資料內容僅供您學習參考，如有不當或者侵權，請聯系改正或者刪除。木結構房屋施工方法輕型木結構介紹

輕型框架即是將間距緊密的規格材部件和覆蓋層聯合使用,以形成一幢建筑物的結構基礎。此結構基礎可提供剛性、為內裝修和外包層提供支持、并為放置保溫材料留出空洞。輕型框架是北美住宅建筑業最常見的方法。此建筑形式也可用于較大規模的商業和公共建筑物。例如,位于加拿大溫哥華的林木產品研究基地加拿大林產工業技術研究院(Forintek),其占地9300平方米(100,000平方英尺)的辦公及實驗用建筑物即是大規模使用輕型框架結構的范例。一幢住宅樓的墻壁一般可能為38x89毫米(名義尺寸為2x4英寸)、高度為2.4米(8英尺),而Forintek建筑物的墻壁則由38x235毫米(名義尺寸為2x10英寸)的墻骨建成、從樓板到天花板的高度為5米(16英尺)。結果是:該幢建筑物的牢固程度足以滿足作為研究場所的嚴格要求。在建造結構型構架時,輕型框架使用的是規格材(一般為38毫米(名義尺寸為2英寸)寬的鋸木、深度可高達286毫米(名義尺寸為12英寸))、以及尺寸相當的制成木制品。這些主要的結構部件與覆蓋層組件統一使用,從而為墻壁、樓板和屋頂提供剛性。一般來說,輕型框架部件間的間距不大于600毫米(2英尺)。圖1表示一個框架構件的典型排列對于某些承重結構而言,工程化木制品(如輕型框架桁架、預制木制工字型擱柵、或其它結構性產品如層積木(LVL)、平行積成木(PSL)和膠合層積木)可能會用作框架組件。在需要有較大凈空的條件下,輕型框架部件可能會與重梁或柱聯合使用,以將荷載直接轉移至地基。上圖顯示的是框架部件的典型排列方法。經過重復使用小部件和緊固件,框架結構形成了一種設計冗余,即:在主要荷載轉移通道失效時尚有其它通道可供使用。正因如此,框架結構不太可能突然失效,因此被認為是一種優良的建筑技藝,能夠抵抗諸如地震和風力等情況。輕型框架的特點

多功能

輕型框架是一種既有功能性又有多樣性的建筑方法。輕型框架結構能夠理解為屋頂、樓板和墻壁平面,其具有以下功能:

結構:墻壁能夠被設計成承重墻,以便將垂直荷載轉移至地基。也能夠將墻壁設計成剪力墻以抵抗來自風及地震荷載的側向力,此兩種力與墻壁方向既垂直又平行。屋頂和樓板的設計能夠承受建筑設計荷載,而且能夠設計用作橫隔墻,從而抵抗變形。強度:輕型框架良好的結構性能歸功于兩個主要因素:荷載分配及合成行為。荷載分配指的是當配件壓力過大時尚有可選的荷載轉移通道可供使用。合成行為指的是覆蓋層和緊固件對鋸木部件強度所起的作用。結果是輕型框架具有儲備強度和硬度。外殼:用于提供剛性的覆蓋層材料同時還用作建筑物外殼、供外裝修附著其上。保溫層和裝修:框架間的間距用來放置保溫層,而且框架用于安裝蒸汽隔層和內裝修。

預制配件框架結構能夠預先制造。為了加速組裝速度,模塊能夠很容易地在室內工作條件下預制、或者使用自動化用釘系統。另外,也能夠在現場進行預制工作,即人工將面板單元抬升到位、或者在需要時用起重機將其抬升到位。可行尺寸框架結構可用于使用小規模建筑技藝的大型建筑物。使用較大部件能夠確保充分轉移較多壓力。以此方法,輕型框架結構也能夠用于許多商業用途。在屋頂和樓板上使用輕型框架桁架可允許大于20米(60英尺)的跨距。經過使用預制工字型擱柵、層積木(LVL)、平行積成木(PSL)或膠合層積木能夠實現長跨距。使用現成規格材和平臺結構的立柱墻能夠很容易地達到5米(16英尺)高,若需定制,高度更可高達7米(23英尺)。經過用木制工字型擱柵代替規格材墻骨,墻壁高度還能夠擴大、或者在強風荷載為設計參數時可增加強度。另外,在特別需要留出空間的情況下,框架結構還可與梁柱結構一起使用。下圖顯示支撐框架墻以承受集中梁荷載的一種方法。框架材料

