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木桁架系统在“平改坡”中的应用

来源:澳门新浦京8455com  作者:www 8455.com  时间:2019-04-22  浏览次数:

一、轻型木桁架
轻型木桁架是由各种尺寸的规格材制作,杆件之间采用金属齿板连接,金属齿板由不同等级及不同厚度的镀锌钢板制作。轻型木桁架主要用于木屋架和楼面搁栅。可应用在木结构、钢结构和混凝土结构的屋顶,最适合在已建的建筑物上进行“平改坡”工程的设计和施工(见图①)。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。而在已建的建筑物上采用轻型木桁架的方式进行“平改坡”,在设计、施工和使用时一般不受任何限制。       
图① 在已建的建筑物上进行“平改坡”工程
采用规格材木桁架制作坡屋面,具有许多优点:
1. 经济实用、保温隔热性能优越,在建筑使用期可节约能源。采用木桁架制作的坡屋面系统完全能够达到国家有关建筑节能标准的要求和规定。
2. 施工期不受天气影响,施工工期较短。采用木桁架制作坡屋面不受气侯影响,特别是在北方寒冷的冬季也可正常施工。另外,许多木构件可在固定的加工厂加工制作,缩短了现场施工的时间,减少了对业主和环境的影响。
3. 木桁架制作的坡屋面重量轻,特别适用于已修建完成的建筑屋顶“平改坡”的改造工程。在承受相同外荷载的情况下,木结构的自重与混凝土结构、钢结构的自重相比要轻很多。在加屋顶或加楼层时,木结构对原有建筑的结构影响最小。
4. 木桁架下形成的阁楼可以作为生活起居用房,也可以当作仓库使用。并且,这种屋面系统对于新建建筑或已建建筑都适用,这种构造做法的技术很成熟,在欧洲已经使用了很长时间。
大多数轻型木桁架是在工厂制作,现场安装,这种形式的木桁架一般跨度较大。轻型木桁架也可直接在施工现场制作。现场制作轻型木桁架时,应根据金属齿板的型号和要求,按规定进行施工。跨度较大的木桁架的金属齿板节点连接一般需要专门的机械设备,采取滚压或液压施工。
我国国家标准《木结构设计规范》GB 50005-2003在修订时,规范第六章第三节专门增加了齿板连接的相关内容,但是GB 50005-2003中没有对轻型木桁架的设计作出具体规定。这主要是涉及到许多方面的问题。比如说金属齿板的承载力设计值的确定、木桁架节点模型假定等等问题。因此,在没有作认真仔细的研究工作时,规范GB 50005没有对轻型木桁架的设计作出具体规定。目前,根据我国建筑工程的需要,我们已开始进行这方面的研究工作。
轻型木桁架设计的步骤主要包括:
1. 通过结构分析确定桁架杆件的内力;
2.选择桁架杆件所用规格材的强度等级与尺寸;
3. 确定连接齿板的大小。
轻型木桁架的设计通常采用计算机结构分析软件来进行设计,这些分析软件是根据特定的设计程序而开发的。在国外,每个金属齿板的制造商都有各自的轻型木桁架的结构分析软件,如果采用他的金属齿板,就会免费提供轻型木桁架的设计程序。

二、轻型木桁架在混凝土结构中的应用
在混凝土结构上采用的轻型木桁架同样是由规格材制作,杆件之间的连接除采用金属齿板连接、钉连接外,通常采用特制的连接件来进行连接。这种特制的连接件是在金属薄钢板上钻了许多小孔,连接时,根据木桁架节点的具体情况,使用圆钉与规格材连接。特制连接件特别适合现场制作的木桁架节点的连接,它只需要人工敲打就能完成连接。
在混凝土结构上采用的这种轻型木桁架的承重系统包括两个主要部分(见图②):
1. 混凝土与轻型木桁架的连接;
2. 轻型木桁架体系。
混凝土与木结构的连接面起着把木屋盖的力传递到下部建筑上的作用。应考虑向下或向上的竖向荷载作用,以及水平荷载作用。木桁架与钢筋混凝土结构之间的连接,一般的做法是在钢筋混凝土结构上放置一个单独的木垫板,木垫板采用规格材制作,然后把桁架放在垫板上。而另一种做法是将木桁架的构件直接与钢筋混凝土结构相连。
图② 轻型木桁架承重系统示意图
木垫板与混凝土结构之间、木桁架与混凝土结构之间的连接,一般采用锚栓。锚栓与混凝土结构的连接主要有两种方法,第一种是在混凝土结构中预留锚栓;另一种是通过预留孔或钻孔置入胶粘剂固定的膨胀螺栓。两种不同方法有不同的承载力,因此,适合不同的情况。

