CN101644084B - 轻型木结构屋盖桁架及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轻型木结构屋盖桁架及其施工方法，组成桁架的构件包括杆件和节点，所述杆件包括木质结构的弦杆和木质结构的腹杆，两上弦杆和一下弦杆构成三角形；在上弦杆与下弦杆之间设有竖立的腹杆，相邻两竖立的腹杆之间设有倾斜的腹杆，竖立的腹杆和倾斜的腹杆与上弦杆之间构成“K”型节点连接，倾斜的腹杆和竖立的腹杆与下弦杆之间构成“

”型节点连接或“”型节点连接或“

”型节点连接；在每个节点处固定有齿板，由齿板将腹杆与弦杆连接构成一体式木桁架。采用木结构轻型桁架，不仅对老旧房的平改坡适用，对新建、再建翻建的工程项目也非常适用，其承载能力和安全性都较理想。

Description

轻型木结构屋盖桁架及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种建筑桁架及其施工方法，尤其涉及一种轻型木结构屋盖桁架及其施工方法。

背景技术

在现代建筑中，通常以钢管为杆件组成钢桁架，因其承载力大、布置灵活、施工方便，已广泛应用于大跨度和大悬臂结构、转换梁结构中。目前，平面桁架的杆件节点分为铰接和刚接两种形式。当采用铰接节点时，平面桁架为静定结构，即指无多余约束的几何不变体系，仅一道防线，只要有一根杆件破坏，瞬间结构倒塌，后果不堪设想；当采用刚接节点时，虽然桁架仍属于超静定结构，即指有多余约束的几何不变体系，但如果要确保桁架结构在某一杆件或节点发生破坏时，仍能有一定的塑性变形能力，而不是瞬间倒塌，则桁架中各杆件的承载力和刚度需要大幅度提高，增加了制作成本，从而带来极大的经济负担。特别在大跨度悬挂结构中，这个问题就更突出了。

另外，平面桁架的杆件节点无论是铰接还是刚接，桁架的变形都相当大，但刚接的整体性更有利于抗震及协调受力和变形；桁架构件中的各杆件的受力也很不均匀，大者很大，小者很小，甚至为零杆，也造成了用材方面的浪费。因此它的推广使用受到了限制。

综上所述，目前普遍使用的钢管桁架存在以下缺陷：①采用铰接节点时为静定结构，无安全储备；②采用刚接节点时，需要以极大的经济投入为代价才能换来较小的安全储备；③个别杆件受力很大，个别杆件又几乎为零杆，造成局部杆件断面大和用材多；④节点的刚接较难实现，常因节点的变形而使整体桁架的变形增大。

发明内容，

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种轻型木结构屋盖桁架及其施工方法，旨在有效提高承载能力和安全性，降低造价、缩短工期。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

轻型木结构屋盖桁架，组成桁架的构件包括杆件和节点，所述的杆件包括弦杆和腹杆，其特征在于：所述弦杆和腹杆的材质均为木质，弦杆包括两上弦杆和一下弦杆，两上弦杆和一下弦杆构成三角形；在上弦杆与下弦杆之间设有竖立的腹杆，相邻两竖立的腹杆之间设有倾斜的腹杆，竖立的腹杆和倾斜的腹杆与上弦杆之间构成“K”型节点连接，倾斜的腹杆和竖立的腹杆与下弦杆之间构成

型节点连接或

型节点连接或

型节点连接；在每个节点处固定有齿板，由齿板将倾斜的腹杆、竖立的腹杆与上下弦杆连接构成一体式木桁架。

进一步地，上述的轻型木结构屋盖桁架，所述的弦杆和腹杆均采用方木。

更进一步地，上述的轻型木结构屋盖桁架，所述齿板的材质为镀锌钢板，镀锌钢板上分布有锋利的齿尖。

再进一步地，轻型木结构屋盖桁架的施工方法，包括以下步骤——

①首先用木材制作上弦杆、下弦杆、倾斜的腹杆和竖立的腹杆；

②将上弦杆、下弦杆、倾斜的腹杆和竖立的腹杆进行拼接，并确定节点，其中，两上弦杆和一下弦杆构成三角形，竖立的腹杆和倾斜的腹杆与上弦杆之间构成“K”型节点，倾斜的腹杆和竖立的腹杆与下弦杆之间构成