承重框架構件

輕型木結構包括相連的有覆面板的承重木框架構件組成建筑物部分,如地板,墻體,屋頂,和特別的建筑系統,如剪力墻,隔膜板,承重墻,和永久木基礎。承重框架構件框架構件,以墻骨,擱柵,和椽的形式對于垂直和橫向覆面板提供加固和支持,而且是主要的承重構件,傳遞載荷到基礎。這些構件而且從連接的覆面板上經過混合作用得到強度。框架需要輕型構件間隔300或600mm之間,而且經過這樣做能夠分散載荷,強度低的構件經過覆面板的緊密連接將載荷傳遞到載荷高的構件。這樣,全部的載荷不是由一個構件承擔,而是由所有構件共同承擔。輕型木結構有多種主要的結構構件。

規格材輕形框架木桁架單板層積材(LVL)預制木工字梁平行木片膠合木(PSL)層板膠合木

LVL,PSL和層板膠合木,雖然一般見在大尺寸的梁柱結構上,也經常見在框架結構中需要橫梁的地方。對于住宅應用,大部分北美建筑規范提供跨度表,能夠依據來選擇地板和屋頂的合適強度和缺陷的構件。對于大的建筑,構件必須要按照木產品的設計值來設計。一般來講,墻骨級材是用做墻骨的(最多140mm(6英寸標定尺寸)厚),2級材用于屋頂和地板。對于桁架,木材的等級是由桁架生產商選擇的。高等級能夠在需要額外的強度,或者構件暴露需要更好的外觀時采用。木材,窯干的或風干的,都應該在安裝的時候不超過19%的含水率,在適應平衡濕度水平的時候降低尺寸改變。達到這樣的含水率一種方式是要求窯干,會增加10-15%的成本,或者保證濕材有足夠的時間達到與干燥的材料相同的含水率。在任何情況下,都要保護木材在建造的過程中不受潮。

覆面板和緊固件

在輕型木結構中的覆面板,發揮加固,和強化承重構件的柱和梁的作用,并構成支撐外墻板,地板和屋頂材料建筑外殼。覆面板在經過剪力墻和側向支撐抵抗側向力方面也發揮了關鍵的作用。膠合板,定向刨花板(OSB),和木板是很常見的框架結構的結構覆面板。厚木板的蓋板在梁柱結構中經常使用,因為梁柱結構的跨度比框架結構要寬。膠合板和OSB覆面板,一般的尺寸是1200x2400mm(4'x8')的板子,在墻體框架水平或垂直安裝。在板子間要留2mm的縫隙,考慮膨脹和防止板子彎曲。如果水平安裝,垂直連接應當交錯開以提高墻的剛度。有槽口的木板覆面板,舌榫或方口應當水平,垂直,或對角線安裝,所有的末端支撐,而且末端交錯提高額外的剛度。模板一般水平擺放來減少安裝時間和木材浪費,因為不需要進行角度切割。緊固件輕型框架需要很多小的緊固件,釘子,長釘,扒釘來連接構件,和連接覆面板到框架構件上。有很多金屬緊固件,如托梁掛件,能夠減少安裝的時間,和提高連接的強度。大部分輕型框架連接件用釘子來連接。機械氣釘和射釘槍降低了在需要大量釘的勞動時間,地板設計

