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          木桁架系統在“平改坡”中的應用

          來源:  作者:  時間:2019-04-22  瀏覽次數:

          一、輕型木桁架
          輕型木桁架是由各種尺寸的規格材制作,桿件之間采用金屬齒板連接,金屬齒板由不同等級及不同厚度的鍍鋅鋼板制作。輕型木桁架主要用于木屋架和樓面擱柵??蓱迷谀窘Y構、鋼結構和混凝土結構的屋頂,最適合在已建的建筑物上進行“平改坡”工程的設計和施工(見圖①)。除了荷載布置與支座位置的限制外,桁架可以設計成各種形狀。而在已建的建筑物上采用輕型木桁架的方式進行“平改坡”,在設計、施工和使用時一般不受任何限制?!      ?br />圖① 在已建的建筑物上進行“平改坡”工程
          采用規格材木桁架制作坡屋面,具有許多優點:
          1. 經濟實用、保溫隔熱性能優越,在建筑使用期可節約能源。采用木桁架制作的坡屋面系統完全能夠達到國家有關建筑節能標準的要求和規定。
          2. 施工期不受天氣影響,施工工期較短。采用木桁架制作坡屋面不受氣侯影響,特別是在北方寒冷的冬季也可正常施工。另外,許多木構件可在固定的加工廠加工制作,縮短了現場施工的時間,減少了對業主和環境的影響。
          3. 木桁架制作的坡屋面重量輕,特別適用于已修建完成的建筑屋頂“平改坡”的改造工程。在承受相同外荷載的情況下,木結構的自重與混凝土結構、鋼結構的自重相比要輕很多。在加屋頂或加樓層時,木結構對原有建筑的結構影響最小。
          4. 木桁架下形成的閣樓可以作為生活起居用房,也可以當作倉庫使用。并且,這種屋面系統對于新建建筑或已建建筑都適用,這種構造做法的技術很成熟,在歐洲已經使用了很長時間。
          大多數輕型木桁架是在工廠制作,現場安裝,這種形式的木桁架一般跨度較大。輕型木桁架也可直接在施工現場制作?,F場制作輕型木桁架時,應根據金屬齒板的型號和要求,按規定進行施工??缍容^大的木桁架的金屬齒板節點連接一般需要專門的機械設備,采取滾壓或液壓施工。
          我國國家標準《木結構設計規范》GB 50005-2003在修訂時,規范第六章第三節專門增加了齒板連接的相關內容,但是GB 50005-2003中沒有對輕型木桁架的設計作出具體規定。這主要是涉及到許多方面的問題。比如說金屬齒板的承載力設計值的確定、木桁架節點模型假定等等問題。因此,在沒有作認真仔細的研究工作時,規范GB 50005沒有對輕型木桁架的設計作出具體規定。目前,根據我國建筑工程的需要,我們已開始進行這方面的研究工作。
          輕型木桁架設計的步驟主要包括:
          1. 通過結構分析確定桁架桿件的內力;
          2.選擇桁架桿件所用規格材的強度等級與尺寸;
          3. 確定連接齒板的大小。
          輕型木桁架的設計通常采用計算機結構分析軟件來進行設計,這些分析軟件是根據特定的設計程序而開發的。在國外,每個金屬齒板的制造商都有各自的輕型木桁架的結構分析軟件,如果采用他的金屬齒板,就會免費提供輕型木桁架的設計程序。

          二、輕型木桁架在混凝土結構中的應用
          在混凝土結構上采用的輕型木桁架同樣是由規格材制作,桿件之間的連接除采用金屬齒板連接、釘連接外,通常采用特制的連接件來進行連接。這種特制的連接件是在金屬薄鋼板上鉆了許多小孔,連接時,根據木桁架節點的具體情況,使用圓釘與規格材連接。特制連接件特別適合現場制作的木桁架節點的連接,它只需要人工敲打就能完成連接。
          在混凝土結構上采用的這種輕型木桁架的承重系統包括兩個主要部分(見圖②):
          1. 混凝土與輕型木桁架的連接;
          2. 輕型木桁架體系。
          混凝土與木結構的連接面起著把木屋蓋的力傳遞到下部建筑上的作用。應考慮向下或向上的豎向荷載作用,以及水平荷載作用。木桁架與鋼筋混凝土結構之間的連接,一般的做法是在鋼筋混凝土結構上放置一個單獨的木墊板,木墊板采用規格材制作,然后把桁架放在墊板上。而另一種做法是將木桁架的構件直接與鋼筋混凝土結構相連。
          圖② 輕型木桁架承重系統示意圖
          木墊板與混凝土結構之間、木桁架與混凝土結構之間的連接,一般采用錨栓。錨栓與混凝土結構的連接主要有兩種方法,第一種是在混凝土結構中預留錨栓;另一種是通過預留孔或鉆孔置入膠粘劑固定的膨脹螺栓。兩種不同方法有不同的承載力,因此,適合不同的情況。

