全 文 ：第 ww卷 第 tu期
u s s {年 tu 月
林 业 科 学
≥≤∞× ≥∂ ∞ ≥≤∞
∂²¯1ww o²1tu
⁄¨ ¦qou s s {
平台框架式木结构住宅设计方法探讨
许 民 陈佛喜
k东北林业大学生物质材料科学与工程教育部重点实验室 哈尔滨 txsswsl
摘 要 } 介绍平台框架式木结构的结构形式 o并对其设计方法进行探讨 o在此基础上以一栋建筑面积 vs °u !单层
框架式木结构房屋为实例 o参照最新的木结构设计规范以及相关荷载设计规范 o采用 ƒ⁄法对结构所承受的荷载
以及主要构件进行设计 ∀通过此设计实例 o分析轻型木结构的设计步骤 o提出一些我国在木结构设计和研究方面
所存在的问题 o为相关设计和研究人员提供参考 ∀
关键词 } 轻型木结构 ~荷载计算 ~结构设计
中图分类号 }×vyy1u 文献标识码 } 文章编号 }tsst p zw{{kuss{ltu p stsx p sz
收稿日期 }uss{ p sx p tv ∀
基金项目 }国家林业局 |w{项目kussw p w p wxl ∀
∆ισχυσσιον ον ∆εισγν Μετηοδ φορ Φραµεδ Ωοοδ Στρυχτυρε Ρεσιδανχε
÷∏ ¬± ≤«¨ ± ƒ²¬¬
k ΚεψΛαβορατορψοφ Βιο2Βασεδ ΜατεριαλΣχιενχε ανδ Τεχηνολογψοφ Μινιστρψοφ Εδυχατιον o
Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβιν txsswsl
Αβστραχτ } ׫¬¶³¤³¨µ©¬µ¶·¬±·µ²§∏¦¨§·«¨ ¶·µ∏¦·∏µ¤¯ ¶¼¶·¨° ²© ¬¯ª«·º²²§©µ¤°¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨¶o¤±§§¬¶¦∏¶¶¨§·«¨ §¨¶¬ª± °¨ ·«²§q
¤¶¨§²±·«¨ ¬±·µ²§∏¦·¬²± ¤±§§¬¶¦∏¶¶¬²±o¬·©∏µ·«¨µ³µ¨¶¨±·¨§¤ §¨¶¬ª± ¬¨¤°³¯¨²©¤vs °u ¤±§¶¬±ª¯¨©¯²²µ¨§ ¬¯ª«·º²²§©µ¤°¨
µ¨¶¬§¨±·¬¤¯ «²∏¶¨ q׫¨ ¬¨¤°³¯¨¦²√¨ µ¨§ ²¯¤§¦¤¯¦∏¯¤·¬²±¶¤±§§¨¶¬ª± ²©·«¨ °¤¬± ¶·µ∏¦·∏µ¤¯ ¨¯ °¨¨ ±·¶o¬± ¤¦¦²µ§¤±¦¨ º¬·«·«¨
¦∏µµ¨±·¦²§¨ ©²µ§¨¶¬ª±²©·¬°¥¨µ¶·µ∏¦·∏µ¨¶¤±§ ²¯¤§¦²§¨ ©²µ·«¨ §¨¶¬ª±²©¥∏¬¯§¬±ª¶·µ∏¦·∏µ¨¶q׫µ²∏ª«·«¨ ¦¤¶¨ ¶·∏§¼o·«¨ ³¤³¨µ
¤±¤¯¼½¨ §·«¨ §¨¶¬ª± ³µ²¦¨§∏µ¨¶²© ¬¯ª«·º²²§©µ¤°¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨¶o ³µ¨¶¨±·¨§ ³µ²¥¯ °¨¶µ¨ª¤µ§¬±ª §¨¶¬ª± ¤±§ µ¨¶¨¤µ¦« ²© º²²§
¶·µ∏¦·∏µ¨¶¬± ²∏µ¦²∏±·µ¼o¤±§³µ²√¬§¨§µ¨©¨µ¨±¦¨ ©²µ·«¨ ±¨ª¬±¨ µ¨¶¤±§µ¨¶¨¤µ¦«¨µ¶¬±·«¨ ¤µ¨¤q
Κεψ ωορδσ} ¬¯ª«·º²²§©µ¤°¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨ ~ ²¯¤§¦¤¯¦∏¯¤·¬²±~¶·µ∏¦·∏µ¨ §¨¶¬ª±
t 结构体系
轻型木结构是由构件断面较小的规格材均匀密布连接组成的一种结构形式 o由主要结构构件k结构骨
架l和次要结构构件k墙面板 !楼面板和屋面板l共同作用 !承受各种荷载 o最后将荷载传递到基础上 o具有经
济 !安全 !结构布置灵活的特点k何敏娟等 ousswl ∀这些密置的骨架构件既是结构的主要受力体系 o又是内 !
