鋼板材包裝木托架的承載研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化

龍倫芳　潘俊彥

摘 要：鋼板材包裝木托架承重結(jié)構(gòu)是通過(guò)承重內(nèi)墻和外墻將荷載傳遞到地基上的結(jié)構(gòu)。它們通常的特征在于具有小的窗壁比，即比窗開口更多的結(jié)構(gòu)壁面積和內(nèi)壁。由于磚墻或石墻內(nèi)的大應(yīng)力，鋼板材包裝木托架承重結(jié)構(gòu)的高度受到限制?？蚣芙Y(jié)構(gòu)由梁和柱組成。載荷通過(guò)地板傳遞到梁中，然后通過(guò)柱向下傳遞到地基。這些類型的結(jié)構(gòu)可以具有開放的內(nèi)部空間。本研究主要就鋼板材包裝木托架的承載研究和結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：鋼板材包裝；木托架；承載結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TB482 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）17-0065-02

Abstract： The load-bearing structure of steel plate packing wooden bracket is the structure that transfers load to the foundation through the load-bearing inner wall and outer wall. They are usually characterized by a small window wall ratio， that is， more structural wall areas and inner walls than window openings. Because of the high stress in the brick wall or stone wall， the height of the bearing structure of the steel plate packing wood bracket is limited. The frame structure consists of beams and columns. The load is passed through the floor to the beam and down to the foundation through the column. These types of structures can have open interior spaces. In this study， the load-bearing research and structural optimization of steel plate packaging wooden bracket are analyzed.

Keywords： steel plate packaging； wood bracket； bearing structure

1 概述

鋼板材包裝木托架的承載結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣，由鋼筋混凝土組成的部件通常在木制結(jié)構(gòu)組裝之后澆注，使得尺寸偏差可以相當(dāng)容易地分別被均衡或消除。這是組合木結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)鋼板材包裝木托架進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提升其承載性能。

2 鋼板材包裝木托架的承載研究

2.1 鋼板材包裝木托架的基本框架

鋼板材包裝木托架的基本框架，其作用主要是將部件裝配結(jié)合在一起以提供結(jié)構(gòu)支撐并維持形狀。鋼板材包裝框架材料通常是工程木材或鋼架，這些材料可以在一定程度上提高綜合性能尤其是穩(wěn)定性。在沒(méi)有鋼板材包裝木托架框架的情況下使用，結(jié)構(gòu)缺乏穩(wěn)定性。鋼板材包裝木托架建筑框架分為兩大類，重型框架結(jié)構(gòu)，垂直支撐很少且很重，例如木結(jié)構(gòu)，桿式建筑框架或鋼框架，以及輕型框架結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)化輕型框架結(jié)構(gòu)規(guī)格材因其經(jīng)濟(jì)性已成為施工中的主導(dǎo)方法，可以在使用最少的結(jié)構(gòu)材料情況下允許建造者以最小的成本封閉大面積，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各種各樣的建筑風(fēng)格。鋼板材包裝木托架現(xiàn)代輕型框架結(jié)構(gòu)通常與剛性面板、夾板以及其他膠合板類復(fù)合材料共同形成全部或部分墻段，但直到最近木匠采用各種形式的斜撐來(lái)穩(wěn)定墻體。鋼板材包裝木托架斜拉支撐仍然是許多系統(tǒng)的重要內(nèi)部部分，木托架支撐是許多建筑規(guī)范或個(gè)人要求的組份。特殊框架剪力結(jié)構(gòu)正在變得越來(lái)越普遍，以幫助鋼板材包裝木托架符合要求。

