CN110374192A - 正交胶合木组合高层木建筑结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种正交胶合木组合高层木建筑结构，由首层正交胶合木组合楼层和复数个上部正交胶合木组合楼层组成，所述正交胶合木组合楼层由正交胶合木墙体体系和上弦承重式桁架楼板组成，所述正交胶合木墙体体系由钢板焊接拼接而成的柱体钢节点和正交胶合木墙组成，所述正交胶合木墙之间通过柱体钢节点固定连接成一体；所述上弦承重式桁架楼板由复数个上弦承重式桁架组成，所述上弦承重式桁架由上弦杆、下弦杆和复数个直腹杆、斜腹杆组成，所述上弦杆、下弦杆、直腹杆、斜腹杆之间通过结合板连接；所述的正交胶合木墙体与上弦承重式桁架的上弦杆通过翼板节点连接，所述的正交胶合木墙体与上弦承重式桁架的下弦杆通过钉节点连接。

Description

正交胶合木组合高层木建筑结构
技术领域
本发明涉及一种木组合建筑结构，具体涉及一种正交胶合木墙体体系、轻型木桁架楼板体系的木组合建筑结构。
背景技术
北美、欧洲等欧美地区有百分之八十五的多层住宅、百分之九十的低层住宅、百分之五十的低层商业建筑和公共建筑采用木结构体系。低层建筑以轻型木结构建筑为主。
轻型木结构是采用SPF规格材、木基结构面板或石膏板面板制成的木骨架墙体、楼板和屋面组成的结构体系，也可称之为“平台式骨架结构”。
公共建筑、高层建筑则越来越多地采用胶合木建筑体系。胶合木结构是用结构胶将木材或木材与胶合板拼接形成一定的尺寸与形状，符合设计要求且又具有整体木材效能的构件和结构形式。胶合木结构主要为层板胶合木结构。
正交胶合木CLT(全称为Cross Laminated Timber)，是一种新型的工程木产品，也可称为交错层压木材、交叉层叠胶合木等。CLT主要是三层以上的规格材或结构复合板材(SCL)垂直正交组成板坯，选用高强度的结构胶黏压制成，主要用于木结构房屋的墙板、屋板、楼板等，多为单层或多层箱型板式木结构建筑。正交胶合木幅面较大，截面的层板层数不得低于3层，其总厚度不应大于500mm。
正交胶合木具有刚度高、塑性和耗能性良好等特点。CLT具有很好的尺寸稳定性。CLT相邻层的正交结构导致其在材料主方向和次方向均具有相同的干缩湿胀性能。研究表明，CLT的线干缩湿胀系数为0.02％，其尺寸稳定性是实木和胶合木横纹方向尺寸稳定性的12倍。
轻型桁架结构，不仅能满足楼板的承载力性能，其下方可通过电气、暖通等空调设备的管道，轻型木桁架结构不仅可作为楼板结构，施工简单，同时也满足建筑上对空间吊顶的功能。减少因建筑设备走管线引起的层高缩减。
轻型木结构常选用小径面的规格材，胶合木结构常选用层板胶合木，建筑层数一般都相对不高于3层，由于两者结构形式的局限性，目前尚木有高层木结构建筑。因此，需要设计一种正交胶合木墙体—木桁架楼板的组合木建筑结构主要致力于高层木结构建筑的实施。
正交胶合木比层板胶合木具有更好的结构性能。利用新型工程木产品——正交胶合木，并结合轻型木结构、胶合木建筑结构的优点，构成新型的木组合高层建筑。
正交胶合木径向强度高，抗弯曲能力强，木桁架楼板承重强度高。组合木结构自重相较轻型木结构较大，具有较好的抗风倾覆性。本发明涉及的搭接节点，具有连接性、抗拔性好、承载能力强的特点，使得木结构从高度上得到突破。
发明内容
