗剪、复合拉弯和复合压弯等承载力应根据《木结构设计规范》GB50005-2003确定。轻型木桁架变形限值参考见表8.6.1。表8.6.1轻型木桁架变形限值参考表用途住宅商业农畜用房楼盖变形部位荷载组合q/3+gq+gq+gq+g垂直变形允许值上弦节间s/180s/180s/180s/180下弦节间s/360s/360s/360s/360悬臂b/120b/120b/120b/120悬挑a/120a/120a/120不适用L/180L/180L/180桁架下弦杆节点或节间如下L/360（g）L/360（g）L/360（g）（a）灰泥/石膏天花板L/36L/360（q）L/360（q）L/360（q）（b）其他天花板L/240L/240（q）L/240（q）L/360（q）（c）无天花板L/180L/240（q）L/240（q）L/360（q）最大水平变形允许值在活动铰支座25mm25mm25mm25mm注：1.表中q代表活荷载；g代表恒载；2.上、下弦节间变形指相对于其节点的局部变形；3.表中几何尺寸s、a、b、L取值见图8.6.9。259 sabLa图8.6.9桁架几何尺寸取值示意图8．节点设计轻型木桁架一般采用齿板进行节点连接，齿板连接应按《木结构设计规范》GB50005-2003条文6.3节规定进行验算。三、轻型桁架构造要求（一）对接接头位置上弦对接接头应符合下列要求：1、对接接头不应设置于桁架上弦节点处及桁架端部节间内；2、对接接头不应设置于邻近周边的四分点处；3、对接接头可设于内节间的四分点处，但该节间内只能设一个对接接头。下弦对接应符合下列要求：1、对接接头不应设于桁架端部节间内及邻近周边的四分点处；2、对接接头可设于内节间的四分点处；3、除邻近支座端节点的内节点外，其他内节点均可设对接接头。对图8.6.10所示单柱桁架与双柱桁架，其内节点可设对接接头。图8.6.10单柱与双柱桁架对接位置可在节间长度的±10%内调整。（二）短悬臂桁架轻型木桁架两端悬臂长度之和不应超过桁架净跨的1/4，且桁架每端最大悬臂长度不应超过1400mm。最大悬臂长度“c”的计算见图8.6.11。图8.6.13b中，S2的最小值＝Lb＋102mm；S2的最大值由楔块高度等于下弦杆截面高度定。（a）（b）（c）（d）图8.6.11最大悬臂长度260 图8.6.11a、b为标准端点，图8.6.11c、d为梁式端点。S2的最小值取Lb＋100mm；S2的最大值由楔块高度等于下弦杆截面高度确定。图8.6.11中，（a）、（c）最大悬臂长度c按c=s−(Lb+13mm)计算；（b）、（d）最大悬臂长度c按c=s1+89mm计算。对图8.6.11c所示支座端部构造，弦杆斜切面过长时宜设系板。对图8.6.11b、d所示支座端部构造，应设连接三角木楔块的固定系板。固定系板面积取相应支座端节点齿板面积的20%。（三）端部高度对图8.6.11所示端部构造，若端点高度小于或等于6mm，则可取其为零。四、桁架的运输与安装单榀轻型木桁架在自身平面内刚度大、强度高，但平面外的工作性能非常薄弱，极易受损。轻型木桁架只有在其支撑和面板全部安装就位后才能达到他的极限强度。单榀轻型木桁架的运输、就位与支撑布置必须得当。图8.6.12给出了单榀桁架起吊与运输时的正确方法。单点吊导向线≤6m≤6m导向线约1/2桁架跨长约1/2桁架跨长≤9m≤9m分配梁约1/2至2/3桁架跨长约1/2至2/3桁架跨长≤18m≤18m起吊梁确保桁架安全约2/3至3/4桁架跨长约2/3至3/4桁架跨长>18m>18m图8.6.12桁架的运输与安装261 如果桁架在施工前要存放，则要布置足够的竖向支承和侧向支撑以避免桁架产生过大的侧向弯曲或发生倾覆。如果桁架的齿板与木杆件连接不牢或板齿钉钉入不当造成节点松动，则不能将松动的齿板钉回原位。因为松动的节点已影响到板齿的承载力和木材的完整。若要修复，必须有结构工程师参与确定修复方案。五、桁架的临时和永久支撑轻型桁架尽管自重轻、强度高，但若没有永久支撑以及面板起侧向支撑的作用，则很容易发生屈曲。为了保证桁架的结构整体性，桁架在吊装就位过程中以及就位结束后必须采用临时和永久支撑。为了保证支撑的施工质量，须对支撑的施工过程进行检查。（一）临时支撑桁架在就位过程中必须及时安装临时支撑。临时支撑的作用是保证桁架能承受自重、施工时的风荷载以及楼屋面材料等临时施工荷载。