型节点或

型节点或

型节点；

③每一节点安装一齿板，齿板与节点对准，一次性完成嵌齿，形成一体式木桁架；

④木桁架吊装就位，吊装就位的木桁架屋脊处设置一根垂直立杆和一根斜撑；继而安装腹杆支撑和弦杆支撑，固定支座端侧向支撑；采用连接件将屋架与顶梁板相连接，形成整体，构成轻型木结构屋盖桁架体系。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

(1)工艺方法独特、安全可靠，轻型木结构屋盖桁架一改传统木桁架榫槽连接的传统工艺，以薄钢板制成的齿板为连接件，实现杆件拼装连接，克服了人工技艺对质量控制的难度，木桁架各种受力性能完全满足设计要求，安全可靠，大大提高了工作效率；

(2)工厂化制作、产品质量精度高，方便运输、便于施工，轻型木结构屋盖桁架可根据实际需要在工厂内拼装成形，再运至现场进行组装，也可直接运往工地进行组装；由于构件具有拼装性能，运输、装卸、施工操作均十分简便；

(3)降低造价、缩短工期，构件的工厂化、规模化生产及节点连接方式的改变，较大幅度地降低了手工操作比例，提高了生产效率；因采取工厂预制，半成品到工地拼装，增加了工作的有序性和连续性，大大缩短了工期；同时，材料损耗大大降低，成本有效节约，效益明显提高；

(4)绿色环保、无污染，轻型木结构桁架用天然木材加工而成，制作安装，整个过程不发生对人体及环境的危害和污染。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明轻型木结构屋盖桁架体系的结构示意图；

图2：节点示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						1	上弦杆	2	下弦杆	3	倾斜的腹杆
4	竖立的腹杆	5	齿板
						C	腹杆接触面	D	弦杆中心线	E	腹杆中心线

具体实施方式

如图1所示，轻型木结构屋盖桁架，采用木材制作弦杆和腹杆，薄钢板制作齿板，弦杆包括两上弦杆1和一下弦杆2，两上弦杆1和一下弦杆2构成三角形；在上弦杆1与下弦杆2之间设有竖立的腹杆4，相邻两竖立的腹杆4之间设有倾斜的腹杆3，竖立的腹杆4和倾斜的腹杆3与上弦杆1之间构成“K”型节点连接，倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4与下弦杆2之间构成

型节点连接或型节点连接或

型节点连接；在每个节点处固定有齿板5，由齿板5将倾斜的腹杆3、竖立的腹杆4与上弦杆1、下弦杆2连接构成一体式木桁架。

上述轻型木结构屋盖桁架的施工方法，包括以下步骤：首先用木材制作上弦杆、下弦杆、倾斜的腹杆和竖立的腹杆；再将上弦杆、下弦杆、倾斜的腹杆和竖立的腹杆进行拼接，并确定节点，其中，两上弦杆和一下弦杆构成三角形，竖立的腹杆和倾斜的腹杆与上弦杆之间构成“K”型节点，倾斜的腹杆和竖立的腹杆与下弦杆之间构成

型节点或

型节点或

型节点；每一节点安装一齿板，齿板与节点对准，一次性完成嵌齿，形成一体式木桁架；最后，木桁架吊装就位，吊装就位的木桁架屋脊处设置一根垂直立杆和一根斜撑；继而安装腹杆支撑和弦杆支撑，固定支座端侧向支撑；采用薄钢板将屋架与顶梁板相连接。

该施工方法主要包括轻型木结构屋盖桁架的制作和安装两大部分，轻型木屋盖桁架的制作工艺是：翻样→断料→杆件制作→拼装→齿板定位→齿板紧固→检验与标识→运输。安装轻型木屋盖桁架的工艺是：吊装第一榀桁架→安装临时支撑→钉连接(临时固定)→系杆支撑安装(腹杆支撑和弦杆支撑)→支座端侧向支撑安装固定→薄钢板带(连接件)→钉连接(永久固定)。