本发明利用新型工程木产品——正交胶合木，并结合轻型木结构、胶合木建筑结构的构造结构，设计新型连接节点，提供一种正交胶合木组合高层木建筑结构。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种正交胶合木组合高层木建筑结构，由首层正交胶合木组合楼层和复数个上部正交胶合木组合楼层组成，所述正交胶合木组合楼层由正交胶合木墙体体系和上弦承重式桁架楼板组成，所述正交胶合木墙体体系由钢板焊接拼接而成的柱体钢节点和正交胶合木墙组成，所述正交胶合木墙之间通过柱体钢节点固定连接成一体；所述上弦承重式桁架楼板由复数个上弦承重式桁架组成，所述上弦承重式桁架由上弦杆、下弦杆和复数个直腹杆、斜腹杆组成，所述上弦杆、下弦杆、直腹杆、斜腹杆之间通过结合板连接；所述的正交胶合木墙体与上弦承重式桁架的上弦杆通过翼板节点连接，所述的正交胶合木墙体与上弦承重式桁架的下弦杆通过钉节点连接。
进一步，所述柱体钢节点分为直角节点、平角节点、十字节点。
进一步，所述直角节点由两块外钢板、两块内钢板、一块斜钢板、两块底座锚固外钢板、底座锚固内钢板组成，两块两块外钢板呈直角布置，两块内钢板呈直角布置，两块外钢板与两块内钢板之间通过一块斜钢板固定连接；两块正交胶合木墙在直角处连接时，两块外钢板分别置于两块正交胶合木墙外侧，两块内钢板分别置于两块正交胶合木墙内侧。两块正交胶合木墙与直角节点之间通过多列螺栓节点连接。
进一步，所述平角节点由一块外钢板、四块内钢板、两块斜钢板、一块底座锚固外钢板、两块底座锚固内钢板组成，四块内钢板分成两组，每组中的两块内钢板呈直角布置，并与一块底座锚固内钢板焊接在一起，以及通过斜钢板与外钢板固定连接；三块正交胶合木墙在平角处连接时，外钢板置于两块平连接的正交胶合木墙处侧，两组内钢板分别置于三正交胶合木墙直角连接处的内侧；三块正交胶合木墙与平角节点之间通过多列螺栓节点连接。
进一步，所述十字节点主要由八块内钢板和四块底座锚固内钢板、四块斜钢板焊接组成。八块内钢板分别四组，每组中的两块内钢板呈直角布置，并与一块底座锚固内钢板焊接在一起，两组对角设置的内钢板之间通过两块斜钢板固定连接；四块正交胶合木墙在十字处连接时，四组内钢板分别置于四块正交胶合木墙正交的外侧直角处；正交胶合木墙与十字节点之间通过多列螺栓节点连接。
进一步，所述结合板的板面上设有复数列的边缘两侧双齿和复数列的中心处孔洞，结合板通过边缘两侧双齿的齿与上弦杆、下弦杆和斜腹杆连接，以及通过中心处孔洞用钉与上弦杆、下弦杆和直腹杆连接。
进一步，所述翼板节点由一块上钢板、一块左钢板、一块右钢板、两块前钢板、两块三角翼钢板焊接而成，所述上钢板与上弦杆为钉连接；前钢板下部与首层正交胶合木墙体通过钉连接；前钢板上部与上部正交胶合木墙体通过钉连接；三角翼钢板与首层正交胶合木结构为锚栓连接。
一种正交胶合木组合高层建筑结构的安装方法，其步骤为：
(1)柱体钢节点的制作；
(2)正交胶合木墙体的预处理；
(3)柱体钢节点和正交胶合木的连接；
(4)上弦承重式桁架的制作；
(5)上弦承重式桁架与正交胶合木墙体的连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明的首层正交胶合木的结构主体受力主体采用主体框架钢结构作为承重柱的形式，选用正交胶合木作为承载墙体和承受侧向风荷载的形式，选用上弦承重式桁架作为楼板承重楼面。