如果临时支撑布置不当，许多桁架在吊装就位过程中或刚就位后就可能发生破坏。在施工过程中桁架的主要破坏形式为：1.桁架与支承结构间没有足够锚固或桁架之间缺少充分拉结而造成桁架成片倒塌，这种破坏类型称作桁架倾覆破坏。2.桁架在支撑或面板安装之前，其上弦在自重产生的压力下发生侧向压曲破坏。第一榀桁架的临时支撑十分重要，因为他可作为后续桁架的临时支撑。第一榀桁架的临时支撑可由一榀或多榀侧立的构架组成，如图8.6.13所示。若吊装设备允许，也可将几榀桁架和其支撑全部拼装好后起吊就位，由他们为后续桁架提供临时支撑。支撑构架（临时）该支撑保证了第一榀桁架的安全并为后续桁架的临时支撑提供了依靠上弦平面内的纵向水平支撑（临时）≤3m图8.6.13临时支撑与永久支撑（一）262 桁架上弦和下弦间的临时纵向水平支撑能避免桁架弦杆屈曲，桁架间的临时纵向垂直交叉支撑能避免桁架的倾覆。有了这些临时支撑的桁架才能形成整体的结构单元（见图8.6.13与8.6.14）。桁架间临时与永久的纵向垂直交叉支撑当面板起支撑作用时，该临时支撑可以拆除或保留。腹杆支撑（永久腹杆）腹杆支撑可用来减少受压长腹杆的计算长度。图8.6.14临时支撑与永久支撑（二）桁架纵向支撑（临时檩条）的间距为1.8m至3m。桁架跨度越大，其纵向支撑的间距越小。当桁架间距不大于600mm时，临时纵向垂直交叉支撑的截面尺寸为20x90mm，在交叉处用2枚65mm的钉钉接。当桁架间距大于600mm时，临时纵向垂直交叉支撑的截面尺寸不应小于40x90mm，在交叉处至少用2枚75mm的钉钉接。在施工过程中应控制轻型桁架上临时堆放的建筑材料数量，以避免他们所产生的荷载超过轻型桁架的设计承载力。（二）永久支撑永久支撑的作用是保证桁架结构能承受规范规定的活载与恒载，将竖向荷载分配到相邻桁架，以及将作用在桁架的水平荷载传递至楼屋盖、剪力墙或其他结构支承。永久支撑应由桁架设计工程师在施工图上标明。工程承包商应按图施工，保证桁架设计图中标明的所有永久支撑准确安装。桁架的永久支撑主要有以下4类：1．纵向垂直交叉支撑对于平行弦桁架，应在桁架间下弦端部设置纵向垂直交叉支撑以保持桁架的整齐排列以及将作用在屋盖上的水平荷载传递至支承墙体。桁架间的纵向垂直交叉支撑的布置如图8.6.14所示。当屋盖与吊顶有面板时，对于跨度小于或等于12m的坡面桁架，无需采用永久纵向垂直交叉支撑。2．腹杆支撑桁架受压腹杆的纵向支撑布置如图8.6.14中所示。有了这些支撑的受压腹杆能承受的荷载要比没有支撑的受压腹杆大得多。263 屋面均布荷载可能会使桁架中受压腹杆产生压屈，从而造成由纵向支撑拉结的所有桁架腹杆向同一方向侧移。为保证桁架受压腹杆纵向支撑的稳定，应在建筑物长度方向每隔一定间距布置纵向垂直交叉支撑，将腹杆支撑和屋盖或吊顶连接起来。3．桁架上弦平面内的纵向水平支撑图8.6.15所示桁架上弦平面内的纵向水平支撑。该支撑是为了避免桁架上弦的侧向移动。当屋盖有面板时，可不需要上弦纵向水平支撑，屋盖的水平承载力需经过设计计算。上弦平面内的纵向水平支撑(永久)当有面板时，纵向水平支撑可不需要。安装在桁架上弦下侧的临时支撑可保留。下弦平面内的纵向水平支撑（永久）在没有刚性吊顶处，应在桁架下弦平面内布置纵向水平支撑。图8.6.15临时支撑与永久支撑（三）4．桁架下弦平面内的纵向水平支撑图8.6.15所示桁架下弦平面内的纵向水平支撑。该支撑用于内部无刚性吊顶以及没有能将风荷载传递至屋盖和基础的端墙的建筑。桁架下弦平面内纵向水平支撑能使屋盖抵抗纵向水平力。这些支撑也可作为桁架下弦杆的侧向支座，帮助下弦杆抵抗由于风的上拔力或楼盖不均匀荷载所引起的反向弯曲应力。当桁架下弦没有刚性吊顶时，纵向水平支撑的间距须由桁架设计工程师确定。第七节构件连接件构架连接件与搁栅吊是轻型木结构中最常用的连接件（图8.7.1）。连接件一般由镀锌钢板制造，钢板的厚度通常为1.6mm、1.3mm和1.0mm。构架连接件用途广泛，适用于各种节点形状。通常成对安装以避免偏心。绝大多数的构架连接件都有左连接、右连接两种类型。搁栅吊与梁吊可用于搁栅与梁的连接以及梁与梁的连接。他们有两种类型：顶部安装类型和侧面安装类型。顶部安装搁栅吊有一弯曲的翼片可以钉在梁的顶部。侧面安装搁栅吊是钉在梁的264 侧面。特制的搁栅吊也可用于木桁架和工字型搁栅。用于构架连接件和搁栅吊的钉子直径较大，通长为3.2mm或3.8mm。为了满足钉子制造商确定的钉子安全工作荷载，必须采用适当类型与数量的钉子。