外墙面和楼屋面面层的支撑构架 o还为安装保温隔热层 !穿越各种管线提供了空间 ∀结构强度通过主要结构
构件和次要结构构件共同作用得到k刘晶波等 ouss{l ∀
轻型木结构体系主要有 u种结构形式 }连续墙骨框架式和平台框架式 o其中平台框架式是现在的主流
结构形式 ∀平台框架式轻型木结构是将楼盖和墙体分开建造 o因此已建成的楼盖可以作为上部墙体施工时
的工作平台k龙卫国等 oussxl ∀
u 设计方法
国际上 o木结构的设计方法有 u种 }一种是容许应力设计法k¤¯ ²¯º¤¥¯¨¶·µ¨¶¶§¨¶¬ª± °¨ ·«²§¶o简称 ≥⁄设计
法l o另一种是荷载及抗力系数设计法k¯ ²¤§¤±§µ¨¶¬¶·¤±¦¨ ©¤¦·²µ§¨¶¬ª± °¨ ·«²§¶o简称 ƒ⁄设计法lk丁成章 o
ussyl ∀ ≥⁄设计法是以估计荷载作为设计荷载 o而将试验所得材料抗力值进行调整后作为材料设计强度 o
要求设计荷载小于或等于调整后抗力 o保证结构具有规定的安全度 ~而 ƒ⁄设计法是一种概率设计法 o根
据木结构功能上的要求 o规定 u种极限状态 o即正常使用极限状态和承载能力极限状态 ∀正常使用极限状态
根据使用功能评价结构 o采用荷载的标准值 ~承载能力极限状态则从概率论的角度定量地考察结构或构件
失效的可能性 o其具体思路是将估计荷载乘以荷载系数k大于 tl作为荷载设计值 o而将构件抗力试验值乘以
可靠系数k小于 tl作为抗力设计值 ∀要求荷载设计值小于等于抗力设计值 o从而保证构件的承载能力 ∀利
用 ƒ⁄方法计算的优点在于 o对于同一个结构 o利用 ƒ⁄方法比利用 ≥⁄方法减少用材 o降低造价
k⁄²±¤¯§ ετ αλqoussyl ∀我国木结构设计方法基本属于 ƒ⁄方法 o以概率理论为基础 o使用可靠度指标 Β度
量结构构件可靠度 o采用分项系数的设计表达式 ∀
本文基于 ƒ⁄法对一栋平台框架式木结构建筑进行设计方法探讨 o希望通过具体的设计操作 o展示我
国木结构设计的特点和有待改进之处 ∀本文所涉及的建筑是采用北美平台框架式建筑技术 o建造于哈尔滨
市东北林业大学内 ∀建筑为单层住宅 o面积 vs °u o总高度 w1v °∀由于地处东北林区 o考虑到资源的丰富性 !