具体制造和安装操作时，要注意以下方面：

翻样：运用软件将有关数据核准后输入电脑便可得出相关需要的尺寸、数据，便于操作；在翻样时，桁架的节间位置控制准确。节间距离为两节点间距离，不完全是两杆件中线之间的长，确定节点位置和尺寸时，要先确认支座端的节点位置，正确后，量取节间长。

断料：在用料时，选材加工禁用髓心材，下料必须破心，对劈裂材、钝棱材或通缝材严禁用于桁架构件；对有少量死节、腐节的不能在接头和端点部位出现，以确保齿板安装连接牢固；因规格材的定尺原因，接头位置的调整可以在节间长的10％范围内取定，对杆件接头的数量避免在弦杆上出现过多，最长的下弦杆不能超过两个，在下料的时候应注意，不得在端部节间范围内出现接头。

拼装：确定节点的位置，桁架拼装时需注意腹杆接头接触面的尺寸控制，接触面的大小与节点的位置密切相关，腹杆节点处有两到三根杆件相交，先由杆件材料的规格定出杆件的中轴线，然后再将各轴线的相交点作为腹杆接触面的中心点，即可确定节点的位置；然后断料、切斜角拼装，有效避免节点的偏移。图2桁架节点示意图，C为腹杆接触面，D为弦杆中心线，E为腹杆中心线；桁架拼装时，弦杆对弦杆延长的对接接头应避开腹杆的接头。事先画好杆件接头的大样草图，在图上标出接头位置、接头方式，图示未注明的一般采用对接接头，接头位置设在内接间的4分点上。

齿板定位：查找节点、确定接触面后定出齿板需要的大小，齿板摆放的角度要满足嵌齿面积在各杆件的端部均匀分配。对弦杆同规格材的对接接头摆放齿板时，视两端相等便可。

齿板紧固：先检查齿尖，齿尖必须锋利无弯曲，嵌齿安装要一次性完成，正确安装齿板的前提是齿板中心要对准节点。

桁架检验与标识：齿板安装完成后，桁架的制作即完成，对桁架进行质量检验。在支座端标出节点轴力线，以便现场安装时核对跨距；标出每榀桁架的轴线编号。对坡度小的桁架，端支座斜切面比较长，要检查系板的位置及嵌齿面积是否符合设计要求；系板的嵌齿面积要达到端支座齿板面积的20％。重点检查每榀桁架在其平面位置上不得有变形和扭曲，避免桁架变形和扭曲。

木桁架安装：将运到工地的桁架按其轴线编号核实无误后吊装、就位；吊装、就位与经纬仪配合，使位置正确。为确保桁架在顶梁板的支座上不移位随即用短钉临时固定，包括临时支撑的撑脚固定，将吊装就位的第一榀桁架屋脊处设置一根垂直立杆和一根斜撑，先在地面上用一颗大于80mm的长钉将端头连接、竖起，拉出其中一根作为斜撑，长度不足接长延伸直至地面，斜撑与地面大约呈45度，撑脚固定牢固可靠，方法正确；一般垂直支撑为每个节间设置一付，最低不得少于三付。撑脚固定时，先将自然地面平整夯实，安装地下木桩，将地面杆与木桩用钉连接固定，然后将撑杆用不少于3根钉固定在地面杆的内侧。

钉连接(临时固定)：临时固定用钉连接是轻型木结构工程进行结构安装连接的重要一环，实际上它是完成了永久性固定的一部分，记住封板之前对固定点补足规范用钉量。不能将用于临时固定的短钉作为永久固定用钉数的补足。同一连接点的斜向用钉数不可大于规范用钉量的50％。锤击弯曲的钉要拔除。

腹杆支撑和弦杆支撑安装：腹杆支撑和弦杆支撑也是结构体系中的重要组成部分，因此，腹杆支撑和弦杆支撑的使用数量和安装部位，按照设计要求如数、准确安装固定；有时未明确的，为预防侧倾，确保上弦侧向稳定，必需在纵向通长设置水平杆与弦杆或腹杆连接。纵向水平支撑要与开间之间的垂直支撑配合设置。水平支撑与上弦杆的连接部位应距桁架屋脊端点200mm处为宜，每相交处用2颗82mm的铁钉垂直进钉固定。