（a）一般用途的构架连接件（b）用于抗拉或抗拔的构架连接件（c）三向连接构架连接件（d）搁栅与檩条吊图8.7.1构架连接件应用于构架中的其他连接件为柱和地梁板的连接件，见图8.7.2。（a）柱帽（b）柱锚固件265 （c）地梁板锚固件（d）金属板条图8.7.2其他连接件一、典型的连接构造本节给出的连接构造经常应用在大型商业木结构建筑中，见图8.7.3、图8.7.4、图8.7.5。本节仅提供这些连接构造的概念，钉的实际数量和大小应根据结构图纸或根据木桁架和工字型搁栅生产商的要求来确定。屋盖搁栅或桁架和支承墙或梁间应可靠锚固，这对抵抗上拔力非常重要。在搁栅和桁架支座处需设置斜撑或横撑，以避免他们产生转动。当木屋盖或木楼盖作为混凝土或砌体墙的侧向支承时，应在整个建筑的长度方向每隔一段距离将墙体与骨架构件拉结。拉杆的间距沿墙的长度方向应不大于2m。拉杆可为金属板条或托架，拉杆和骨架构件及墙之间用螺栓锚固。拉杆和墙的锚固不能采用斜向钉连接。横向支撑承压托架抗拔锚固锚固螺栓胶合木梁墙体锚固托架砌体壁柱横挡与墙螺栓连接（a）砌体壁柱上的木桁架与工字型搁栅（b）木横挡上的木桁架与工字型搁栅墙体拉杆工字型搁栅之间的横撑搁栅吊腹板加劲肋腹板加劲肋工字型搁栅横挡与墙螺栓连接（d）搁栅吊上的工字型搁栅（c）木横挡上的工字型搁栅图8.7.3木桁架或工字型搁栅与砌体墙的连接266 工字型搁栅腹板加劲肋抗拔锚固件抗拔锚（b）平屋顶搁栅（a）人字形桁架桁架间横撑工字型搁栅之间的横撑抗拔锚固腹板加劲肋（c）平行弦桁架–上弦支承（d）连续搁栅木桁架之间横向剪刀撑腹板加劲斜角连接件抗拔锚固（e）平行弦桁架–下弦支承（f）斜屋盖搁栅图8.7.4木桁架或工字型搁栅与墙体的连接木桁架之间横向剪刀撑支承托架角钢夹抗拔锚固件胶合木或工程木梁胶合木或工程木梁（a）平行弦桁架与胶合木梁的连接267 木桁架之间木桁架之间的横撑的横向剪刀撑抗拔锚固件与梁用螺栓连接的钉接与梁用螺栓连接钢梁抗拔锚固件横向支撑钢梁（b）平行弦桁架与钢梁的连接木钉接板搁栅吊腹板加劲肋腹板加劲肋金属吊钢梁胶合木或工程木梁（c）I型木搁栅与胶合木梁的连接（d）I型木搁栅与钢梁的连接图8.7.5木桁架或工字型搁栅与梁的连接二、工字型木搁栅的连接要求用来支承工字型木搁栅的搁栅吊和连接件应专门设计。用于规格材或胶合木梁的搁栅吊，由于钉子和钉间距的原因，会造成搁栅翼缘与腹板加劲肋劈裂。因此在选择工字型木搁栅的搁栅吊时应考虑钉的长度与直径、钉的位置、搁栅支承能力、支承构件的组成、搁栅吊尺寸以及承载力。例如用于工字型木搁栅和胶合木梁支承间的搁栅吊可能不能用作工字型木搁栅和工字型木搁栅的连接。通常，钉入翼缘的钉子直径不应大于3.8mm，长度不大于38mm。钉入腹板加劲肋的钉子直径不应超过4.2mm。第八节国外工程木产品一、产品介绍1．结构复合材结构复合材是应用于建筑工程的所有复合木产品的总称。包括旋切板胶合木（或称单板成集材LVL–LaminatedVeneerLumber)、平行木片胶合木(PSL–ParallelStrandLumber)、层叠木片胶合木(LSL–LaminatedStrandLumber)、定向木片胶合木(OSL–OrientedStrandLumber)以及其他具有类似特征的复合木产品。旋切板胶合木的生产始于19世纪70年代早期，平行木片胶合木在19世纪80年代进入商业应用。结构复合材通常用外用防水胶生产，强度高，含水率低，安装后收缩变形很小。目前结构复合材在国外被广泛用作轻型木构架以及普通建筑中的梁和柱。结构复合材属专有产品，每一结构复合材都有各自独特的材料性能。到目前为止还没有结构复合材的统一生产标准，结构复合材的产品质量由各产品制造商自己负责。268 一般结构复合材的长度可达20m。出厂的结构复合材应在表面每隔一定距离盖有包括生产厂商、产品名称以及应力等级的产品标识印章。结构复合材的标准尺寸每个国家基本相同，见表8.8.1、表8.8.2。