物理性能 !价格等方面因素 o结构主体框架材料采用兴安落叶松k Λαριξ γ µελινιιl规格材 o木基结构板材采用
≥
o买于牡丹江 o为针阔混杂原料 o保温材料为东北林业大学研制的稻草Π°≥复合保温材 o含水率控制在
tx h ∗ us h范围内 ∀建筑的立面图和平面图如图 t ∗ x ∀
图 t 建筑南立面图
ƒ¬ªqt µ¦«¬·¨¦·∏µ¨ ¶²∏·«¨¯ √¨¤·¬²± §µ¤º¬±ª
图 u 建筑北立面图
ƒ¬ªqu µ¦«¬·¨¦·∏µ¨ ±²µ·«¨¯ √¨¤·¬²± §µ¤º¬±ª
图 v 建筑东立面图
ƒ¬ªqv µ¦«¬·¨¦·∏µ¨ ¤¨¶·¨ ¯¨ √¤·¬²± §µ¤º¬±ª
图 w 建筑西立面图
ƒ¬ªqw µ¦«¬·¨¦·∏µ¨ º ¶¨·¨ ¯¨ √¤·¬²± §µ¤º¬±ª
211 荷载计算
平台框架式木结构设计首先要确定该结构所承受的荷载 o并对所取荷载进行组合 ∀荷载确定的依据是
5建筑结构荷载规范6k
xsss| p usstl和5建筑抗震设计规范6k
xsstt p usstl ∀
住宅承受的荷载有以下 v类 }一是永久荷载 o为各构件 !设备等的自重 o应按照所用材料查表确定 ~二是
可变荷载 o如楼面活荷载 !屋面活荷载 !风荷载 !雪荷载 !施工荷载等 o应按照结构性质查表确定 ~三是偶然荷
载 o如结构可能遇到的爆炸力 !撞击力等 o应根据建筑结构使用的特点确定 ∀
本轻型木结构建筑根据5建筑结构荷载规范6k
xsss| p usstl附表 ⁄qw o取 ν xs o此地的基本雪压为
s1wx ®#°pu o基本风压 s1xx ®#°pu ∀其他的荷载设计值为 }地面粗糙度为
级 o抗震设防烈度为 z度第二
组 o设计基本地震加速度值为 s1ts ªo场地类别为 ¶级 ∀
u1t1t 永久荷载计算 根据结构所使用的材料 o现将各部分系统所承受的静荷载计算如下 ∀
tl 屋面系统 彩色钢板波形瓦 }s1v ®#°pu ~tu °° ≥
}s1szx ®#°pu ~木桁架 }s1t ®#°pu ~u °° ≅
tu °°石膏天花板 }s1u ®#°pu ∀
ul 底层楼面系统 地毯 }s1t ®#°pu ~tu °° ≥
}s1szx ®#°pu ~ws °° ≅ uvx °°间距 vss °°搁栅 }
s1tu ®#°pu ∀
vl 墙体系统 外墙 ) ) ) tu °°石膏板 }s1tux ®#°pu ~tu °° ≥
}s1szx ®#°pu ~ws °° ≅ |s °°间距
wss °°墙骨柱 }s1tu ®#°pu ~彩钢板外墙面 }s1szx ®#°pu ~自制墙体保温材料 }s1vtv ®#°pu ∀内隔墙
yst 林 业 科 学 ww卷
图 x 建筑平面图
ƒ¬ªqx µ¦«¬·¨¦·∏µ¨ ³¯¤± §µ¤º¬±ª
) ) ) tu °°石膏板ku层l }s1ux ®#°pu ~
ws °° ≅ |s °°间距 wss °°墙骨柱 }s1tu
®#°pu ~自制墙体保温材料 }s1vtv ®#
°pu ∀
u1t1u 可变荷载计算 tl 雪荷载标准
值 }Σ® Λµ≥s s1wx ®#°pu ∀式中 }Λµ为
屋面积雪分布系数 ~ Σs 为基本雪压
k®#°pul ∀屋面积雪分布系数根据5建
筑结构荷载规范6k
xsss| p usstl中表
y1u1t o参照建筑外形 o选择单跨双坡屋面
类别 o按照均匀分布的情况 o取值为 t1s ∀
基本雪压如前所述取值 s1wx ®#°pu ∀
ul 屋面活荷载标准值 }本例为不上
人屋面 o故活荷载为 s1x ®#°pu ∀
vl 风荷载标准值 }Ω® Β½ Λ¶Λ½ Ωs ∀
式中 }Β½为风振系数 o取 t1s ~Λ¶为风荷载
体型系数 o具体数值见图 y ~Λ½ 为风压高