三、在已建的建筑中采用轻型木桁架的实例
欧洲木业协会在北京修建了一个“平改坡”改建的示范工程。该示范工程位于北京市海淀区三义庙,属于海淀房地产管理局。建筑施工平面面积约1000平方米,施工单位是北京城建,实际施工时间30天左右。原有建筑为六层的砖混结构,根据要求进行屋顶“平改坡”的改建工程。在欧洲木业协会的大力支持下,于2004年9月开始,11月完成。
该示范工程采用的轻型木桁架屋盖结构由四部分组成:
1. 不同类型的节点构成的连接(见图③)。该示范工程中包括:木垫板与混凝土结构之间的锚固连接;木桁架与木垫板之间的锚固连接;木桁架规格材的节点连接;次要构件与木桁架的节点连接。
图③ 北京示范工程不同类型的节点构成的连接
2. 由轻型木桁架组成的主要承重体系。该示范工程中包括两种形式的承重木桁架(见图④)。
图④ 北京示范工程采用轻型木桁架的两种形式
一种轻型木桁架是采用芬克式桁架,木桁架屋面下的空间无法加以利用(图中远处)。另一种是木桁架屋面下的空间宽阔,可以上人,能够加以利用(图中近处)。
3. 次要承重体系,由檩条、挂瓦条或者不同的板条组成,它们把荷载传递到桁架上。该示范工程中采用了水平檩条和屋面板。
4. 由木梁、型钢或者板条组成的支撑系统。这个系统从屋脊到屋檐与桁架垂直,起传递荷载(包括风荷载、地震产生的水平荷载和支撑椽条的力)的作用。该示范工程中采用了檩条、型钢、水平支撑、木梁,以及屋面板也发挥水平支撑的作用。
该示范工程在建筑节能和建筑防火方面也采取了措施。首先在坡屋面规格材的空隙内填加了岩棉,岩棉具有保温、隔热、隔声和防火的多种作用。可使用部分的内部空间采用石膏板作为面板,能更好地防止火灾的发生。不可使用部分的木桁架表面全部经过防火涂料的处理(见图⑤)。在两种不同形式的木桁架变化处,增设的木骨架组合墙体,墙面采用石膏板作为面板,同时也具有防火分区的功能。
(a)使用部分的内部空间
(b)不可使用部分的内部空间
图⑤ 北京示范工程的内部空间
在施工过程中,该示范工程使用的是中国的一般工人,欧洲的技术专家作现场指导。示范工程所采用的材料除木构件采用的规格材(木材)和齿板等连接件是欧洲生产外,其余材料均采用国内生产的产品。(图⑥)是该示范工程完成后的内部空间的情景。
图⑥ 北京示范工程建成后的内部空间

四、在混凝土结构中轻型木桁架的发展
该示范工程是混凝土结构上采用轻型木桁架最好的一个例证,也给木结构建筑在实际工程中的应用指明了另一个方向,这将对我国木结构的发展起着十分重要的作用。随着我国国民经济的不断增长,以及各种形式的技术交流活动的推广,一定会推动我国木材工业和木结构建筑的快速发展,木结构技术也会不断提高,符合我们国情的木结构建筑一定会被大量采用。
在我国已颁布的有关木结构建筑的相关国家标准中,对轻型木桁架在混凝土结构中的应用,可以起到一定的技术保证。基本能满足工程建设的需要。但是,相关国家标准没有系统的对轻型木桁架作出更加详细的规定,在轻型木桁架工程的设计、施工、验收等方面还存在一定的困难。因此,需要对轻型木桁架的相关技术开展更进一步的研究,以便这一体系能在我国更好的应用。目前,我们规范管理组正在针对轻型木桁架的技术研究开展工作。
 

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