          三、在已建的建筑中采用輕型木桁架的實例
          歐洲木業協會在北京修建了一個“平改坡”改建的示范工程。該示范工程位于北京市海淀區三義廟,屬于海淀房地產管理局。建筑施工平面面積約1000平方米,施工單位是北京城建,實際施工時間30天左右。原有建筑為六層的磚混結構,根據要求進行屋頂“平改坡”的改建工程。在歐洲木業協會的大力支持下,于2004年9月開始,11月完成。
          該示范工程采用的輕型木桁架屋蓋結構由四部分組成:
          1. 不同類型的節點構成的連接(見圖③)。該示范工程中包括:木墊板與混凝土結構之間的錨固連接;木桁架與木墊板之間的錨固連接;木桁架規格材的節點連接;次要構件與木桁架的節點連接。
          圖③ 北京示范工程不同類型的節點構成的連接
          2. 由輕型木桁架組成的主要承重體系。該示范工程中包括兩種形式的承重木桁架(見圖④)。
          圖④ 北京示范工程采用輕型木桁架的兩種形式
          一種輕型木桁架是采用芬克式桁架,木桁架屋面下的空間無法加以利用(圖中遠處)。另一種是木桁架屋面下的空間寬闊,可以上人,能夠加以利用(圖中近處)。
          3. 次要承重體系,由檁條、掛瓦條或者不同的板條組成,它們把荷載傳遞到桁架上。該示范工程中采用了水平檁條和屋面板。
          4. 由木梁、型鋼或者板條組成的支撐系統。這個系統從屋脊到屋檐與桁架垂直,起傳遞荷載(包括風荷載、地震產生的水平荷載和支撐椽條的力)的作用。該示范工程中采用了檁條、型鋼、水平支撐、木梁,以及屋面板也發揮水平支撐的作用。
          該示范工程在建筑節能和建筑防火方面也采取了措施。首先在坡屋面規格材的空隙內填加了巖棉,巖棉具有保溫、隔熱、隔聲和防火的多種作用??墒褂貌糠值膬炔靠臻g采用石膏板作為面板,能更好地防止火災的發生。不可使用部分的木桁架表面全部經過防火涂料的處理(見圖⑤)。在兩種不同形式的木桁架變化處,增設的木骨架組合墻體,墻面采用石膏板作為面板,同時也具有防火分區的功能。
          (a)使用部分的內部空間
          (b)不可使用部分的內部空間
          圖⑤ 北京示范工程的內部空間
          在施工過程中,該示范工程使用的是中國的一般工人,歐洲的技術專家作現場指導。示范工程所采用的材料除木構件采用的規格材(木材)和齒板等連接件是歐洲生產外,其余材料均采用國內生產的產品。(圖⑥)是該示范工程完成后的內部空間的情景。
          圖⑥ 北京示范工程建成后的內部空間

          四、在混凝土結構中輕型木桁架的發展
          該示范工程是混凝土結構上采用輕型木桁架最好的一個例證,也給木結構建筑在實際工程中的應用指明了另一個方向,這將對我國木結構的發展起著十分重要的作用。隨著我國國民經濟的不斷增長,以及各種形式的技術交流活動的推廣,一定會推動我國木材工業和木結構建筑的快速發展,木結構技術也會不斷提高,符合我們國情的木結構建筑一定會被大量采用。
          在我國已頒布的有關木結構建筑的相關國家標準中,對輕型木桁架在混凝土結構中的應用,可以起到一定的技術保證?;灸軡M足工程建設的需要。但是,相關國家標準沒有系統的對輕型木桁架作出更加詳細的規定,在輕型木桁架工程的設計、施工、驗收等方面還存在一定的困難。因此,需要對輕型木桁架的相關技術開展更進一步的研究,以便這一體系能在我國更好的應用。目前,我們規范管理組正在針對輕型木桁架的技術研究開展工作。
           

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