美国多层木结构房屋的应用与设计

第六届全国现代结构工程学术研讨会

（四）材料利用率高、投资省

木材加工过程中为了最大限度地利用原木，可用其不同长度、不同断面同时生产很多品种和规格的材料。如去除边角后可以生产各种尺寸的“规格材”；由于材质的不均匀性，可以按材质好坏分不同等级。

轻型木结构能够用各种不同规格、等级的木材，从而提高材料利用率，减少材料浪费；轻型木结构还能利用“速生材”生产的“定向刨花板”作为其墙板、楼板，从而进一步降低结构造价。

随着木材工业的发展，充分利用木材资源生产出的工程木产品，为木结构的可持续发展奠定了基础。根据研究，实木产品对于树木的利用率为６０％，而工程木产品可达９５％。

（五）木结构在美国的应用

木材是大自然赐于人类的天然、能耗低并且可再生的建筑材料。由于木结构具有上述很多优点，加之北美森林资源丰富、林产工业发达，因此美国木结构房屋历史悠久，至今仍为人们住宅首选的主要结构之

一。１９９７年美国新建单体别墅约１１３万８千栋，其中９０％采用木结构。另外所建的３３万８千栋多层住宅中，绝大多数也采用木结构。

三、美国房屋木结构常见的结构形式与设计

（一）木结构体系的历史发展

在木结构建筑中，木结构形态的演进与自然资源的多寡、经济因素的考量及人类工艺技术进步等息息相关。

早期在森林资源丰富、人口稀少的北欧，出现过圆木井干式的传统建筑，此种构造方式目前在俄罗斯等国还存在；后来因为森林资源的减少，过渡到木筋墙结构，仍以木材为主要的支撑构架，其间以土石材料填充之，此类建筑形态的演进可以追溯到ｌＯ世纪左右。

在亚洲，木结构在建筑的空间尺度上，或是在节点的复杂性上，木建筑都展现了一种与西方不同的更高难度，更精致的构筑文化。

中国古代木建筑一般先在石头之类的基础上建立柱子，然后在柱子上架梁，再在梁上立数层瓜柱和梁，最上层立脊瓜柱，构成了一组木构架。这种木结构体系一个最大的特点就是承重和围护结构分工明确，使建筑物上的重量都由柱子承受，而墙壁只起围护和分割的作用。由此门窗的配置不授限制，具有“墙倒屋不塌”之妙，除此之外，这种结构还有其他优点，如便于适应不同韵气候条件（可随意安排房屋的高度、屋面的材料、窗户的变化）；减少地震危害的可能性（各接点有一定的收缩余地）；材料提供方便。ｒ［６１

图１我国传统木结构构造工业建筑２００６增刊

图２轻型木结构构造

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（二）轻型木结构体系

现代美国木结构住宅中的主要结构形式是“轻型木结构体系”。

轻型木结构体系，是将小截面构件按一定的间距等距离平行排列形成框架，然后在框架外根据受力需要，包上结构面板，形成建筑物的墙体、楼盖和屋盖等基本构件。整个结构体系就是由这些墙体、楼盖和屋盖构成的箱形建筑体系。作为一种高次超静定的结构体系，轻型木结构的结构强度通过主要结构构件（框架）和次要结构构件（墙面板、楼面板和屋面板）的共同作用形成。

当这种结构通过合理设计，部分结构体系能够承受和传递跨距较大的荷载时，也能用于其他大型的工业和民用建筑。

这种结构称之为“轻型木结构体系”，并不是说它自重轻、只能承受较小的荷载，而是因为它单个构件的断面较小。

（三）轻型木结构的材料【４］

（１）规格材

轻型木结构的框架，或者说骨架，包括楼盖搁栅，屋盖椽条，天棚搁栅以及墙体中的墙骨柱等，一般采用规格材。所谓规格材是指按一定尺寸和模数制成的实心锯材。轻型木结构框架最常用的是截面宽度为３８［ｎｌＴＩ的构件，长度一般为６００ＩｌｌｌＴＩ为进级单位。

（２）胶合木

胶合木是采用防水结构胶将锯材粘接在一起形成的一种工程木产品。胶合木的截面尺寸包括定尺和非定尺尺寸，定尺的胶合木大部分用于住宅。非定尺的胶合木主要用于商业和公共建筑中。

图３规格材构成的结构图４胶合木构成的梁柱

（３）结构复合木材

结构复合木材主要指两种产品，即单板层积材（也称旋切板胶合木）和旋切片胶合木。单板层积材是将木材单板平行放置，热压成型。而旋切片胶合木则将单板切成条状，然后采用结构胶沿构件长度方向粘接。结构复合木材用的胶粘剂都是室外用防水胶。

结构复合材被广泛地用在轻型木结构中梁，柱，过梁以及重型木结构的构件中。结构复合材在加工过程中，对原材料的缺陷进行了分离，提高了结构强度。有数据显示，结构复合材的抗弯强度是标准强度等级的规格材的三倍，刚度提高高３０％。

（４）工字木搁栅

工字木搁栅是一种可以有效代替实木规格材搁栅的工程木产品。工字木搁栅一般采用规格材或单板层积材作翼缘，结构胶合板或定向刨花板作腹板。因为工字木搁栅采用了高强度的工程木材，所以与传统的

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实木规格材搁栅相比，它的应用跨度可以更大。

图５工字木搁栅

（５）轻型木桁架

轻型木桁架可用于轻型木结构的屋盖和楼盖，代替屋盖椽条和楼盖搁栅。屋盖桁架根据屋面形状的不同，有不同的坡度。而楼盖桁架为上下弦杆平行的桁架。生产时，桁架的杆件一般采用截面宽度为３８ｍｍ的机械分等规格材。杆件在节点处，采用金属镀锌齿板从桁架两侧压入，将所有杆件连接在一起。

（６）木基结构板材

木基结构板材包括结构胶合板和定向刨花板。木基结构板材在轻型木结构中用作楼盖，屋盖和墙体的面板。作为结构构件，面板除了承载竖向重力荷载外，更主要起到传递和承载由风和地震荷载引起的侧向荷载。所以称作结构板材，以示与不承重的非结构板材的区别。

（四）轻型木结构的结构形式

目前，欧美采用比较普遍的轻型木结构形式主要为两种：全高框架和平台框架。

全高框架与平台框架的不同在于：用于外墙和某些内墙的墙骨是连续的，它们经过楼板一直支撑到屋顶框架的顶板处。由于楼板搁栅和墙骨间的连接不适于预制，也不容易在工地安装，因此这种构造方法目前很少使用。

ａ．全高框架ｂ．平台框架

图６全高框架与平台框架

“平台式框架”轻型木结构是一种将小尺寸规格材以较小的中心间距（一般为４１０ｍｍ～６１０ｍｍ）密置而成的一种结构形式。这些密置的骨架构件既是结构的主要受力体系，又是内、外墙面和楼屋面面层的支撑构架，此外还为安装保温隔热层、穿越各种管线提供了空间。

平台框架的主要优势在于独立于墙体而组装的楼板系统提供了一个平台或工作表面，人们可在其上组装及建造隔墙。由于墙骨只有一层楼高，所以墙体可以很容易地在其它地方预制，或在楼面底板上装配。墙体可一次一层楼地架设而无需使用笨重的提升设备。作为墙体框架组成部分的底板和顶板在楼板及天花

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