CN101644085B - 轻型木结构楼盖桁架及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轻型木结构楼盖桁架及其施工方法，由木质结构的上弦杆、下弦杆和腹杆相互拼接并通过齿板组成桁架，上弦杆构成的上弦与下弦杆构成的下弦呈上下平行布置，上弦与下弦之间均匀设置竖立的腹杆，两竖立的腹杆之间设有倾斜的腹杆，倾斜的腹杆和竖立的腹杆与上弦杆之间构成“

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”型节点连接，倾斜的腹杆和竖立的腹杆与下弦杆之间构成“

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Description

轻型木结构楼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楼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楼盖桁架及其施工方法，旨在有效提高桁架的承载能力和安全性，降低造价、缩短工期，便于施工。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

轻型木结构楼盖桁架，组成桁架的构件包括杆件和节点，所述的杆件包括上弦杆、下弦杆和腹杆，特点是：所述上弦杆、下弦杆和腹杆的材质均为木质，相互连接的上弦杆构成上弦，相互连接的下弦杆构成下弦，上弦与下弦呈上下平行布置，上弦与下弦之间均匀设置竖立的腹杆，相邻两竖立的腹杆之间设有倾斜的腹杆，倾斜的腹杆和竖立的腹杆与上弦杆之间构成

型节点连接或

型节点连接或型节点连接，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，上述的轻型木结构楼盖桁架，所述上弦杆、下弦杆、倾斜的腹杆和竖立的腹杆均为方形木质结构。

更进一步地，上述的轻型木结构楼盖桁架，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，轻型木结构楼盖桁架的施工方法，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，其中倾斜的腹杆和竖立的腹杆与上弦杆之间构成

型节点或

型节点或

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在墙体或主梁结构上固定支座托架，将木桁架吊装固定在支座托架上；第一榀木桁架吊装就位后，采用揽风绳或临时支撑固定；第二榀桁架吊装就位后，采用临时水平系杆固定，并在第一榀桁架与第二榀桁架之间设置垂直支撑；接着安装第三榀木桁架、第四榀木桁架，直至安装结束，在各区间均设置垂直支撑，使之形成整体，构成轻型木结构楼盖桁架体系。

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)跨度大、承载力高，该轻型木结构楼盖桁架体系，比传统楼盖体系的实木搁栅，其承载力更高、挠度更小，在相同的楼面载荷作用下，用等量的木材，可加大楼盖搁栅的跨度，并可根据设计需要，改变桁架的节间距离和桁架的矢高；提高了楼盖的承载能力，加大了楼盖搁栅的跨度，拓展了房屋的空间；

(2)工艺方法独特、安全可靠，轻型木结构楼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，大大提高了劳动效率；

(3)工厂化制作、产品质量精度高，方便运输、便于施工，轻型木结构楼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；

(4)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；

(5)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；充分利用短小木材，做到物尽其用，有效利用木材资源，非常经济合理；适用于新建木结构建筑物的楼面搁栅，尤其适用于每层楼面面积不超过600m²的别墅、会所等中小型的高档建筑。

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：本发明轻型木结构楼盖桁架体系的结构示意图；

图2：桁架节间与矢高及节点位置的示意图；

图3：节点示意图；

图4：齿板的安装示意图；

图5：支座托架的安装示意图；

图6：支座托架上固定桁架的示意图；

图7：另外一种型式的木结构楼盖桁架体系的结构示意图。

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	6	墙体
						7	主梁	8	支座托架	9	楼面板
10	吊顶面板	11	固定孔	A	节间
						B	矢高	C	腹杆接触面	D	弦杆中心线
E	腹杆中心线

具体实施方式

本发明采用木材制作上下弦杆和腹杆，薄钢板制作齿板，通过齿板将上下弦杆和腹杆连接构成平行弦杆桁架。具体应用时，该轻型木楼盖桁架通过支座托架将楼面载荷以及装饰吊顶载荷有效地传递给建筑物的墙体或主承重大梁。平行弦杆桁架各杆件之间通过齿板连接件连接，改变了传统木结构榫槽工艺的做法，大大简化了施工工艺。