表8.8.1北美常用结构复合材的标准尺寸产品名称标准尺寸（mm）旋切板胶合木45×24045×35545×40545×475－－45×24045×29045×32045×355－－90×24090×29090×32090×35590×40590×455梁135×240135×290135×320135×355135×405135×455平行木片胶合木180×240180×290180×320180×355180×405180×45590×9090×13590×180－－－柱135×135135×180－－－－180×180－－－－－表8.8.2新西兰常用旋切板胶合木的尺寸标准尺寸（mm）36×15036×20045×17045×20045×24045×30045×36045×40063×17063×20063×24063×30063×36063×40063×45063×60090×15090×20090×24090×30090×36090×400结构复合材通常用外用防水胶生产，他们强度高，含水率低，安装后收缩变形很小。目前结构复合材被广泛用作轻型木构架以及普通建筑中的梁和柱。（1）旋切板胶合木旋切板胶合木是用结构粘合剂将交错叠放的多层平行单板粘合在一起而制成的长板材，可非常灵活地切割成所需规格的板材。图8.8.1是旋切板胶合木的制造流程。旋切机超声波分级机涂胶机单板干燥机压合机横锯层叠装置纵锯图8.8.1旋切板胶合木制造流程示意图269 旋切板胶合木（LVL）是在一定温度和压力下用胶将旋切板热压而形成的工程木产品（图8.8.2）。生产中每一旋切板的纤维方向与产品的长边平行。通常旋切板胶合木的宽度为45mm，高度由240mm至475mm不等。旋切板胶合木对木材种类没有特别要求。一般能制造胶合板的树种都能用来生产旋切板胶合木。旋切板胶合木一般用于制作建筑中的梁、桁架弦杆、屋脊梁、预制工字形搁栅的翼缘以及脚手架的铺图8.8.2旋切板胶合木(LVL)板。旋切板胶合木也用作建筑中的柱以及剪力墙中的墙骨柱。旋切板胶合木中的旋切板厚度通常为2.5mm–3.0mm，一般不超过6mm。与胶合板的生产类似，刚旋切下来的板片通过机械干燥、平整，并根据原料的天然缺陷如木节、节孔和劈裂的数量和尺寸来分类。由于生产中对旋切板胶合木中的每一层旋切板的等级和质量有严格的控制，因此旋切板胶合木的材性变化较小。旋切板胶合木有良好的力学性能和尺寸准确性。（2）层叠木片胶合木和定向木片胶合木层叠木片胶合木（LSL）是定向木片板（OSB）技术的扩展（图8.8.2）。层叠木片胶合木中所用的木片长度约300mm，为定向木片板中木片长度的3－4倍。小直径原木以及生长中扭曲的原木如白杨、黄杨和其他一些速生林树种都能用来制造层叠木片胶合木。层叠木片胶合木中木片的定向要求较高，为获得较高的密实度，生产层叠木片胶合木需要较大的压力。定向木片胶合木（OSL）是层叠木片胶合木产品的形式之一。其制造过程与层叠木片胶合木图8.8.2层叠木片胶合木(LSL)类似，两者的主要不同在于他们所使用的木片长度。定向木片胶合木中的木片长度较短，一般不超过150mm。定向木片胶合木的强度和刚度比层叠木片胶合木稍低。一般层叠木片胶合木的强度和刚度稍低于旋切板胶合木和平行木片胶合木。一般层叠木片胶合木的尺寸稳定性不及旋切板胶合木和平行木片胶合木，当含水率变化时，层叠木片胶合木的厚度胀缩比旋切板胶合木和平行木片胶合木图8.8.3平行木片胶合木(PSL)的胀缩要大。（3）平行木片胶合木平行木片胶合木（PSL）由沿产品长度方向的薄木片胶合而成（图8.8.3）。平行木片胶合木中的木片厚度通常小于6mm，长度约为厚度的150倍。生产平行木片胶合木的木材一般没有严格限制。平行木片胶合木在其主轴方向的强度和刚度很高，可用作为结构中的梁、柱和墙骨柱。270 2．工字形木搁栅工字形木搁栅的翼缘通常为机械应力分级材或旋切板胶合木，腹板为胶合板或定向木片板。工字形木搁栅的长度可达20m，通常用于跨度较大的建筑中。工字形木搁栅也属于专有产品。每个制造商生产的工字形木搁栅都有各自独特的强度和刚度。一般制造商的产品说明书中包含其产品的容许荷载表和安装指南。楼盖搁栅的腹板也可开孔以安装电线或管道系统。工字形木搁栅腹图8.8.4典型的工字形木搁栅板上的开孔位置应严格按照制造商的建议进行，翼缘上严禁开孔。工字形木搁栅的标准尺寸见表8.8.3。大多数产品供应商备有标准的连接件，这些连接件都经过特别设计并能与工字形木搁栅配套。表8.8.3典型的预制工字形木搁栅的高度常用预制工字形木搁栅的高度,mm240290300320355405455510二、产品评估由于工程木产品属专有产品，没有统一的生产标准，所以这些产品的产品质量和强度指标应由有关管理部门按有关程序进行产品评估并颁发产品认证报告。