2.2 鋼板材包裝木托架的輕骨構(gòu)造

鋼板材包裝木托架輕骨構(gòu)造是一種有效的木材建筑方法，它使用從底系定板到頂板，聯(lián)合中間樓板結(jié)構(gòu)并釘在它們上面。這種構(gòu)造需要在雙頭螺栓上使用量層桿，但現(xiàn)在已經(jīng)被平臺(tái)框架所替代。鋼板材包裝木托架系統(tǒng)需要標(biāo)準(zhǔn)的木材，各組分釘在一起形成一個(gè)堅(jiān)固輕骨架，框架基本類型已成為標(biāo)準(zhǔn)。廉價(jià)的機(jī)器制造釘子和水力鋸木廠的出現(xiàn)，使輕骨構(gòu)造框架變得極具吸引力，因?yàn)樗恍枰炀毜哪窘逞辔查窘宇^，榫眼和榫頭，任何需求者都可以根據(jù)自己的需求建造出屬于自己的建筑。鋼板材包裝木托架輕骨構(gòu)造的主要關(guān)鍵在于地板線。大頭釘從第一層的窗臺(tái)一直延伸到鋼板彈簧舌片或者第二個(gè)端椽。另一方面，輕骨構(gòu)造框架墻對(duì)于每層都是獨(dú)立的。鋼板材包裝木托架中的輕骨構(gòu)造框架建筑包括外壁和內(nèi)部隔板的垂直和水平構(gòu)件。這些構(gòu)件作為大頭釘墻板和過(guò)梁所有覆蓋材料的基礎(chǔ)，并支撐上層鋼板材包裝木托架。外輕骨構(gòu)造雙頭螺栓是垂直構(gòu)件電鍍附在一起。它們被支撐在底板或基礎(chǔ)檻上，并進(jìn)而支撐頂板。螺柱通常由木材組成，通常以16英寸的中心間隔開。此間距可根據(jù)負(fù)荷和厚度進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。寬1.5英寸的螺柱可用于提供更多空間隔離。除了可容納在螺柱空間內(nèi)的絕緣外，還可通過(guò)其他方式提供絕緣，例如剛性或半剛性絕緣或水平之間的絮狀物卷?xiàng)l、或剛性或半剛性絕緣護(hù)套。鋼板材包裝木托架的輕骨構(gòu)造雙頭螺栓連接到與雙頭螺栓寬度相同的木材水平頂壁和底壁板上。輕骨構(gòu)造過(guò)梁或集管是放置在其他開口上的水平構(gòu)件，用于將載荷傳遞到相鄰的柱螺栓。鋼板材包裝木托架過(guò)梁通常由兩片2英寸的木材構(gòu)成，用間隔物隔開至螺柱的寬度，并釘在一起形成單個(gè)單元。剛性絕緣體系是優(yōu)選的間隔材料。輕骨構(gòu)造過(guò)梁的深度由洞口寬度和支撐的垂直荷載決定。輕骨構(gòu)造將完整的鋼板材升高并放置到位，添加臨時(shí)支撐，并將底板釘在底層地板上至地板框架構(gòu)件上。支撐應(yīng)在垂直方向上具有較大尺寸，并應(yīng)允許調(diào)整墻的垂直位置。一旦組裝好的部分被垂直，它們就被釘在角落和交叉點(diǎn)上。一條鋼板材包裝木托架的輕骨構(gòu)造通常放置在內(nèi)壁和外壁之間，并且在施加第二頂板之前放置在內(nèi)壁的第一頂板之上，以獲得氣密層作用。然后添加第二頂板，其中接頭偏離下面板中的接頭距離至少為一個(gè)柱螺栓空間。該第二頂板通常在角部和隔板交叉點(diǎn)處搭接第一板，這一位置可以為框架壁提供附加的連接。如果第二個(gè)頂板在拐角和隔板交叉點(diǎn)處不與緊鄰下方的板搭接，則可使用鍍鋅鋼板且長(zhǎng)度至少為150mm，并用至少三個(gè)64mm釘子釘在每個(gè)鋼板架上。

2.3 鋼板材包裝木托架的內(nèi)部隔板

鋼板材包裝木托架內(nèi)部隔板支撐地面，頂端荷載稱為承重構(gòu)體；另一些稱為非承重或簡(jiǎn)單分區(qū)。內(nèi)承重構(gòu)體的框架方式與外墻相同。螺柱通常為38mm×89mm的木材，中心間距為410mm。根據(jù)所支撐的負(fù)載以及所使用的鋼板材包裝的類型和厚度，此間距可更改為300-610mm。隔板構(gòu)體可采用1.5英寸×2.5英寸的雙頭螺栓，根據(jù)所用鋼板材包裝飾面的類型和厚度，其中心間距為16英寸。如果隔板不包含擺動(dòng)門，則在中心410mm處的螺柱與螺柱的寬面之間可以配合使用平行木托架邊緣。這通常只用于封閉式鋼板材包裝木托架的隔板，以節(jié)省空間。由于沒(méi)有由隔板支撐的垂直載荷，因此可以在門開口處使用單個(gè)柱螺栓。開口的頂部可以用一塊1.5英寸的木材橋接，木材的寬度與柱螺栓相同。這些構(gòu)件為鋼板材包裝飾面、門框配置整齊。

3 鋼板材包裝木托架的結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.1 鋼板材包裝木托架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輕型鋼板材包裝木托架通常建在整體的混凝土板基礎(chǔ)，既用作地板，又用作結(jié)構(gòu)的支撐。其他輕型框架鋼板材建在爬行空間或地下室，用木材或鋼托梁跨越基礎(chǔ)墻。鋼板材包裝木托架體系構(gòu)件通常用于代替實(shí)木形成地板、頂端結(jié)構(gòu)。工字梁，即封閉腹板桁架，通常由層壓木材制成，膠合在小于4cm×4cm的水平層壓構(gòu)件之間，跨度可達(dá)9m。開放式腹板桁架托梁和椽子通常由4cm×9cm木質(zhì)構(gòu)件組成，用于為地板、頂端包裝木托架飾面提供支撐，可以很大程度上提升其穩(wěn)定性，并擴(kuò)大使用空間。平臺(tái)框架傳統(tǒng)上僅限于四層，但一些特殊情況允許最多六層，并增加了防火保護(hù)，使鋼板材包裝木托架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3.2 鋼板材包裝木托架的材料選擇