如图1所示，轻型木结构楼盖桁架，组成桁架的构件包括杆件和节点，杆件包括上弦杆1、下弦杆2、倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4，上弦杆1、下弦杆2、倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4均为方形木质结构，相互连接的上弦杆1构成上弦，相互连接的下弦杆2构成下弦，上弦与下弦呈上下平行布置，上弦与下弦之间均匀设置竖立的腹杆4，左右相邻两竖立的腹杆之间设有倾斜的腹杆3；在左半部分，倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4与上弦杆1之间构成

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；在右半部分，倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4与上弦杆1之间构成

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；在每个节点处安装固定齿板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连接构成一体式桁架。

上述轻型木结构楼盖桁架的施工方法，包括以下步骤：首先用木材制作上弦杆1、下弦杆2、倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4；将上弦杆1、下弦杆2、倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4进行拼接，并确定节点，其中左半部分，倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4与上弦杆1之间构成型节点，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；在右半部分，倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4与上弦杆1之间构成

型节点，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；再在每一节点上安装一齿板5，齿板5的中心与节点对准，一次性完成嵌齿，形成一体式桁架；最后，在墙体6和主梁结构7上固定支座托架8，将上述桁架吊装固定在支座托架8上，第一榀木桁架吊装就位后，采用揽风绳或临时支撑固定；第二榀桁架吊装就位后，采用临时水平系杆固定，并在第一榀桁架与第二榀桁架之间设置垂直支撑；接着安装第三榀木桁架、第四榀木桁架，直至安装结束，在各区间均设置垂直支撑，使之形成整体，构成轻型木结构楼盖桁架体系。

该施工方法主要包括轻型木结构楼盖桁架的制作和安装两大部分，轻型木楼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、堆放。安装轻型木楼盖桁架的工艺是：安装支座托架→第一榀桁架吊装就位→安装临时稳定支撑→第二榀桁架吊装就位→垂直支撑安装→第三榀桁架吊装就位→第四榀桁架吊装就位→垂直支撑安装→楼层板铺设。充分利用短小木材，做到物尽其用，提高楼盖的承载能力，加大楼盖搁栅的跨度，拓展房屋的空间。有效利用木材资源，非常经济合理。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。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，木结构的施工周期可缩短1/4。木结构施工主要是木工作业，木工的工作量占总工程量的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，利于保证工程质量。采用木结构轻型桁架楼盖系统，不仅可适用于老房、旧房，对新建、再建和翻建的工程项目也非常适用。

具体制造和安装操作时，要注意以下方面：

翻样：由电脑翻样、工厂化制作木桁架，制作精度较高，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，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，下弦杆接头的数量不得超过两个，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，画好大样，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。详见：图2桁架节间与矢高及节点位置示意图，A为节间，B为矢高；图3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，如图4，齿板5对准节点，成对放置，以节点为中心，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。

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，并对桁架的杆件轴线、编号等作出必要的标识。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。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对桁架的受力和侧向稳定的影响。

木桁架的运输和堆放：木桁架根据其跨度采用不同长度的平板车辆进行运输，运输过程中宜采用竖直搁置，并采取多榀木桁架重叠平行捆绑。木桁架在施工现场应堆放在坚实、平坦的地坪上，严禁积水，并按照竖向垂直搁置堆放。堆放时在桁架两端端木下加垫垫木，采用防水遮阳布进行遮盖。