本发明在多个节点处采用特殊形式的钢节点进行连接，改善了节点区域的受力性能，增强了节点连接的整体性和可靠性；同时钢结构柱和正交胶合木组成的正胶胶合木墙体体系、规格材组成的上弦承重式桁架受力性能好，能用于高层木结构建筑。木结构建筑吸能、释能强，能广泛用于地震活动较频繁的区域。
正交胶合木墙体体系、上弦承重式桁架均可以在工厂定制加工，到现场可直接拼装，现场仅需要焊接钢材、钉接等简单施工工艺，因此建造速度快，同时拆除建筑也简便，可广泛用于一些灾后重建工程中的临时建筑。
附图说明
图1为首层正交胶合木组合楼层1的示意图；
图2为正交胶合木墙体体系10的俯视图；
图3为直角节点101的平面图；
图4为平角节点102的平面图；
图5为十字节点103的平面图；
图6为上弦承重式桁架20的A-A剖面图；
图7为结合板2001的平面示意图；
图8为翼板节点401的轴测图；
图9为上部正交胶合木组合楼层示意图；
图10为翼板节点401的俯视图；
图11为翼板节点401的前视图；
图12为翼板节点401的右视图；
图13为翼板节点401的侧视图；
图14为钉节点501的侧视图。
图中：1-首层正交胶合木组合楼层；10-正交胶合木墙体体系；20-上弦承重式桁架；101-直角节点；102-平角节点；103-十字节点；1001-外钢板；1002-内钢板；1003-斜钢板；1005-锚栓；2001-底座锚固外钢板；2002-底座锚固内钢板；1004-螺栓节点；30-正交胶合木墙；201-上弦杆、202-下弦杆、203-直腹杆、204-斜腹杆；2001-结合板；2002-边缘两侧双齿；2003-中心处孔洞；401-翼板节点；4001-上钢板；4002-左钢板；4003-右钢板；4004-前钢板；4005-三角翼钢板；501-钉节点。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的正交胶合木组合建筑结构作具体阐述。
本发明的正交胶合木组合高层建筑结构，由复数个正交胶合木组合楼层组成。正交胶合木组合高层建筑结构，包括混凝土基础、首层正交胶合木组合楼层1、上部正交胶合木组合楼层。
首层正交胶合木组合楼层1与地面的连接方式为锚栓1005连接。
图1是本发明中的首层正交胶合木组合楼层1的轴测图。首层正交胶合木组合楼层1主要由正交胶合木墙体体系10和上弦承重式桁架20组成。
图2是本发明中的正交胶合木墙体体系10的俯视图。正交胶合木墙体体系10主要由钢板焊接拼接而成的柱体钢节点和正交胶合木墙30组成。正交胶合木墙30之间通过柱体钢节点固定连接成一体。柱体钢节点主要分为直角节点101、平角节点102、十字节点103。
图3为直角节点101的平面图。直角节点101主要由两块外钢板1001、两块内钢板1002、一块斜钢板1003、两块底座锚固外钢板2001、底座锚固内钢板2002焊接组成。两块两块外钢板1001和底座锚固外钢板2001呈直角布置，两块内钢板1002和底座锚固内钢板2002呈直角布置，两块外钢板1001与两块内钢板1002之间通过一块斜钢板1003固定连接。两块正交胶合木墙30在直角处连接时，两块外钢板1001分别置于两块正交胶合木墙30外侧，两块内钢板1002分别置于两块正交胶合木墙30内侧。两块正交胶合木墙30与直角节点101之间通过多列螺栓节点1004连接。