度变化系数 o
类地面粗糙度 o离地高度
w ° o故取值 t1s ~Ωs 为基本风压 o为 s1xx
®#°pu ~故 Ω® s1xx Λ¶ ®°¤∀
参照图 y以及上面有关风荷载的公
式 o此建筑的风荷载标准值如图 z ∀由图 z
图 y 风荷载体型系数取值图
ƒ¬ªqy •¬±§ ²¯¤§¶«¤³¨ ©¤¦·²µ√¤¯∏¨ °¤³
可以得出屋盖和楼面具体的风荷载 }
≠屋盖的水平风荷载
横向 }Φ ≈ks1ww n s1u{l ≅ ku1zΠu n s1wl n
ks1u{ p s1s|l ≅ ¶¬± uyβ ≅ t1u ≅ y {1ty ®~
纵向 }Φ ks1ww n s1u{l ≅ ku1zΠu n s1w n
t1uΠul ≅ x {1wy ®∀
屋盖的竖向风荷载
Φ∏³ ks1s| ≅ v1uvx n s1u{ ≅ v1uvxl ≅
¦²¶uyβ ≅ y y1w{ ®∀
≈楼面的水平风荷载
横向 }Φt p ks1ww n s1u{l ≅ ku1zΠul ≅ y
x1{vu ®~
纵向 }Φt p ks1ww ≅ s1u{l ≅ ku1zΠul ≅ x
w1{y ®∀
wl 地震作用 }采用底部剪力法计算 o
Φι Γι Ηι
Ε
ν
ϕ t
ΓϕΗϕ
Φ∞kt p ∆νl Γι Ηι
Ε
ν
ϕ t
ΓϕΗϕ
Αt Γ¨´ kt p ∆νl o
式中 }水平地震影响系数 Αt ΤªΤ
Χ
Γu Α°¤¬ o其中 oΤª s1xx oΓu t1s o Τ s1sx Ηs1zx s1tx k见
xsssx p
ussv第 |1u1u条l o由于 s1t Τ s1tx Τª s1xx o所以 Αt Γu Α°¤¬ s1s{ ~ ∆ν 为顶部附加地震作用系数 o
∆ν s1s ~Γ¨´为结构等效总重力荷载 o多质点可取总重力荷载代表值的 {x h ∀
zst 第 tu期 许 民等 }平台框架式木结构住宅设计方法探讨
图 z 建筑物风荷载标准值
ƒ¬ªqz •¬±§ ²¯¤§¶·¤±§¤µ§√¤¯∏¨ ²©·«¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨
≠ Γ¨´的计算
屋盖和楼面自重 }Γµ²²© Αµ²²© ≅
∆µ²²© v{1{u ≅ s1yzx uy1u ®o Γ©¯²²µ
Α©¯²²µ∆©¯²²µ vs ≅ s1vt |1v ®∀外墙和
内墙自重 }Γ外 ku ≅ x ≅ s1zs{ n u ≅
y ≅ s1zs{l ≅ u1z wu1s| ®oΓ内 kv
≅ s1y{v n u ≅ s1y{vl ≅ u1z |1uu ®∀
根据上面运算 o则屋盖和楼面质
点自重分别为 }Γu p ¨´ Γµ²²© n s1x ≅
Αµ²²© ≅ s1x n s1x ≅ k Γ外 n Γ内l yt1xy
®o Γt p ¨´ Γ©¯²²µ n s1x ≅ Α©¯²²µ ≅ u1s n
s1x ≅ k Γ外 n Γ内l w|1s ®∀从而得
出结构等效总重力荷载 }Γ¨´ s1{x ≅
k Γu p ¨´ n Γt p ¨´ l |v1|{ ®∀
Φι 的计算
Φup¨´ yt1xy ≅ v1vxkyt1x| ≅ v1vx n w|1s ≅ u1zl ≅ s1s{ ≅ |v1|{ w1x{ ®~
Φtp¨´ w|1s ≅ u1zkyt1xy ≅ v1vx n w|1s ≅ u1zl ≅ s1s{ ≅ |v1|{ u1|w ®∀
212 结构构件设计
对于轻型木结构 o一般假定由规格材或工程木产品组成的木构架承受竖向荷载 o由木基结构板材和木框
架组成的楼 !屋盖和剪力墙承受水平荷载 ∀
图 { 轻型木桁架结构详图
ƒ¬ªq{ ≥·µ∏¦·∏µ¨ §¨·¤¬¯ §µ¤º¬±ª²© º²²§·µ∏¶¶