在地基上連接基木板,開始一層地板平臺的安裝基木板的尺寸是38x89mm(2"x4"nom.),或大的板材平放在地基上。它是結構的基礎,連接基礎和上部結構。對于住宅建筑,緊固件一般是12.7mm(1/2")直徑的錨栓,打入基礎中心距為22.4m(8')或更小,能夠使基木板穩固。對于大的建筑,向下的裝置應進行工程計算來抵抗由于刮風和地震產生的向上和剪切力。錨栓要澆注到混凝土基礎里,或者在混凝土澆注后安裝緊抓類錨栓不推薦在混凝土初凝開始后插入錨栓,因為對錨栓的握力不確定。如果在澆注后安裝,基木板能夠在沙漿上放置水平。如果基礎是水平的,不需要沙漿,基礎和基木板的連接用填縫劑防止空氣和水氣的進入。否則,在混凝土和基木板之間使用墊圈。在北美的一些地區,基木板一定要進行防腐處理,防止白蟻的侵蝕。橫梁在托梁無法在墻體間充分伸展的情況下,橫梁能夠為地板和屋頂托梁提供中間支持。桁條能夠是實心木、組合板材、膠合層積材、平行積成材(PSL),單板層積材(LVL),或者是其它各種能滿足工程需要的建筑材料。在地平面或地平面以下的混凝土或磚石結構中的木梁至少應在各垂直表面上留有12mm的空間,以便于空氣流通。為了保持下部干燥的需要,如果在木梁和地面之間有最小空隙,那么木梁在構筑時應使用聚乙烯、墊圈或類似材料同混凝土隔離開。擱柵擱柵最常見的是規格材和預制木制工字型擱柵。平行弦輕架桁架、平行積成材(PSL)、單板層積材(LVL)和膠合層積材(glulam)也能夠使用。如果對強度有特別的要求,例如在開孔周圍,這些材料特別有效。撓度是一項擱柵的重要的設計標準。撓度關系到用戶接受度,在計算擱柵的跨度表時也需要考慮撓度。下列幾種方法能夠提高擱柵的負載分配,并由此降低撓度。捆扎住擱柵的下緣、或者支撐、交叉支撐住擱柵以提供側面支持。這些一般都安裝在擱柵的跨距中部或三分之一處。使用粘合劑和扣件將地板覆層和擱柵連接起來,由此提高覆層和擱柵之間的混合作用。擱柵間距和覆層厚度如下表所示。典型的擱柵間距和覆層厚度地板覆層材料擱柵間距最小材料厚度mmin.mmin.鋸材400161711/1650019.2193/460024193/4膠合板4001615.55/850019.215.55/860024193/4定向刨花板4001615.95/850019.215.95/860024193/4備注:覆層厚度和支撐間距隨實際中的建筑規范有所變化。該信息僅為一般性參考標準,請參照具體的實際建筑規范。其它材料在某些居所中,在木地板上能夠加裝一層混凝土或石膏質殼以增強聲響效果。經常使用的是38mm(1-1/2")厚度,而且必須設計所有頂部以下的材料,以適應額外附加的混凝土靜負載。孔洞與槽口可能需要在擱柵上鉆洞或切出槽口,以鋪設電線、管道和其它服務設施。設計師應根據合適的建筑規范設計孔洞的大小。如果孔洞的大小受限,而且位于擱柵的深度中心附近－這里彎曲應力最小－那么打孔取出的材料不能影響到板材的強度。所有在預制木制工字型擱柵中的開孔,都應參照制造廠家提供的信息,其中應明確說明可允許的孔洞大小和位置。懸挑地面擱柵能夠建成懸臂式向外延伸,以支撐窗臺或額外的地面面積。向外延伸的懸臂部分不能支持其它樓層的地面負載,除非經過計算證明并沒有超過懸臂擱柵的設計承載壓力。墻體設計