在北美，结构复合材的评估以及他的物理和力学性能可根据ASTMD5456《结构复合材的评估技术标准》确定。工字形木搁栅的评估以及他的物理和力学性能可根据ASTMD5055《预制工字形木搁栅结构承载力的确定和监控技术标准》确定。和规格材相似，结构复合材和工字形木搁栅的主要强度指标也是通过足尺试验确定。结构复合材的试验包括构件的受弯、受拉、受压和受剪。工字形木搁栅的试验包括构件的受弯、受剪、翼缘端接点和局部支承的性能，以及开洞腹板的抗剪强度。三、结构设计和施工结构复合材应在室内常温环境使用。在施工过程中结构复合材应尽量避免雨水或受潮。如果需要在结构复合材上开孔，其开孔位置和大小应严格按照制造商的建议进行。施工中严禁使用受到破损的结构复合材。工字形木搁栅的设计与规格材的设计有显著不同。首先是挠度计算，在规格材的挠度计算中，剪力引起的挠度很小，一般通过调整弹性模量的设计值来间接考虑剪力的影响。对于工字形木搁栅，剪力引起的挠度对总挠度的影响较大，因此计算挠度时应单独考虑剪力所产生的挠度。在北美，工字形木搁栅制造商的产品说明书中都包含有用于计算因剪力所产生的挠度的剪力挠度系数K。公式（8.8.1）和（8.8.2）可用来计算单跨均布荷载或中点集中荷载作用下工字形木搁栅的挠度。425qlql均布荷载w=+(8.8.1)384EIK3Pl2Pl中点集中荷载w=+(8.8.2)48EIK由于工字形木搁栅的腹板截面狭窄，腹板的剪力有可能使翼缘发生劈裂。因此，工字形木搁271 要考虑搁栅中间和端部支承反力的影响。由于搁栅中间和端部支承反力的设计值是分别根据最小支承长度90mm和45mm的假设确定的，因此搁栅中间和端部支承反力的设计值有所不同。对于悬臂工字形木搁栅，如果靠近悬臂端的支承长度至少为90mm，则该支承反力的设计值可采用搁栅中间支承反力的设计值。用来支承工字型木搁栅的搁栅吊应专门设计。对于传统规格材或胶合木梁的搁栅吊，所用的钉子和钉间距可能会劈裂搁栅翼缘与腹板加劲肋。因此在选择工字型木搁栅的搁栅吊时应考虑搁栅吊尺寸以及承载力，钉的长度、直径与钉的位置、搁栅的支承能力和支承构件的组成。有关工字型木搁栅搁栅吊的详细信息可从工字形木搁栅制造商的产品说明书中得到。若腹板加劲肋和搁栅吊两侧钉连接，则搁栅的最小支承长度可减少。腹板加劲肋可帮助将荷载直接从搁栅腹板传递到搁栅吊上，从而减少了传递到搁栅吊底部支承面的荷载。绝大多数工字型木搁栅的抗扭能力较差，这在搁栅与搁栅的连接设计时应考虑。外加偏心荷载可能会造成搁栅扭转。当偏心荷载较大时，可在下翼缘通过斜撑、约束板条或顶棚系统来抵抗扭转。搁栅吊应能为搁栅上翼缘提供横向支承（图8.8.5a），这通常通过与搁栅等高的搁栅吊翼缘来实现。搁栅吊应至少延伸至有腹板加劲肋的搁栅高度的中部。当用搁栅吊在某一搁栅的上翼缘支承另一个工字型木搁栅时，作为支撑的搁栅从底部到上翼缘应用腹板加劲肋加强（图8.8.5b）以避免支撑搁栅上翼缘的出平面弯曲与转动。当用搁栅吊在某一搁栅的下翼缘支承另一个工字型木搁栅时，钉入支承搁栅的钉子应穿过腹板钉入另一侧加劲肋（图8.8.5c），以提供对搁栅吊的支承。最小D/2上下翼缘应有横向约束以抵抗扭转与腹板屈曲搁栅的上翼缘应有支承以避免横纹弯曲与扭转a)工字型木搁栅与梁的连接b)顶部支承的连接搁栅吊的钉子应穿过搁栅腹板加劲肋钉入另一侧横撑上c)底部支承的连接图8.8.5工字型木搁栅腹板的支承第九节设计算例2【例题8.9.1】某两层轻型木结构建筑，总建筑面积为650m，总高度为10.30m。基本雪压为220.2kN/m；基本风压为0.55kN/m;地面粗糙度A类；抗震设防烈度为7度第二组、设计基本272 地震加速度为0.1g，场地类别III类。该建筑的立面及平面图分别见图8.9.1、8.9.2和8.9.3。(a)南立面(b)北立面图8.9.1建筑物南北立面00250900300010350034(a)西立面273 (b)东立面图8.9.2建筑物东西立面1345678101127500005900270031503150315031503150315010090EE临临临临D餐厨时时时时临临客客客客时时80厅房房房房房客客648000房房5511800C10972001B272储准备室藏设备室6003室0026AA230063003150630043205130127459卫生间11(a)一层建筑平面274 481125060616012600630028003500900EED办值储公班藏室室6480室5580会议室报告厅13170C10900展2720示B53206690区入口大厅2600AA800卫生间1370160067010000242064801930212022501890063001A811(b)二层建筑平面图8.9.3建筑物平面图表8.9.1列出了该建筑采用材料及自重。