u1u1t 屋架设计 轻型木桁架通常采用结构分析软件来进行设计 o如 • ²²§º²µ®和 ¬·¨®o但都是以美国和加
拿大的设计规范编写 o不仅价格昂贵 o而且与我国的实际国情有很大出入 o并且多与木结构产品捆绑销售k杨
国平 oussyl ∀因此 o本例中的木桁架通过理论力学的三角形法则进行计算 ∀
本例的木桁架的基本结构如下 }屋面坡度为 uyβ o屋架间距为 yss °° o采用兴安落叶松规格材 o材质等级
为 ¶¦ o上弦杆选用 ws °° ≅ tws °°规格材 o下弦杆及腹杆选用 ws °° ≅ |s °°规格材 o节点齿板为 ≥2us o上
弦杆及跨中的腹杆上设有 ws °° ≅ |s °°侧向支撑k图 {l o以保证侧向稳定性 ∀
作用于上弦杆的永久荷载为 s1vzx ®#°pu o下弦杆的永久荷载为 s1v ®#°pu o屋面活荷载标准值为 s1x
®#°pu ∀经计算 o永久荷载加全跨可变活荷载的荷载组合为最不利荷载组合 ∀由计算结果 o所有上弦杆 !下
弦杆及腹杆均满足设计要求 ∀由桁架杆件内力可以得到用于齿板节点设计的节点内力 o设计出齿板节点连
接的尺寸根据5木结构设计规范6k
xsssx p ussvly1v节中有关齿板连接的规定 o均满足设计要求 ∀
u1u1u 屋盖设计 屋盖结构单元由厚 tu °°的胶合板和屋架组合而成 o面板边缘钉的间距为 txs °°∀中
间支座处的钉间距为 vss °° o由于
东西立面与南北立面的长度相差
不大 o设计由其共同控制 ∀假设在
东西立面k长度方向上l所产生的
侧向力均匀 o则作用在屋盖上横向
的水平荷载设计值为 Ω© t1w ≅
tw1sΠy v1uz ®#°pt ∀
tl 屋盖抗剪承载力验算 由
5木结构设计规范6 k
xsssx p
ussvl附录 °知屋盖的设计抗剪承
载力为 }ς φ§
φ√§ κt κu Β o式中 }
{st 林 业 科 学 ww卷
κt t1s oκu t1sk落叶松类l oΒΥx °∀
由规范
xsssx p ussv附表 ° qs1t查得 φº§ y1w ®#°pt o所以沿 Α轴线的设计抗剪承载力为 }ς φ§ Β
vu ®~而实际的水平荷载为 s1x ≅ v1uz ≅ x {1tzx ®o由此可见屋盖满足抗剪承载力要求 ∀
ul 屋盖边界杆件承载力验算 屋盖边界杆件由外墙的双层顶梁板 ws °° ≅ |s °° µ¦Π¶¦级落叶松规
格材组成 o查木结构设计手册得出落叶松的性能如下 }抗弯 φ° tx1v #°°pu o顺纹抗压 φ¦ tv1x #°°pu o
顺纹抗拉 φ· {1xx #°°pu o顺纹抗剪 φ√ t1ww #°°pu o横纹承压 φ¦o|s u1sz #°°pu o弹性模量 Ε ts sss
#°°puk中国林业科学研究院木材工业研究所 ot|{wl ∀
沿 ∗ ≤轴线间的边界杆件承受的轴向力设计值 } Ν© ΜtΒs
Ω©Λut
{ Βs
v1uz ≅ yu
{ ≅ x u1|wv ®∀由于杆件的
抗拉承载力低于抗压承载力 o故边界杆件的轴向承载力由抗拉承载力控制 }Ν· u ≅ ws ≅ |s ≅ {1xx ≅ t1x ≅
tsp v |u1v ® u1|wv ®∀
u1u1v 墙体结构设计 tl 外墙墙骨设计 外墙墙骨为ws °° ≅ |s °° µ¦Π¶¦级落叶松 o墙骨柱间距为 wss
°° o墙骨柱的计算长度为 λ u1z ° o其计算简图及节点图见图 | ∀
作用在屋面的竖向荷载设计值 } Σ t1u ≅ s1yzx n t1w ≅ s1x s1{t n s1z t1xt ®#°pu o每根墙骨柱承
受的荷载设计值为 }Ν s1w ≅ t1xt ≅ xΠu t1xt ®~风荷载设计值为 }Ξ t1w ≅ s1ww ≅ s1w s1uwy ®#°pt ~
Μ ΞΛ
u
{