輕架墻包括稱為墻骨的垂直構件,附在墻的頂部和底部到水平板,以及附屬于這一結構的一層覆材。墻能夠是非承重墻(隔斷墻)或承重墻(外墻和內部承重墻)。如果某構造墻體被設計為承受側面負載,那么這就是一面剪力墻。剪力墻用于承受墻體受到的風力或地震力。木擱柵往往被用于那些跨度達到規格材長度極限的居民住宅和商用建筑。即使跨度和承載方面的要求決定了預制木制工字型擱柵,或地板、屋頂桁架的使用,可是墻體與地板、墻體與屋頂的連接部分仍基本保持與使用規格材擱柵時一致。內部承重墻應直接位于梁或墻體之上,可是也能夠處在其它任何地方,只要擱柵和其它支撐物經過特別設計能夠承受負載。與地面擱柵垂直的非承重墻能夠安在任何地方,可是如果同地面擱柵平行安置,那么墻體必須有擱柵在其下方支撐,或者由擱柵間的支撐物支持。覆層一般從基木板開始建造,以在墻結構和地基之間形成一個額外的夾層。考慮到風力和地震的向上影響,有必要建造一個穿透擱柵的機械拉力連接裝置。因為墻基受制于回撤力的影響,功能有限。墻板墻板用于墻骨的頂部和底部,用以產生一大片承重區來分配于墻骨之間的垂直負載。墻板一般與墻骨寬度相同,都是38mm厚。由于墻骨沒有延續到地板和平臺結構之間,因此大型建筑可能需要機械性的牽制設備,以便提供牽制保護,免于側面壓力引起的上浮力影響。這是保護墻體與地板連接的三項可選方案:展開的地板結構的膠合板和定向刨花板,由釘子或扒釘聯結在地板結構上。這種情況下,干木材應用于制作擱柵和頂梁,以避免木材收縮可能導致的覆層彎曲。根據標準要求大小的電鍍金屬條,能夠釘在地板上下的垂直構件上,以提供拴系力。在產生大力的時候能夠使用螺釘和托架。下面是總原則:墻頂板要有至少38mm厚。如果在非承重隔斷墻中以及承重墻中,只要集中負載力在50mm厚的支持墻骨范圍內發生,那么頂墻板能夠只有一面。若不滿足該條件,那么頂墻板要加倍。交叉墻應經過重疊的墻板或者金屬板聯結起來。加倍的墻板應用釘子聯結,至少每隔一墻板筋交叉排列。墻骨當前住宅建筑中的一個趨勢是:由于額外增加的保溫空間,最小墻骨大小由過去的38x89mm(2"x4"nom.)

提高到38x140mm(2"x6"nom.)。對于重型建筑來說,墻骨還必須考慮到適應軸心力和彎曲力的需要。根據長和重,商用建筑的墻骨能夠為38x184,235或286mm(2"x8",10",or12"nom.)。墻骨分級中不包括該規格的垂直構件。2級材應當加以明確說明。對于高墻來說,預制木制工字型擱柵有時被作為墻骨垂直使用。除了開孔之外,墻骨應延伸到整個樓層高度,以支持強度。下表中是中型應用中的墻骨間距和覆層厚度,作為一項總原則能夠為初步規劃布局提供參考。墻體的典型墻骨間距和覆層厚度

墻體覆層材料墻骨間距最小材料厚度mmin.mmin.鋸材4001617.011/166002417.011/16膠合板400166.01/4600247.59/32定向刨花板400166.351/4600247.95/16備注:覆層厚度和支撐間距隨實際中的建筑規范有所變化。該信息僅為一般性參考規范,請參照具體的實際建筑規范。過梁過梁是窗戶、門和其它開孔上水平放置的梁,用來將開孔上方的垂直負載壓力傳遞到周圍的墻骨上。在承重墻中,過梁能夠是同墻骨等寬的實木,或者是兩條以上的38mm(2"nom.)厚的木材。木材放置在邊緣或用隔離物隔開,使得過梁同墻骨等寬。對于大型開口和負載來說,平行積成材、膠合層積材,單板層積材是理想的材料,因為它們高的強度和尺寸比。屋頂設計

設計輕型木結構屋頂時,規格材椽木和屋頂擱柵一般見于普通負載和跨度,預制木制工字型擱柵或桁架則適用于更大的跨度和負重。指接擱柵和椽木制造時最長不超過12m(40?).覆層除了和這些承重構件一起支撐屋頂所承受的重力之外,還提高了這些承重構件的負重能力。輕型框架屋頂能夠設計具有隔板作用,抵制風力和地震力產生的橫向負重所帶來的毀滅性影響。有了其它一些材料的輔助,輕木架屋頂能夠是斜的或平的。如,平頂上的桁架能夠預制成方便排水的恰當斜度。橫椽和擱柵橫椽和擱柵除了必須在垂直支撐之上接合之外應該是延續的。兩邊的開口處比兩倍橫椽或擱柵間距還寬,因此所用的橫椽和擱柵數量應該加倍以應付額外強度。屋頂桁架屋頂桁架必須限制撓度。這對平頂尤為重要,因為平頂的撓度會導致積水,并進一步導致負重增加。一些北美建筑規范中列出了住宅類建筑中所用的一些更為普通的木桁架構件的跨度和尺寸。總的來說,這些表格僅適用于跨度為12m(40'),中心間距為600mm(2')的屋頂桁架。對更大的跨度和負重要進行特別的工程分析。屋頂覆層屋頂覆層能夠支撐屋面,增加其剛性。屋頂覆層能夠用鋸材,膠合板或定向刨花板。下表中列出了初步規劃中對于間距和材料厚度的大致要求。具體尺寸要根據實際情況中的雪載荷加以調整。屋頂的典型橫椽或桁架間距和覆層厚度