表8.9.1设计中使用的主要建筑材料名称自重2屋面瓦0.71kN/m212mm胶合板或定向木片板0.075kN/m215mm胶合板或定向木片板0.09kN/m2屋架间距600mm0.10kN/m212mm石膏天花板0.10kN/m2保温材料0.075kN/m240×235mm间距@400mm搁栅0.120kN/m240×140mm间距@400mm墙骨柱0.070kN/m212mm石膏板0.125kN/m28mm石膏板0.075kN/m2铝合金外墙面0.075kN/m3加拿大花旗松4.90kN/m3胶合木7.21kN/m该建筑的外墙、C轴、4轴和8轴的墙面板均采用胶合板或定向木片板加石膏板的组合墙面，其余墙体的墙面板均采用石膏板墙面。(一)荷载计算1．永久荷载(1)屋盖荷载标准值2屋面瓦0.71kN/m212mm胶合板或定向木片板0.075kN/m2屋架间距@600mm0.10kN/m275 22×12.5mm石膏天花板0.20kN/m2屋盖保温材料0.5×0.15=0.075kN/m2总计：1.16kN/m(2)楼面荷载标准值2地毯0.10kN/m215mm胶合板或定向木片板0.09kN/m240×235mm间距@400mm搁栅0.12kN/m22×12.5mm石膏天花板0.20kN/m2地热取暖层38×0.25=0.95kN/m2总计：1.46kN/m(3)外墙荷载标准值212mm石膏板0.125kN/m212mm胶合板或定向木片板0.075kN/m240×140mm间距@400mm墙骨柱0.070kN/m2铝合金外墙面0.075kN/m2墙体保温材料0.030kN/m2其他0.030kN/m2总计：0.405kN/m(4)内墙荷载标准值2a．12mm石膏板0.125kN/m212.5mm胶合板或定向木片板0.075kN/m27.5mm石膏板0.075kN/m240×140mm间距@400mm墙骨柱0.070kN/m2墙体保温材料0.030kN/m2其他0.030kN/m2总计：0.405kN/m2b．12mm石膏板(两层)0.25kN/m240×140mm间距@400mm墙骨柱0.070kN/m2墙体保温材料0.030kN/m2其他0.030kN/m2总计：0.38kN/m2．可变荷载2（1）雪荷载标准值：sk=µrs0=1.0×0.2=0.2kN/m2（2）屋面活荷载标准值：不上人屋面，活荷载为0.5kN/m2（3）楼面活荷载标准值：楼面活荷载为2.0kN/mw=βµµw（4）风荷载标准值：kzsz0276 式中：β为风振系数，取1.0；zµ为风荷载体型系数，具体数值右图；sµz为风压高度变化系数，A类地面粗糙度，离地高度10米处，取1.38；2w0为基本风压，为0.55kN/m；w=βµµw=1.0×µ×1.38×0.55=0.76µkPakzsz0ss图8.9.4建筑物风荷载标准值(a)屋盖水平风荷载0横向：F2-H=[(0.61+0.38)×(3.5/2+0.9)+(0.38-0.21)×sin23×2.5]×25.87=72.2kN纵向：F2-Z=(0.61+0.38)×[(3.5/2+0.9)+2.5/2]×11.8=45.6kN(b)屋盖竖向风荷载0F2-up=(0.38×7.48+0.21×6.69)×cos23×25.87=101.1kN↑(c)楼盖水平风荷载横向：F1-H=(0.61+0.38)×(3.5/2+3.4/2)×27.5=93.9kN纵向：F1-Z=(0.61+0.38)×(3.5/2+3.4/2)×11.8=40.3kN（5）地震作用(采用底部剪力法计算)GiHiGiHiFi=nFEK(1−δn)=nα1Geq(1−δn)∑GjHj∑GjHjj=1j=1Tgγ式中α1——水平地震影响系数；α1=()η2αmaxT其中Tg=0.55，η2=1.0T=0.75=0.75=0.29（见GB50005-2003第9.2.2条）0.05H0.05×10.3由于0.10.5×3.91×25.78=50.4kN(2)屋盖边界杆件承载力验算：屋盖边界杆件由二层外墙的双层顶梁板2×40×140mmIIc/IIIc级花旗松规格材组成。