s1uwy ≅ u1zu
{ s1uux ®#° ~按强度验算 }
Ν
Α±φ¦ n
Μ
Ω±φ°
t1xt ≅ tsv
ws ≅ |s ≅ tv1x n
s1uux ≅ tsy ≅ y
ws ≅ |su ≅ tx1v s1vsv t ~
按稳定性验算 } ΝΥΥ° Αs [ φχ o式中 }Υ° t1s oΚ λsΠ ΙΠΑ tsv1{ o所以 Υ
u {ss
Κu s1uy ~故该墙骨柱的稳定
性 } ΝΥΥ° Αs
t1xt ≅ t sss
s1uy ≅ t1s ≅ v yss t1yt #°°
pu φ¦ o故稳定性满足要求 ∀
图 | 外墙墙骨柱计算示意图及桁架的连接
ƒ¬ªq| ≤¤¯¦∏¯¤·¨ ¶®¨·¦« °¤³²© ¬¨·¨µ¬²µº¤¯¯¶·∏§
¤±§¦²±±¨ ¦·°¤³²© º²²§·µ∏¶¶¤±§º¤¯¯¶·∏§
ul 剪力墙设计 剪力墙为左侧墙 o由墙骨柱 !顶梁板
和地梁板以及墙面板组成 ∀剪力墙长为 y ° o墙骨柱为 ws
°° ≅ |s °° µ¦Π¶¦级落叶松 o墙面板为 tu °° ≥
o面板边
缘钉间距为 txs °°∀经计算 o风荷载作用下墙承受的剪力
设计值为 tu1x ®∀
≠剪力墙抗剪承载力验算
由规范
xsssx p ussv附录 ± 知剪力墙的设计抗剪承
载力为 } ς φ§λ kφ√§ κt κu κvlλo式中 }κt t1s oκu t1s o
κv s1{ ~由规范
xsssx p ussv附表 ± qs1t p t查得 φ√§
w1z o所以 oφ§ φ√§κt κu κv w1z ≅ t ≅ t ≅ s1{ v1zy ®#°pt ~
ςµ φ§λ v1zy ≅ y uu1xy ® ς© tu1x ®∀
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 o为 v根 ws °°
≅ |s °° µ¦Π¶¦级落叶松规格材 ∀边界杆件承受的设计轴
向力为 }Ν© tu1x ≅ u1zΠy x1yux ®∀由于杆件的抗拉承载力低于抗压承载力 o故边界杆件的轴向承载力由
抗拉承载力控制 }Ν· v ≅ ws ≅ |s ≅ {1xx ≅ t1x ≅ tspv tv{1y ® Ν© ∀
≈剪力墙连接件验算
连接件与基础的连接 连接件与基础的连接由一个 ty≤ 级普通螺栓承受 ∀根据钢结构设计规范
xsstz p ussv o普通螺栓的抗拉强度设计值为 φ¥· tzs #°°pu o故螺栓承载力设计值 }Ν· Πδ
u
w φ
¥
· v1tw ≅ y
u
w
≅ tzs ≅ tspv vw1ty ® x1ytx ®∀
连接件与墙骨柱的连接 连接件与墙骨柱的连接由 u个 ts≤ 级普通螺栓连接传递 o则 }Ν√ κ√ δu
φ¦ o式中 }κ√ z1x o所以 Ν¦ κ√ δu φ¦ u1|y ® Ν©Πu u1{t ®∀
|st 第 tu期 许 民等 }平台框架式木结构住宅设计方法探讨
墙骨柱螺栓连接处偏心受拉验算 偏心弯矩 Μ Μ©ε x1yux ≅ s1sw s1uux ®#° o由规范
xsssx p
ussv式kx1v1tl } ΝΑ±φ·n
Μ
Ω±φ°
x1yux ≅ tsv
k|s p tsl ≅ {s ≅ {1xx n
s1uux ≅ tsy
tΠu ≅ k|s p tsl ≅ {su ≅ tx1v s1ty t1s ∀
u1u1w 楼面结构设计 tl 木搁栅选用和设计 楼面简支规格材木搁栅计算跨度 v ° o在 v °处下设有基础
墙并布置底梁板以支撑木搁 o栅搁栅间距为 vss °° o楼面恒荷载为 t1zxw ®#°pu o均布活荷载标准值为 u1s
®#°pu o采用落叶松木材 o经计算该楼面简支规格材木搁栅可选用 ws °° ≅ uvx °°的截面 o考虑到我国无此