图4为平角节点102的平面图。平角节点102主要由一块外钢板1001、四块内钢板1002、两块斜钢板1003、一块底座锚固外钢板2001、两块底座锚固内钢板2002焊接组成。正交胶合木墙30与平角节点102的连接通过多列螺栓节点1004组成。四块内钢板1002分成两组，每组中的两块内钢板1002呈直角布置，并与一块底座锚固内钢板2002焊接在一起，以及通过斜钢板1003与外钢板1001固定连接。三块正交胶合木墙30在平角处连接时，外钢板1001置于两块平连接的正交胶合木墙30处侧，两组内钢板1002分别置于三正交胶合木墙30直角连接处的内侧。三块正交胶合木墙30与平角节点102之间通过多列螺栓节点1004连接。
图5为十字节点103的平面图。十字节点103主要由八块内钢板1002和四块底座锚固内钢板2002、四块斜钢板1003焊接组成。八块内钢板1002分别四组，每组中的两块内钢板1002呈直角布置，并与一块底座锚固内钢板2002焊接在一起，两组对角设置的内钢板1002之间通过两块斜钢板1003固定连接。四块正交胶合木墙30在十字处连接时，四组内钢板1002分别置于四块正交胶合木墙30正交的外侧直角处。正交胶合木墙30与十字节点103之间通过多列螺栓节点1004连接。
图6为上弦承重式桁架20的A-A剖面图。楼板桁架体系主要由复数个上弦承重式桁架20间隔组成。上弦承重式桁架20主要由上弦杆201、下弦杆202和复数个直腹杆203、斜腹杆204组成。其中，上弦杆201、下弦杆202、直腹杆203、斜腹杆204之间连接使用结合板2001。
图7为结合板2001的平面示意图。结合板2001材料为高强热镀锌钢板，上弦杆201、下弦杆202、直腹杆203、斜腹杆204材料为SPF规格材。结合板2001平面特点为复数列的边缘两侧双齿21和复数列的中心处孔洞22。结合板2001的边缘两侧双齿21主要连接上弦杆201、下弦杆202和斜腹杆204。边缘两侧双齿21主要由机器压入上述规格材中。中心处孔洞22主要连接上弦杆201、下弦杆202和直腹杆203。边缘两侧双齿21与规格材的连接为齿连接；中心处孔洞22与规格材的连接为钉连接。
上弦承重式桁架20与正交木结构墙体30的连接形式为翼板节点401。图8-图13为翼板节点示意图。图8为翼板节点401的轴测图；图9为上部正交胶合木组合楼层示意图；图10为翼板节点401的俯视图；图11为翼板节点401的前视图；图12为翼板节点401的右视图；图13为翼板节点401的侧视图；
翼板节点401连接上弦杆201、首层正交胶合木楼层1和上部复数层正交胶合木楼层。翼板节点401由一块上钢板4001、一块左钢板4002、一块右钢板4003、两块前钢板4004、两块三角翼钢板4005焊接而成。上钢板4001与前钢板4004、三角翼钢板4005有预留孔。上钢板4001与上弦杆201为钉连接。前钢板4004下部与首层正交胶合木墙体30钉连接。前钢板4004上部与上部正交胶合木墙体钉连接。三角翼钢板4005与首层正交胶合木结构为锚栓连接。
图14为钉节点501的侧视图。上弦承重式桁架20的下弦杆202与正交胶合木墙体体系10连接为交叉钉连接。
本发明结构的安装工序：
(1)钢节点的制作；(2)正交胶合木墙体的预处理；(3)钢节点和正交胶合木的连接；(4)上弦承重式桁架的制作；(5)上弦承重式桁架与正交胶合木墙体的连接。
本发明的正交胶合木组合高层建筑结构，包括混凝土基础、首层正交胶合木组合楼层、上部正交胶合木组合楼层。