鋼板材包裝木托架的材料選擇通常是木材或矩形鋼、管或C形通道。木材件通常用釘緊固釘或螺釘連接；鋼制件用螺母和螺栓連接。線性結(jié)構(gòu)構(gòu)件的優(yōu)選種類是軟木，例如云杉、松樹和冷杉。輕型框架材料尺寸范圍為3.8cm×8.9cm，即橫截面的尺寸為2cm×4cm至5cm×30cm，鋼板材木托架的長(zhǎng)度為2.5m，托梁和椽子的長(zhǎng)度為7m或更大。鋼板材包裝木托架開始試驗(yàn)預(yù)切割的模塊化鋁框架，以降低現(xiàn)場(chǎng)施工成本。粗糙鋼板材包裝木托開口的底部構(gòu)件由雙頭螺栓構(gòu)成的墻板所中斷。開口通常由承受開口上方結(jié)構(gòu)重量的頭部或過(guò)梁跨越。標(biāo)頭通常構(gòu)建為基于邊炮眼，也叫千斤頂。周圍的區(qū)域即從底板到集管，或從集管到頂板的較短立柱。由木材或鋼制成的對(duì)角支撐提供剪切，釘在螺柱、門檻和集管上的薄板也提供水平強(qiáng)度。鋼板材包裝木托架部分通常包括固定到地板結(jié)構(gòu)上的底板，以及將壁連接在一起并為壁上方的結(jié)構(gòu)提供支承的一個(gè)或更多個(gè)頂板。鋼板材包裝木托架的框架通常包括輪輞托梁圍繞地板托梁系統(tǒng)的周邊部分，并且通常包括在跨度中心附近的橋接材料，以防止跨越構(gòu)件的橫向屈曲。在兩層結(jié)構(gòu)中，樓板系統(tǒng)中會(huì)留有開口，其中附著到切入傾斜鋼板材縱梁的方形面上。輕型鋼板材包裝木托架框架結(jié)構(gòu)中的內(nèi)壁覆蓋物通常包括墻板，板條和裝飾性的木鑲板。鋼板材包裝木托架的外飾面通常包括膠合板或復(fù)合材料護(hù)套，磚或者石頭單板，甚至各種各樣的混凝產(chǎn)品。螺柱之間的空腔通常間隔40-60cm，通常填充有隔離材料，例如玻璃纖維擊球，或纖維素。鋼板材包裝木托架斜穿過(guò)墻壁的部分稱為T形桿。鋼板材包裝木托的這種設(shè)計(jì)可以有效防止鋼板材骨架在振動(dòng)作用下坍塌，從而保證整體結(jié)構(gòu)的安全性。

3.3 鋼板材包裝木托架的承重構(gòu)件

鋼板材包裝木托架的承重結(jié)構(gòu)承受主要來(lái)源于鋼板材骨架壁上元件的重量，通過(guò)將其重量傳導(dǎo)到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。除了承載其自身材料或?qū)⑦@種負(fù)載傳導(dǎo)到承載壁所必需的以外，不提供顯著的結(jié)構(gòu)支撐。承重構(gòu)件是最早的木托架形式之一，允許結(jié)構(gòu)保持開放的內(nèi)部空間，將更多的重量傳遞到邊緣而不是中心支承壁。鋼作為一種比較合適的框架體系，大型鋼板材包裝木托架中承重結(jié)構(gòu)的局限性導(dǎo)致在大型結(jié)構(gòu)中承構(gòu)件的使用減少。根據(jù)鋼板材包裝木托架的類型和數(shù)量，承重構(gòu)件被測(cè)量到合適的厚度，以承載其上的重量。如果不這樣做，如果載荷超過(guò)所用材料的強(qiáng)度，外壁可能變得不穩(wěn)定，從而可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌。承重構(gòu)件主要功能是封閉或分隔鋼板材包裝木托架的空間，使其更實(shí)用。最常見(jiàn)的輕型施工方法稱為“平臺(tái)框架”，在這種類型的框架中每個(gè)承重構(gòu)件都坐落在一個(gè)木托架檻板，并且與最低的底座匹配。承重結(jié)構(gòu)是建立在用螺栓固定的磚石建筑或者混凝土基礎(chǔ)之上。這鋼板彈簧舌片或者吊線板是木托架的頂部，位于下一層平臺(tái)的正下方。這底座或者底板底部的附著點(diǎn)通過(guò)墻釘與鋼板材頂板結(jié)合，可以在鋼板材木托架位于其側(cè)面的同時(shí)進(jìn)行建造，允許在兩塊板之間的柱釘進(jìn)行端釘，然后可以將完成的墻豎直向上翻轉(zhuǎn)到木托架基頂上的適當(dāng)位置，這不僅提高了精度，縮短了施工時(shí)間，而且產(chǎn)生了更堅(jiān)固的鋼板材包裝木托架。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋼板材包裝木托架的承載結(jié)構(gòu)決定其性能是否良好，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，可以有效提升其承載能力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇與承重構(gòu)件方面需要合理操作，做好承載結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)工作，才使得性能可以更大程度地延伸。結(jié)合現(xiàn)有設(shè)計(jì)，鋼板材包裝木托架的承載性能與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其優(yōu)化設(shè)計(jì)將為整體結(jié)構(gòu)提供一定程度的改善。

參考文獻(xiàn)：

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