沿①～⑧轴线间的边界杆件承受的轴向力设计值为：wL22M1f13.91×(18.9+0.67)kNNf====15.86B08B08×11.8由于杆件的抗拉承载力低于抗压承载力，故边界杆件的轴向承载力由抗拉承载力控制Nt=2×40×140×5.4=60.48kN>Nf=15.86kN4．二层外墙墙骨柱设计二层外墙墙骨柱为40×140mmIIc/IIIc级花旗松，墙骨柱间距为400mm。墙骨柱的计算长度为l0=3.5m，其计算简图及节点图见图8.9.8。由规范GB50005-2003附表J.0.1-1查得墙骨柱的各强度设计值。桁架N梯形桁架梯形桁架@600间距600mmmm间距均布屋面板楼面板/m42kN桁架生产厂家提供0.3=桁架之间及与墙体w连接的连接件3840mmmm双顶梁板双层顶梁板剪力墙外墙胶合板N楼盖与墙平齐图8.9.8二层外墙墙骨柱计算示意图及与桁架的连接2作用在屋面的竖向荷载设计值为：S=1.2×1.16+1.4×0.5=2.09kN/m。每根墙骨柱承受的荷载设计值为：N=0.4×2.09×(6.48×0.5+1.0)=3.54kN风荷载设计值为：w=1.4×0.61×0.4=0.342kN/mwL220.342×3.5M===0.52kN-m88按强度验算:283 NM3.54×1030.52×106×6+=+=0.48<1.0AnfcWnfm40×140×1540×1402×9.1按稳定验算:N≤fcϕϕmA0式中ϕ=1.0，λ=l0=86.60,所以mIA1ϕ==0.36λ21+()65故该墙骨柱的稳定性N3.54×100022==1.76N/mmVf=23.0kN(2)剪力墙边界杆件承载力验算剪力墙的边界杆件为剪力墙边界墙骨柱，为两根40×140mmIIc/IIIc级花旗松规格材。边界杆件承受的设计轴向力为：Nf=23.0×3.5/5.58=14.43kN由于杆件的抗拉承载力低于抗压承载力，故边界杆件的轴向承载力由抗拉承载力控制Nt=2×40×140×5.4=60.48kN>Nf=14.43kN(3)剪力墙连接件验算a．连接件与楼盖的连接连接件与楼盖的连接由一个M16C级普通螺栓承受。根据钢结构设计规范GB50017-2003，b2普通螺栓的抗拉极限为ft=170N/mm，故螺栓承载力：πd22b3.14×16Nr=ft=×170=34.16kN>Nf=14.43kN44b．连接件与墙骨柱的连接连接件与墙骨柱的连接由6个M10C级普通螺栓传递。2Nv=kvdfc284 式中kv=7.5,所以22Nv=kvdfc=7.5×10×15=2.90kN>Nf/6=2.41kNc．墙骨柱螺栓连接处偏心受拉验算偏心弯矩M=Nfe=14.43×40=577.2kN-mm，由规范GB50005-2003式5.3.1NM14.43×1000577.2×1000+=+=0.71<1.0AnftWnfm(140−10)×80×5.41×(140−10)×802×9.166.楼盖搁栅ML10设计搁栅的间距为400mm，支承在剪力墙上，见图8.9.9。作用在楼面的竖向荷载设计值为：2S=1.2×1.46+1.4×2.0=4.55kN/m搁栅为40×235mmIIc/IIIc级花旗松。搁栅的自重设计值为1.2×4.9×0.04×0.235=0.055kN/m。故搁栅承受的均布荷载设计值为：g+q=0.4×4.55+0.055=1.88kN/m。设计荷载g+q=1.88kN/m5231403150图8.9.9楼板搁栅ML10(g+q)L221.88×3.15M===2.33kN-m88(g+q)L1.88×3.15V===2.96kN22(1)弯曲强度验算M22=6.33N/mm0.5×4.78×(21.2+2×3.15)=65.7kN(2)楼盖边界杆件承载力验算楼盖的边界杆件由一层外墙的顶梁板组成。顶梁板为双层40×140mmIIc/IIIc级花旗松规格材。沿①～⑧轴线间的边界杆件承受的轴向力设计值为：2M1wfL1Nf=+N1f=+N1fB08B0式中L1为①轴线和⑧轴线之间的距离；N1f为由上层剪力墙传递到楼盖边界杆件的侧向力，该侧向力的大小与屋盖边界杆件的侧向力相同。