截面的规格材 o故采用采用胶合方式来制备 ∀
搁栅的间距为 vss °° o支承在基础墙上 o见图 ts ∀作用在楼面的竖向荷载设计值为 }Σ t1u ≅ t1zxw n
t1w ≅ u1s w1| ®#°pu ∀搁栅为 ws °° ≅ uvx °° µ¦Π¶¦级落叶松 o搁栅的自重设计值为 }t1u ≅ y1x ≅ s1sw ≅
s1uvx s1szv ®#°pt ∀故搁栅承受的均布荷载设计值为 }γ n θ s1v ≅ w1| n s1szv t1xwv ®#°pt ~ Μ
k γ n θlΛu
{
u1svv ≅ vu
{ u1u| ®# ° ~ς
k γ n θlΛ
u
u1svv ≅ v
u v1sw| ®∀
图 ts 搁栅计算简图
ƒ¬ªqts ²¬¶·¦¤¯¦∏¯¤·¬²± §¬¤ªµ¤°
≠弯曲强度验算
Μ
Ω±
u1u| ≅ tsy
t
y ≅ ws ≅ uvx
u
y1uu φ° |1t # °°pu ∀
剪切强度验算
ςΣ
Ιβ
v
u
ς
βη s1w| # °°
pu ∀
≈变形验算
荷载标准值 Σ t1zxw n u1s v1zxw ®#°°pu ~γ n θ s1v ≅ v1zxw n y1x ≅ s1sw n s1uvx t1yu ®#°pt
t1yu #°°pt ~Ξ xk γ n θlΛ
w
v{w ΕΙ
x ≅ t1yu ≅ v sssw
v{w ≅ ts sss ≅ ttu ≅ ws ≅ uvx
v
v1x| °° ΛΠuxs tu °°∀
…支承处局部受压验算
φ¦ ςΑ¦
v1sw| ≅ t sss
ws ≅ |s s1{x # °°
pu φ¦o|s u1sz # °°pu ∀
由上可见 o木搁栅符合设计要求 ∀
ul 楼面设计 楼面系统由搁栅以及 tu °°厚的 ≥
楼面板组成 o面板边缘钉的间距为 txs °°∀由于
东西立面的长度与南北立面的长度相差不大 o但楼面受横向荷载的作用较大 o所以楼面的设计由作用在横向
的荷载控制 ∀假设所产生的侧向力均匀分布 o则作用在楼面上的横向的水平荷载设计值为 Ξ© t1w ≅
x1{vuΠy t1vy ®#°pt ∀
≠楼面侧向抗剪力承载力验算
由规范
xsssx p ussv附录 °知楼面的设计抗剪承载力为 }ς φ§ Β φ√§κt κu Β∀式中 }κt t1s oκu
t1sk落叶松类l oΒ x °∀
由规范
xsssx p ussv附表 ° qs1t查得 φ√§ z1y ®#°pt o所以沿轴线的设计抗剪承载力为 }ς φ§ Β
kz1y ≅ t1s ≅ t1sl ≅ y wx1y ® s1x ≅ t1vy ≅ y ws1{ ®∀
楼面边界杆件承载力验算
楼面的边界杆件由基础的地梁板组成 o具体连接方式见图 tt ∀地梁板为单层 {s °° ≅ usv °° µ¦Π¶¦级
落叶松规格材 o考虑到国内无此尺寸规格材 o采用胶合方式制备 ∀沿 ∗ ≤ 轴线间的边界杆件承受的轴向力
设计值为 }
Ν© ΜtΒs
Ξ©Λut
{ Βs
t1vy ≅ yu
{ ≅ x t1uuw ®∀
由于杆件的抗拉承载力低于抗压承载力 o故边界杆件的轴向承载力由抗拉承载力控制 }
Ν· {s ≅ usv ≅ {1xx ≅ t1x ≅ tspv us{1v ® Ν© t1uuw ®∀
stt 林 业 科 学 ww卷
图 tt 楼面与基础连接简图
ƒ¬ªqtt ≤²±±¨ ¦·°¤³²©©¯²²µ¤±§©²∏±§¤·¬²±
故该楼面系统满足设计要求 ∀
u1u1x 保温设计 适当选择保温材料 o木结构很容易实现
保温隔热的目标 ∀轻型木结构的保温性能主要是通过在墙
体之间根据要求放置隔热层 !保温材料来实现 o本文所使用
的保温材料为自己研制开发的稻草Π°≥层合复合材料 o当稻
草板 !°≥板 !稻草板的厚度分布为 us ows和 us °°时 o其热