木桁架安装：安装前先采用水准仪找平，并在墙面上弹好通长水平墨线，然后根据墙体轴线按照木桁架的间距确定支座托架的位置。将支座托架按照确定的位置固定在墙体或主梁结构上，支座托架固定在砌墙体或混凝土墙体上时，采用膨胀螺栓固定；支座托架固定在纯木结构或木质大梁上时，采用圆钉固定；见图5，支座托架8固定在主梁结构7上，圆钉穿过固定孔11。继而，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，如图6，木桁架通过支座托架与主梁连接为一体。第一榀桁架吊装就位后，即采用揽风绳或其他临时支撑固定，防止桁架侧向变形。第二榀桁架吊装就位后，采用临时水平系杆固定，以使之形成稳定整体。对于跨度较大的高大桁架体系应在第一榀桁架与第二榀桁架之间增设垂直支撑。然后接着安装第三榀桁架、第四榀桁架，直至安装结束。并按设计要求在其他各区间设置垂直支撑。轻型木楼盖桁架结构体系安装在支座托架的基础上，可采用组合吊装法，在轻型木结构楼盖桁架安装过程中，根据楼面大小和轴间数量组织分区段流水作业，即桁架吊装就位、垂直支撑安装以及楼层板铺设可从一个方向开始，分区段组织流水作业，并随时插入楼层板的铺设和安装，即安装楼面板9和吊顶面板10。

轻型木楼盖桁架结构体系之最大桁架间距，根据楼面活载荷、木基结构板的最小厚度而确定，满足表1所示桁架间距与木基结构板最小厚度、楼面活载荷之间的关系。

表1

楼面板与支承桁架之间的钉连接满足表2的要求。

表2

齿板5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。轻型木结构楼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。其中环形钉咬合力最大，应使用在主要受力部位，用于支座托架与主梁之间的连接；螺纹钉次之，用在垂直支撑与木桁架之间的连接；平滑钉用于楼面板的铺设。

图7示意了另外一种型式的木结构楼盖桁架体系的结构，相邻两竖立的腹杆4之间设有倾斜的腹杆3，两倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4与上弦杆1之间构成

型节点连接，两倾斜的腹杆3和竖立的腹杆4与下弦杆2之间构成

型节点连接；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与上下弦杆连接构成一体式木桁架。还有更多的组合结构型式，其设计构思和原理相同，故不作详细描述。

经实际应用，本发明技术方案凸显出以下特点：

(1)跨度大，承载力高。轻型木结构楼盖桁架体系，比传统楼盖体系的实木搁栅，其承载力更高、挠度更小；在相同的楼面载荷作用下，用等量的木材，可加大楼盖搁栅的跨度，并可根据设计需要，改变桁架的节间距离和桁架的矢高。

(2)工艺方法独特，安全可靠。轻型木结构楼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，且大大提高了劳动效率。

(3)工厂化制作，产品质量精度高。轻型木结构楼盖桁架实行工厂化生产，桁架的翻样由软件支持，构件生产过程由计算机程序控制，下料精确，构件制作质量好，生产效率高。

(4)方便运输，方便施工。轻型木结构楼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。

(5)降低造价，缩短工期。构件的工厂化、规模化生产以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，大大缩短工期；同时，材料得到精确的计算和使用，材料损耗大大降低，成本有效节约，效益明显提高。

(6)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；从而，广泛适用于新建木结构建筑物的楼面搁栅，尤其适用于每层楼面面积不超过600m²的别墅、会所等中小型的高档建筑。

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.轻型木结构楼盖桁架的施工方法，组成桁架的构件包括杆件和节点，所述的杆件包括上弦杆、下弦杆和腹杆，所述上弦杆、下弦杆和腹杆的材质均为木质，相互连接的上弦杆构成上弦，相互连接的下弦杆构成下弦，上弦与下弦呈上下平行布置，上弦与下弦之间均匀设置竖立的腹杆，相邻两竖立的腹杆之间设有倾斜的腹杆，倾斜的腹杆和竖立的腹杆与上弦杆之间构成

型节点连接或型节点连接或

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，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，其中倾斜的腹杆和竖立的腹杆与上弦杆之间构成

型节点或型节点或

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在墙体或主梁结构上固定支座托架，将木桁架吊装固定在支座托架上；第一榀木桁架吊装就位后，采用揽风绳或临时支撑固定；第二榀桁架吊装就位后，采用临时水平系杆固定，并在第一榀桁架与第二榀桁架之间设置垂直支撑；接着安装第三榀木桁架、第四榀木桁架，直至安装结束，在各区间均设置垂直支撑，使之形成整体，构成轻型木结构楼盖桁架体系。

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