本发明中所涉及的钢节点主要为正交胶合木墙体体系的101直角节点、102平角节点、103十字节点。上弦承重式桁架20的2001结合板节点、401翼板节点、501的构架件。101直角节点、102平角节点102、十字节点103中正交胶合木与钢材的连接选用高强螺栓连接。结合板节点2001、401翼板节点为高强镀锌钢板，由工厂定制加工。501钉节点连接正交胶合木与上弦承重式桁架的下弦杆202选用钉连接。
正交胶合木墙体20所选用的木材为正交胶合木。上弦承重式桁架所选用的上弦杆201、下弦杆202、直腹杆203、斜腹杆204材料为SPF规格材。
(1)钢节点的制作：可将钢板材料运输至施工现场，施工现场进行切割，预留螺栓孔、进行现场焊接。钢节点主体可由工厂制模、倒浆、灌注、成型。前者的性能由于后者，焊接过程的工艺手法可能形成焊接缺陷影响钢节点的承载力。钢节点安装方式为：根据结构跨度、荷载等设计条件确定整体结构连接件的尺寸。
(2)正交胶合木墙体的预处理：(1)正交胶合木墙30最终所需的墙体厚度一般通过结构强度设计决定。工厂预制正交胶合木墙体。(2)正交胶合木根据平面所需夹角，切割成一定角度。如图3所示，直角节点101所需的正交胶合木的夹角为45度。如图4所示，平角节点102所需的正交胶合木的夹角为60度。如图5所示的，十字节点103所需的正交胶合木为90度。在正交胶合木墙上预留螺栓节点1004所需的孔。
(3)钢节点和正交胶合木的连接：将直角节点的零部件运输至施工现场，施工现场进行切割，预留螺栓孔、焊接。将焊接形成后的直角节点的结构通过吊车操作，将正交胶合木墙夹角端部拼接至钢节点夹角处，并用斜支撑对正交胶合木墙的两侧进行侧向支撑，便于连接平角节点、十字节点，以免在安装过程中墙体产生倾覆。
(4)上弦承重式桁架20的制作：由高强镀锌钢板制成的结合板2001与规格材的连接形式为齿连接和钉连接。结合板2001由工厂定制生成。上弦杆201、下弦杆202、直腹杆203、斜腹杆204的尺寸、规格均需经过工程设计。工厂通过万能试验机等设备将结合板的复数列的边缘两侧双齿21压入SPF规格材。边缘两侧双齿21与规格材的连接为齿连接；中心处孔洞22与规格材的连接为钉连接。上弦承重式桁架可由工厂定制完成，后运输至工地。也可将所需材料运输至工地后，现场施工。
(5)上弦承重式桁架与正交胶合木墙体的连接。通过起吊机将一上弦承重式桁架起吊至预定位置。同时安装上弦杆201两侧的结合板2001，以免发生桁架弯曲。
1)上钢板4001与上弦杆201采用平行钉连接。
2)前钢板下部与首层正交胶合木墙体采用平行钉连接。三角翼钢板与首层正交胶合木结构为锚栓连接。
3)安装钉节点501，钉交叉连接下弦杆202与正交胶合木墙体。
4)安装上部正交胶合木墙体后，钉连接前钢板上部与上部胶合木墙体。
正交胶合木墙体体系选用了钢结构和正交胶合木两种高强度的材料。不仅避免了钢结构整体失稳，使用正交胶合木作为墙体时，选用最外层的顺纹方向为垂直受压方向，便于最大程度地发挥正交胶合木顺纹方向上的受压承载力性能。
选用上弦承重式桁架相较正交胶合木做为楼板承重，避免了正交胶合木受压式引起的齿接处脱胶引起板面内破坏从而失去承载力。
上弦承重式桁架的存在不仅承载了楼面荷载，还丰富了结构的荷载传递路径，也满足了建筑设计中对满足设备管线，预留建筑层高的做法。
本发明的正交胶合木组合建筑结构，正交胶合木墙体框架体系主要采用钢结构与正交胶合木两种材料。随着正交胶合木材料的进一步研究发展，正交胶合竹材料也能同样的用于该正交胶合木墙体框架体系。

Claims (8)