屋頂覆層材料橫椽或桁架間距最小材料厚度mmin.mmin.鋸材3001217.511/164001617.511/1650019.2193/460024193/4膠合板邊沿有支承300127.59/32400167.59/3250019.29.53/8600249.53/8邊沿無支承300127.59/32400169.53/850019.29.53/86002412.51/2定向刨花板邊沿有支承300129.53/8400169.53/850019.211.17/166002411.17/16邊沿無支承300127.59/324001611.17/1650019.212.71/26002412.71/2備注:覆層厚度和支撐間距隨實際中的建筑規范有所變化。該信息僅為一般性參考標準,請參照具體的實際建筑規范鋸材覆層應擱柵或椽木垂直,各邊皆有支撐且邊沿的擱柵交錯排列。鋸材覆層應一直延續到瀝青瓦和吊頂,可是其間距應和木瓦屋頂中的瓦片大小相同。分隔開的瓦片使得空氣能夠在覆層之下自由流通,以防水氣集結。安裝覆層板(膠合板和定向刨花板)時,將表面紋理垂直于擱柵,椽木和桁架。在相連的板之間留下6mm(1/4")的空隙以防板面擴張。如果將金屬H夾,舌榫,縫,或至少38x38mm(2"x2"nom.)的支承牢牢釘入框架中,支撐起椽木之間的板面,則能夠相對減少覆層板的最小厚度。覆層之上的屋頂材料很多屋頂材料在不同的服務條件下都是能夠適用于輕型木結構屋頂的。斜頂最常見的材料是西部紅柏木瓦片,瀝青瓦和瓷磚。平頂或低斜度屋頂則一般采用組合屋面。輕型木結構指導方針

輕型木結構建筑幾乎完全依賴釘連接。保證安裝規定的螺絲釘型號,特別是在對剪力墻和隔板作用有具體規定,及保證錨栓具備充分的保護力。根據具體項目位置選擇適合的結構材料以具有經濟性和表現良好。確保具體材料的供應能夠跟上工程進度的要求。用表面干燥鋸木能夠在建筑結構隨著濕度變化有所調整時使其尺寸變化減少到最小。

建筑應用

木框架結構建筑是由規格材或工程木制品和結構木護墻板快捷地制作成大面積堅實的墻體,地板和屋面。墻體,地板和屋面組合結實,易連接且容易保溫。木框架結構是一種成熟的建筑技術已在加拿大和美國數以百萬計次地應用。事實上,在北美,每年就要建造約一百萬間木制房子。

地板框架木地板框架一般主要由木擱柵,I型龍骨或者平行弦桿桁架沿著地基墻體周長由室內的梁和柱來支撐的結構(見圖),承重的墻骨還有磚石墻或混凝土墻也能夠用于結構內部地板擱柵的支撐。

