美国的多层木框架房屋

由于全球人口在不断膨胀，住房供给不足已成为全世界主要工业化城市所面临的问题。而多层木框架房屋则成为解决高额土地价值和建造费用的方法。特别是3~5层的木框架房屋因其施工速度和材料花费上的优点成为提供经济住宅的可能。在美国，大多数城市已经开始转向制造多层木框架房屋，以在有限的城市开发空间中提供更多的居住单元。

 

目前，多层木框架房屋的普遍使用已不仅仅限于美国和加拿大，在日本、澳大利亚和欧洲，这种房屋也十分流行。在美国，木材是首选的住宅建造材料。最近每年都有150万的新住宅建成，其中约75％为单户住宅而25％为多户。而前者中有近90％是采用木框架结构。

 

近30年来，木框架结构主要用在公寓、汽车旅馆、旅馆和高档住宅。这些建筑从3层到6层不等。结构上的考虑。木材是从古到今都一直使用的建筑材料，这不仅由于它结构上的性能还因其美学上的价值。木材在顺其纤维方向上有很大的耐力，而垂直方向上则很差。只要正确发挥其性能，木材很少有结构使用上的限制。与钢结构和混凝土结构相比，木结构有更大的单位重量承载力。木框架自重轻，并且在地震作用下产生较小的惯性力。在多层（多户）木结构住宅中要使用大量的墙以减轻每道墙的荷载。结构上的墙和楼板可传递风或地震产生的水平荷载。

 

水平荷载总的来说，木框架结构中特别套有木板的剪力墙和楼板在抵抗风和地震荷载时具有良好的性能。这些墙和楼板在设计的强度范围内具有很好的硬度和强度，同时在逐渐达到最大强度时也能有很大的承载力。此外由于木结构具有很强的延展性，它在被破坏前还会吸收大量的能量。

 

对过去地震的观察表明，木结构建筑具有良好的抗震性，而其中最有效的工作部分是下拉装置和剪力墙。那些在现代防震法则出现前建造的木结构房屋受到了较大破坏。受破坏的原因主要包括：短墙缺少支柱或根本没有支柱；房屋因缺少与基础的连接而滑动；为了车库开门而少设置剪力墙（所谓的“软墙”）。<BR>竖向荷载，为了承担在底层的重量荷载，木螺栓（有2x6, 3x4, 或 3x6的尺寸）经常被1个、2个、3个或近距离间隔（例如6英寸/15.24cm）地使用。在结构剪力墙和楼板的近距离钉固构造中3x规格的木螺栓经常被使用。图2是后面要提到的实例三盖茨沃斯（The Gatesworth）的节点细部。5层房屋底层一侧10英尺（304.8cm）窗横梁下方用了8个2x6规格的木螺栓以承受35 000磅（15 890kg）的集中荷载。

 

在梁柱设计中为了控制墙板和垫板的末端变形尺寸，木螺栓常常使用木纤维正交压缩的材料。因为当纤维变形发生时，托梁、横梁及木螺栓能有较小的总体变形尺寸。木材收缩，木材干燥后就会收缩。在大多数1、2层的房屋中，即使使用未干的木材，木材收缩的整体影响对基地还是可以适应的。

 

对于超过3层的木框架房屋，建筑规范要求对木材收缩予以考虑。使用干木材可以尽量减小收缩带来的问题，如建完后开裂和令人头痛的下水管问题。

 

我们可以通过对墙和地板中的水平木构件（如墙板和地板托梁）的收缩求和来计算整个木房屋的收缩。当把木托梁放在脱开墙而非在墙顶端的金属梁托架上时，房屋的整体收缩影响还能进一步减小。1990年代末, 工字木托梁和复合木板因其易得性和经济性而被广泛使用。由于它们是在比EMC更低的湿度条件下被制造，所以在使用时只有轻微的膨胀。当建造自身收缩率不同的多层木结构房屋时，在设计时就要对收缩问题进行考虑。这类建筑包括木框架房屋与砖外皮的结合；与钢框架中庭的结合；与混凝土电梯、楼梯间的结合；与安装在不同湿度条件下的木框架系统的结合。

 

建筑规范在防火问题上对木结构房屋有高度和楼层面积上的限制，但对于两边以上开敞或有自动灭火系统的木结构房屋的情况可适当放宽标准。在决定楼层面积的标准中，房屋中每个由防火隔墙分隔的部分可作为单独的房屋考虑。当地的房屋管理部门和消防部门共同规定木结构房屋的高度和楼层面积以符合防火和灭火要求。一般在多层木结构房屋项目中使用允许增加高度和楼层面积的规范。整体结构的1小时耐火通常是最低要求，而对于封闭楼梯间和疏散通道则有更高的要求。木结构房屋中还结合钢结构、混凝土结构等不燃结构的中庭和楼梯以简化防火处理。经过防火测试的构件，木构件用石膏来防火并经受检测。根据检测的结果来确定构件的防火等级并列入华盛顿石膏协会颁布的“人工防火设计”列表中。附加成分法，构件的耐火性可以用附加成分法计算出来。美国林业及纸业协会对这种方法提供有专门的出版介绍。

 

根据防火测试报告的资料，每种单独成分有其耐火性的时间价值。这种方法是将每种成分的防火性能的总和作为整个构件的防火性能。空腔阻隔和表皮加强的附加防护也被赋予防火性能的时间价值。<BR>火焰阻断和气流阻断建筑规范所要求的传统的火焰阻断和气流阻断技术在木结构房屋中能提供很好的防火措施。火焰阻断是防止火焰和烟气穿过相对较小的隐藏的通道而蔓延到其他区域。这些通道包括地板、墙壁和楼梯。通常的措施是在托梁和墙板之间加木隔断，在通风孔、上下水管、烟囱和壁炉周围使用不燃材料。气流阻断是防止热气、烟和火焰穿过较大的隐藏的通道蔓延到其他区域。这些通道包括阁楼、楼板下的吊顶或者开放管道。隔声，对于多层木房屋的墙壁和地板构造，隔声设计是一个需要考虑的非结构性重要问题。在这一点上，房屋是用作多户住宅还是商业建筑会决定对材料的选择。大量的木结构构件都经过隔声性能的测试并且刊登在产业手册、规范及产品性能和建筑规范的报告上面。轻质石膏板和其他密封材料常常被使用以增加隔声。在设计隔声时，对整个系统的选择就要比对单个结构木构件的选择来得重要。隔声等级（STC） 45~55通常被认为有良好的隔声效果。

 

为了提高隔声性能，地板上会设置轻质混凝土。这包括1.5英寸（3.81cm）厚、每立方米60到90磅（27.24~40.86kg）重的轻质混凝土和0.75英寸（1.905cm）厚、每立方米100到130磅（45.4~59.02kg）重的石膏胶泥。它们自身平整。混凝土的浇铸在主体框架完成并安装好水、电管道之后进行。延伸处的接缝处理是经常设置在延墙线开门处的T形金属槽。双层底的木板常用作墙。较低的底部板木材可作为混凝土模板。套有石膏板的单层底的板也能使用。石膏板在这里充当模板，并减少了木材的用量。

发布者：hzganglong   2010-2-3   文章出处:    访问统计(190)     评论(0)    收藏此页到博采

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