1.一种正交胶合木组合高层木建筑结构，由首层正交胶合木组合楼层和复数个上部正交胶合木组合楼层组成，其特征在于：所述正交胶合木组合楼层由正交胶合木墙体体系和上弦承重式桁架楼板组成，所述正交胶合木墙体体系由钢板焊接拼接而成的柱体钢节点和正交胶合木墙组成，所述正交胶合木墙之间通过柱体钢节点固定连接成一体；所述上弦承重式桁架楼板由复数个上弦承重式桁架组成，所述上弦承重式桁架由上弦杆、下弦杆和复数个直腹杆、斜腹杆组成，所述上弦杆、下弦杆、直腹杆、斜腹杆之间通过结合板连接；所述的正交胶合木墙体与上弦承重式桁架的上弦杆通过翼板节点连接，所述的正交胶合木墙体与上弦承重式桁架的下弦杆通过钉节点连接。
2.根据权利要求1所述的正交胶合木组合高层木建筑结构，其特征在于：所述柱体钢节点分为直角节点、平角节点、十字节点。
3.根据权利要求2所述的正交胶合木组合高层木建筑结构，其特征在于：所述直角节点由两块外钢板、两块内钢板、一块斜钢板、两块底座锚固外钢板、底座锚固内钢板组成，两块两块外钢板呈直角布置，两块内钢板呈直角布置，两块外钢板与两块内钢板之间通过一块斜钢板固定连接；两块正交胶合木墙在直角处连接时，两块外钢板分别置于两块正交胶合木墙外侧，两块内钢板分别置于两块正交胶合木墙内侧。两块正交胶合木墙与直角节点之间通过多列螺栓节点连接。
4.根据权利要求2所述的正交胶合木组合高层木建筑结构，其特征在于：所述平角节点由一块外钢板、四块内钢板、两块斜钢板、一块底座锚固外钢板、两块底座锚固内钢板组成，四块内钢板分成两组，每组中的两块内钢板呈直角布置，并与一块底座锚固内钢板焊接在一起，以及通过斜钢板与外钢板固定连接；三块正交胶合木墙在平角处连接时，外钢板置于两块平连接的正交胶合木墙处侧，两组内钢板分别置于三正交胶合木墙直角连接处的内侧；三块正交胶合木墙与平角节点之间通过多列螺栓节点连接。
5.根据权利要求2所述的正交胶合木组合高层木建筑结构，其特征在于：所述十字节点主要由八块内钢板和四块底座锚固内钢板、四块斜钢板焊接组成。八块内钢板分别四组，每组中的两块内钢板呈直角布置，并与一块底座锚固内钢板焊接在一起，两组对角设置的内钢板之间通过两块斜钢板固定连接；四块正交胶合木墙在十字处连接时，四组内钢板分别置于四块正交胶合木墙正交的外侧直角处；正交胶合木墙与十字节点之间通过多列螺栓节点连接。
6.根据权利要求1所述的正交胶合木组合高层木建筑结构，其特征在于：所述结合板的板面上设有复数列的边缘两侧双齿和复数列的中心处孔洞，结合板通过边缘两侧双齿的齿与上弦杆、下弦杆和斜腹杆连接，以及通过中心处孔洞用钉与上弦杆、下弦杆和直腹杆连接。
7.根据权利要求1所述的正交胶合木组合高层木建筑结构，其特征在于：所述翼板节点由一块上钢板、一块左钢板、一块右钢板、两块前钢板、两块三角翼钢板焊接而成，所述上钢板与上弦杆为钉连接；前钢板下部与首层正交胶合木墙体通过钉连接；前钢板上部与上部正交胶合木墙体通过钉连接；三角翼钢板与首层正交胶合木结构为锚栓连接。
8.一种权利要求1-8任一所述的正交胶合木组合高层建筑结构的安装方法，其特征在于，其步骤为：
(1)柱体钢节点的制作；
(2)正交胶合木墙体的预处理；
(3)柱体钢节点和正交胶合木的连接；
(4)上弦承重式桁架的制作；
(5)上弦承重式桁架与正交胶合木墙体的连接。
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