屋頂

木材作為一種建筑材料在多種屋頂造型上應用是功不可沒的。在住宅建筑中,屋頂可由椽子的每一端由梁和承重墻支撐,也可由系桿椽子搭在有支撐墻體側限的外部墻上。

桁架

木桁架廣泛地運用在單體或多單元住宅中,機關建筑,農業和工業建筑中。桁架是由梁腹和弦桿組成的三角形的結構框架用來將荷載傳遞到反作用力點。這種結構可增加強度重量比,能使傳統的框架的跨度增長,還可給地板平面布置圖提供更大的靈活性。它們幾乎上能夠設計成任何形狀和尺寸,僅僅受生產能力,運輸條件和處理因素的限制而已。木桁架是經過鍍鋅鋼齒板壓制到事先鋸好的且裝有夾具的木構件中預制而成的。在加拿大,大多數新房子都采用木桁架。難怪人們會考慮到以下因素:強度:桁架提供了堅實而有效結構的木質系統,特別是針對每一個應用進行工程計算。經濟:經過有效地使用木材,用事半倍功的效率組裝傳統的木框架的系統。木桁架提供了經濟的框架解決方案。多功能性:復雜的形狀和非同一般的設計易于用木桁架來實現。環保:木材是一種唯一可更新利用的框架材料,經過優化使用可達到具體的用途。無中間支撐的長跨度產生大而開闊的空間,建筑師和設計者們能夠完全不受限制地使用。在無需調整建筑物結構完整性的前提下,隔墻就能夠移動。和傳統的椽子基礎系統相比較,用木桁架制作成屋面需要一半的時間。再者,靈活性和經濟實用性的木桁架使人們有下列理由來使用它:木桁架的形狀幾乎有無限多的種類,因此可容許考慮具有鮮明特色的屋頂形狀。很多餐廳的連鎖店都選擇把自己企業標識用預制的金屬板和房屋的木桁架連接在顯而易見的地方。用金屬板連接的桁架能夠創造出所有類型的拱形結構。用于如農業和工業建筑中的木桁架提供的跨度超過25米(80英尺)。作為其強度的一個證據,木桁架用于混凝土模板工程,腳手板和工業項目中的腳手架。屋面的空腹構造和地面的桁架使水管,電氣,機械以及衛生設施都容易安裝。拱形吊頂容易制作。坡頂桁架的下弦能夠有坡度或者平行弦桿坡頂桁架能夠坐落在不同高度的支撐上。頂部桁架的設計目的是在屋面空間內能夠提供居住區。木桁架具有多功能性和其它結構的產品相兼容的特性。能夠和其它的桁架相連接(如:主梁桁架)或者與其它的部件連接,如:膠合木,單層板壓材,平行纖維材及鋼梁。在北美,木制桁架一般坐落在混凝土或磚石墻上,僅把屋面和墻體連接即可。帶鉸鏈的齒板用在單坡桁架上使組合式房屋用傳統的斜面屋頂安裝,大大地增強了其美觀性。形狀下面是一些最常見的桁架形狀及其術語:

豪威式桁架,芬克式桁架,三角形桁架這些桁架跨度簡單,多種承重或懸挑。當桁架高度超過約3米(10英尺)時,由于搬運的限制,附加有效載重系統(見下圖)就有了需要。(高與寬的限制是隨著搬運位置的變化而變化的。同樣,成套裝置會被設備所限制。安裝一榀桁架就得采取護送搬運的辦法。)單坡桁架這種形狀的桁架跨度簡單,多種承重或懸挑。上弦也能承重。仰桁架仰桁架是用于沿著跨距的一部分來制作拱形吊頂之用.截斷桁架(截尾桁架,短截桁架)當三角桁架不適用時,能夠采用這種形狀的桁架。

截斷桁架一般是在拱形吊頂的對面粗糙面處截斷或者在拱形吊頂的對面變化之處截斷。雙坡桁架這種桁架為屋面提供了不對稱的斜坡。屋脊型桁架這種桁架創造了階形屋頂外觀。上肩型桁架(三件套桁架)上肩型桁架是在坡面桁架頂部上山墻末端桁架的組合,它能夠分成兩個區間運輸。當單個的三角桁架太大不便搬運時,則使用上肩型桁架。頂部桁架頂部桁架為在頂部空間內提供了可用的區域。下弦中部可設計為地面。平行弦桿桁架平行弦桿桁架用于屋面或地面。它能夠設計成上弦或下弦承重,用以單跨或多跨,亦能夠一端或兩端懸挑。它們也可做成淺坡以抵銷撓度或者做平屋頂時能夠提供有用的排水系統。斜平行弦桿桁架這種形狀的桁架是制作拱形吊頂之用的,上弦或者下弦用來承重。雙斜弦桁架這種形狀桁架用于提供建筑兩