支座端侧向支撑安装固定：屋架支座的临时固定采用钉连接，以水平向上，呈60度角斜向进钉，每侧先钉一颗，与顶梁板连接固定，待定位准确后再钉一颗；当完成屋架临时固定侧向用钉后，即可安装侧向支撑的钉连接固定，侧向支撑固定的用钉按间距每400mm用2颗钉，内外侧斜向各1颗；安装完成后在端头的上侧补钉与桁架连接的第3颗斜向钉；若不想撤除就选用钉长82mm的镀铁钉一次固定完成。通常用于临时固定的钉长一般为63mm。

安装薄钢板连接件：屋架与顶梁板的连接采用薄钢板连接件，其用钉数应由设计确定，但连接的两端侧(上下端、左右侧)最低一个端侧不少于6颗钉，并垂直进钉。

钉连接的(永久固定)：永久固定包括结构节点的钉连接和系杆支撑的钉连接；钉连接的永久固定是指一建筑物的整体框架结构依照规范要求的27种构造部位，完成全部规范内容的用钉数。薄钢板带(连接件)用钉，除了用钉数足量和部位安装紧密以外，还要避免顺木纹排布集中用钉，薄钢板带(连接件)用钉规定了一个端侧不少于6颗，施工中不能顺木纹排成行，应错开排布。系杆支撑(永久支撑)的连接，一般图纸有要求的系杆支撑都是永久支撑，对永久支撑的钉连接要满足规范规定的用钉数量，钉的规格要符合结构用钉标准，与临时支撑要求不同。用钉方式要求，钉的质量除了选择符合规范要求的规格、品种以及屈服强度和镀锌防锈要求外，在施工中应尽可能采用机械进钉方式，有的特殊部位用支垫送钉的办法必需用钉锤，尽量少用或不用。

齿板由镀锌薄钢板制作，镀锌应在齿板制造前进行，镀锌层重量不低于275g/m²。钢板采用Q235碳素结构钢和Q345低合金高强度结构钢，其质量符合国家标准《碳素结构钢》GB/T700-2006和《低合金高强度结构钢》GB/T1591-94的规定。当有可靠度依据时，可采用其他型号的钢材。齿板连接的构造应对称设置于构件连接节点的两侧，采用齿板连接的构件厚度应不小于齿嵌入构件深度的两倍。

轻型木结构屋盖桁架用钉主要有平滑钉、螺纹钉和环形钉等不同形式。施工中根据不同的连接部位使用不同形式的钉子，屋盖结构用钉满足下表的要求。

建筑细节	钉子长度	钉子直径	表面处理	抗剪强度	咬合力
						屋顶椽木、屋顶桁架与墙顶板	*82	3.8	热镀锌	8082	561
连接板与顶部每个椽木	*63	3.3	热镀锌	6247	726
						椽木与屋脊板	*82	3.8	热镀锌	8082	561
屋架拉条与椽木	*82	3.8	热镀锌	8082	561
						系梁	*63	3.3	热镀锌	6247	726
面坡椽与屋脊或坡谷椽	*82	3.8	热镀锌	8082	561
						2*6厚木板铺面与其支撑	*82	3.8	热镀锌	8082	561

钢板带(连接件)为面层热镀锌，板厚一般为1.0～2.0mm不等，镀锌层重量不低于275g/m²，钢板采用Q235碳素结构钢。连接件传递屋盖的侧向力。屋盖构件的宽度不得小于40mm，最大间距为600mm。屋盖相临面板的接缝位于骨架构件上，面板上边与骨架构件垂直，面板之间留不小于3mm的缝隙。木基结构板材的尺寸不得小于1.2m×2.4m，在楼屋盖边界或开孔处，使用宽度不小于300mm的窄板，但不得多于两块；当结构板的宽度小于300mm时，加设填块固定。对于经常处于潮湿环境条件下的钉应有防护涂层。钉距每块面板边缘不得小于150mm，中间支座上钉距不得大于300mm，钉应牢固的打入骨架构件中，钉面与板面平齐。屋盖面板铺设在木桁架上，采用剪刀撑将垂直墙体的侧向力传递至屋面板。