阻值为 t1tv °u#• pt o与 xs ¦°厚砖墙的热阻值相比 o其保
温性能优于 xs ¦°厚的砖墙的保温性能k许民等 ousszl ∀
和国内通常采用的砖混和水泥墙体的隔热效果相比 o
现代木质建筑的墙体就像保温瓶胆 o而普通砖混或水泥墙
体就像玻璃杯 ∀木质建筑的墙体材料的保温御寒性能有助
于大大节省空调数量 ∀
v 结果与讨论
通过本文的设计步骤可以看出我国现代木结构的设计
中主要存在以下几个问题 }tl 在结构主体框架材料的设计
选用中 o国产常用建筑木材缺少足够的设计数据以供参考 ~
ul 缺少适合我国国情的设计软件 o因此极大的增加了木结
构设计的工作量 ~vl我国木结构的设计基本都是基于结构的设计理论 o基于性能的现代木结构设计研究还
处于空白 o而一些国外学者已经做出了许多研究kƒ¬¯¬¤·µ¤∏¯·ετ αλqousssl ~wl 针对轻型木结构中节点的通用
连接件的研究我国尚处于起步阶段 o并且缺少根据我国国情设计的连接件 o应建立国产木结构建筑的连接设
计体系k陈恩灵等 ousszl ~xl 计算机辅助 !数学模型的引入 o将大大加快木结构的设计和建造 o国外学者在这
方面做了大量工作 o而我国还处于起步阶段k周海宾等 oussyl ∀
平台框架式木结构住宅在我国还属新鲜事物 o近年来得到迅速发展k任海青等 oussyl ∀在我国已经出现
一些商业使用的木结构建筑住宅 o但现有以及正在建设的木结构住宅都是基于国外的设计和建造技术 o距真
正的国产化还有很大的距离 o极大的影响了我国木结构的发展 ∀希望本文能够给从事木结构住宅工作的研
究人员 !技术工程师和房地产开发商起到抛砖引玉的作用 o能够使更多的有志之士加入到木结构的研究发展
中来 ∀
参 考 文 献
陈恩灵 o费本华 qussz1 木结构金属连接件连接性能的研究现状 q木材工业 ouukvl }| p tu q
丁成章 qussy1 轻钢k木l骨架住宅结构设计 q北京 }机械工业出版社 q
何敏娟 oƒµ¤±®qussw1 北美/轻型木结构0住宅建筑的特点 q结构工程师 oktl }t p x q
刘晶波 o刘祥庆 o刘阳冰 o等 quss{1 轻型木结构建筑体系典型结构施工做法 q施工技术 ovzkvl }tts p ttu q
龙卫国 o杨学兵 qussx1 木结构设计手册 qv版 q北京 }中国建筑工业出版社 q
任海青 o周海宾 o费本华 o等 qussy现代框架式木结构住宅建造技术探讨 q林业科技 ovtkul }xy p x| q
许 民 o陈 磊 o李 坚 qussz1 基于 ≥≠≥的稻草Π°≥层合复合材料保温性能仿真分析 q林业科学 owvktul }tuu p tux q
杨国平 qussy1 齿板连接木桁架的数值分析及设计程序编制 q南京林业大学硕士学位论文 q
中国林业科学研究院木材工业研究所 qt|{w1 中国主要树种的木材物理力学性质 q北京 }中国林业出版社 q
周海宾 o费本华 o任海青 qussy1 世界木结构房屋研究的最新进展 q木材工业 ouskwl }t p v ows q
⁄²±¤¯§∞
o ¨±±¨ ·«o ετ αλqussy q ⁄¨ ¶¬ª± ²© • ²²§≥·µ∏¦·∏µ¨¶2≥⁄Π ƒ⁄ ky §¨¬·¬²±l q ¨ º ≠²µ® ¦µ¤º2¬¯¯ °µ²©¨¶¶¬²±¤¯ q
ƒ¬¯¬¤·µ¤∏¯· oƒ²¯½
qusss q°¨ µ©²µ°¤±¦¨2¥¤¶¨§¶¨¬¶°¬¦§¨¶¬ª± ²© º²²§©µ¤° §¨¥∏¬¯§¬±ªq²∏µ±¤¯ ²©≥·µ∏¦·∏µ¤¯ ∞±ª¬±¨ µ¨¬±ªotu{ktl }v| p wz q
k责任编辑 石红青l
ttt 第 tu期 许 民等 }平台框架式木结构住宅设计方法探讨