所以，2M14.78×21.2Nf=+N1f=+15.86=38.62kNB08×11.8由于杆件的抗拉承载力低于抗压承载力，故边界杆件的轴向承载力由抗拉承载力控制N=2×40×140×5.4=60.48kN>N=38.62kNtf8．一层内墙SW3墙骨柱设计一层内墙墙骨柱为40×140mmIIc/IIIc级花旗松，墙骨柱间距为400mm。墙骨柱的计算长度为l=3.4-0.25=3.15m。作用在一层墙体上的竖向荷载设计值为：0二层内墙1.2×3.5×0.405=1.70kN/m楼盖(1.2×1.46+1.4×2.0)×(3.15+2.7)/2=13.31kN/m总计：15.01kN/m故每根墙骨柱承受的荷载设计值为：N=0.4×15.01=6.0kN查本设计手册第十三章第十七节表13.17.1,可知40×140mmIIc/IIIc级花旗松满足设计要求。9．一层外墙墙骨柱设计一层外墙墙骨柱为40×140mmIIc/IIIc级花旗松，墙骨柱间距为400mm。墙骨柱的计算长度为l0=3.15m。作用在一层外墙上的荷载设计值为：屋盖(1.2×1.16+1.4×0.5)×(5.32×0.5+1.37)=8.43kN/m二层外墙1.2×3.5×0.405=1.70kN/m286 楼盖0.5×(1.2×1.46+1.4×2.0)×3.6=8.19kN/m总计：18.32kN/m故每根墙骨柱承受的竖向荷载设计值为：N=0.4×18.32=7.33kN风荷载设计值为：w=1.4×0.61×0.4=0.342kN/m查本设计手册第十三章第十八节表13.18.1,可知40×140mmIIc/IIIc级花旗松满足设计要求。10.一层剪力墙SW2及SW3设计沿④轴线剖面的一层剪力墙由内墙SW2与SW3组成，长度分别为3.6m和6.48m。构成剪力墙SW2及SW3的墙骨柱、顶梁板和底梁板以及墙面板与SW1相同。经计算，风荷载作用下墙承受的总剪力设计值为26.0kN。假设剪力墙的刚度与长度成正比，则每片剪力墙所承受的剪力为：26.0Vsw2=3.6×=9.3kN6.48+3.626.0Vsw3=6.48×=16.7kN6.48+3.626.0由剪力墙SW1设计可知剪力墙的设计抗剪承载力为：fd=4.4kN/m>ff==2.58kN/m，6.48+3.6故一层剪力墙SW2及SW3满足设计要求。11．连接设计(1)屋盖与墙体的连接由于作用在屋盖上的上拔力(101.1kN)小于屋盖单元自重(545kN)，故不需进行上拔力验算。12.125mmm胶合板或OSB墙面82mm普通钢钉@250mm钉距15mm胶合板楼面38mmx235mm40×235mm实木圈梁楼板搁栅间3408×mm235mxm235mm实木挡板条楼板搁栅双顶梁板(相互错双层缝迭交钉接)图8.9.9外墙与楼盖连接详图(2)墙体与楼板的连接墙体与楼板之间的连接构造见图8.9.10。a．二层墙体与楼盖的连接由直径为3.66mm、长82mm的普通钢钉形成的钉节点的设计承载力为：22−3Nv=kvdfc=10.2×3.66×15×10=0.53kN由屋盖传来的横向水平风荷载设计值为：1.4×72.2=101.1kN287 101.1所需的钉子个数为：=190.8（颗）0.53二层横向墙体总长为：13.17+2×6.48+13.17+5.58+10.9=55.78m55780故钉子的间距应为：=292mm取钉子间距为250mm。190.8纵向钉子的间距可用相同的方法求出。b．楼盖与一层墙体的连接由楼盖传来的横向水平风荷载设计值为：1.4×(72.2+93.9)=232.54kN232.54所需的钉子个数为：=438.8（颗）0.53一层横向墙体总长为：11.8+6×6.48+5.58+10.9+4×3.6=81.56m81560故钉子的间距应为：=186mm取钉子间距为150mm。439纵向钉子的间距可用相同的方法求出。(3)墙体与基础的连接选取M14锚固螺栓将一层墙体与基础连接。单个螺栓的侧向设计承载力为：22−3Nv=kvdfc=5.5×14×15×10=4.18kN由楼盖传来的横向水平风荷载设计值为：1.4×(72.2+93.9)=232.54kN232.54所需的螺栓个数为：=55.6（颗）4.18一层横向基础总长为81.56m81560故螺栓的间距应=1456mm取螺栓间距为1200mm。56纵向基础的螺栓间距可用相同的方法求出。288