经实际应用，本发明技术方案凸显出以下特点：

(1)工艺方法独特、安全可靠，轻型木结构屋盖桁架一改传统木桁架榫槽连接的传统工艺，以薄钢板制成的齿板为连接件，实现杆件拼装连接，克服了人工技艺对质量控制的难度，木桁架各种受力性能完全满足设计要求，安全可靠，大大提高了工作效率；

(2)工厂化制作、产品质量精度高，方便运输、便于施工，轻型木结构屋盖桁架可根据实际需要在工厂内拼装成形，再运至现场进行组装，也可直接运往工地进行组装；由于构件具有拼装性能，运输、装卸、施工操作均十分简便；

(3)降低造价、缩短工期，构件的工厂化、规模化生产及节点连接方式的改变，较大幅度地降低了手工操作比例，提高了生产效率；因采取工厂预制，半成品到工地拼装，增加了工作的有序性和连续性，大大缩短了工期；同时，材料损耗大大降低，成本有效节约，效益明显提高；

(4)绿色环保、无污染，轻型木结构桁架用天然木材加工而成，制作安装，整个过程不发生对人体及环境的危害和污染。

可以明显看出，本发明充分利用木材，做到物尽其用，提高木材资源的利用率，经济合理。木质构件相对较轻，既具有构件体积小的灵活，也具有几何成形的方便；木结构在工程建设中有宽阔的应用面。施工便捷、速度快，既没有混凝土强度增长而等待，也没有钢结构的吊装焊接的繁琐，木结构的施工周期缩短1/4。90年代以前所建房屋大多风格变化不大且平顶居多，对这些老房宜采用平改坡的翻建和改造；用轻型木结构屋盖方式最经济可行。采用木结构轻型桁架，不仅对老房旧房的平改坡适用，对新建、再建翻建的工程项目也很适用，其市场前景及其推广的可行性十分乐观。木结构施工主要是木工作业，木工的工作量要占总工程量的70％以上，其次是油漆工、瓦工、水电工；工种的交接少，中间环节少，管理方便，利于施工质量的提高。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (1)

1.轻型木结构屋盖桁架的施工方法，轻型木结构屋盖桁架，组成桁架的构件包括杆件和节点，所述的杆件包括弦杆和腹杆，所述弦杆和腹杆的材质均为木质，弦杆包括两上弦杆和一下弦杆，两上弦杆和一下弦杆构成三角形；在上弦杆与下弦杆之间设有竖立的腹杆，相邻两竖立的腹杆之间设有倾斜的腹杆，竖立的腹杆和倾斜的腹杆与上弦杆之间构成“K”型节点连接，倾斜的腹杆和竖立的腹杆与下弦杆之间构成

型节点连接或

型节点连接或

型节点连接；在每个节点处固定有齿板，由齿板将倾斜的腹杆、竖立的腹杆与上下弦杆连接构成一体式木桁架；所述的上弦杆、下弦杆、倾斜的腹杆和竖立的腹杆均采用方木；所述齿板的材质为镀锌钢板，镀锌钢板上分布有锋利的齿尖；其特征在于：包括以下步骤——

①首先用木材制作上弦杆、下弦杆、倾斜的腹杆和竖立的腹杆；

②将上弦杆、下弦杆、倾斜的腹杆和竖立的腹杆进行拼接，并确定节点，其中，两上弦杆和一下弦杆构成三角形，竖立的腹杆和倾斜的腹杆与上弦杆之间构成“K”型节点，倾斜的腹杆和竖立的腹杆与下弦杆之间构成

型节点或

型节点或

型节点；

③每一节点安装一齿板，齿板与节点对准，一次性完成嵌齿，形成一体式木桁架；

④木桁架吊装就位，吊装就位的木桁架屋脊处设置一根垂直立杆和一根斜撑；继而安装腹杆支撑和弦杆支撑，固定支座端侧向支撑；采用连接件将屋架与顶梁板相连接，形成整体，构成轻型木结构屋盖桁架体系。

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