《世界建筑》美國(guó)的多層木框架房屋

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由于全球人口在不斷膨脹,住房供給不足已成為全世界主要工業(yè)化城市所面臨的問(wèn)題。而多層木框架房屋則成為解決高額土地價(jià)值和建造費(fèi)用的方法。特別是3~5層的木框架房屋因其施工速度和材料花費(fèi)上的優(yōu)點(diǎn)成為提供經(jīng)濟(jì)住宅的可能。
     在美國(guó),大多數(shù)城市已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)向制造多層木框架房屋,以在有限的城市開(kāi)發(fā)空間中提供更多的居住單元。
     目前,多層木框架房屋的普遍使用已不僅僅限于美國(guó)和加拿大,在日本、澳大利亞和歐洲,這種房屋也十分流行。
     美國(guó)的住宅
     在美國(guó),木材是首選的住宅建造材料。最近每年都有150萬(wàn)的新住宅建成,其中約75%為單戶(hù)住宅而25%為多戶(hù)。而前者中有近90%是采用木框架結(jié)構(gòu)。
     近30年來(lái),木框架結(jié)構(gòu)主要用在公寓、汽車(chē)旅館、旅館和高檔住宅。這些建筑從3層到6層不等。
     結(jié)構(gòu)上的考慮
     木材是從古到今都一直使用的建筑材料,這不僅由于它結(jié)構(gòu)上的性能還因其美學(xué)上的價(jià)值。木材在順其纖|考|試大|維方向上有很大的耐力,而垂直方向上則很差。只要正確發(fā)揮其性能,木材很少有結(jié)構(gòu)使用上的限制。
     與鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)相比,木結(jié)構(gòu)有更大的單位重量承載力。木框架自重輕,并且在地震作用下產(chǎn)生較小的慣性力。在多層(多戶(hù))木結(jié)構(gòu)住宅中要使用大量的墻以減輕每道墻的荷載。結(jié)構(gòu)上的墻和樓板可傳遞風(fēng)或地震產(chǎn)生的水平荷載。
     水平荷載
     總的來(lái)說(shuō),木框架結(jié)構(gòu)中特別套有|考|試大|木板的剪力墻和樓板在抵抗風(fēng)和地震荷載時(shí)具有良好的性能。這些墻和樓板在設(shè)計(jì)的強(qiáng)度范圍內(nèi)具有很好的硬度和強(qiáng)度,同時(shí)在逐漸達(dá)到強(qiáng)度時(shí)也能有很大的承載力。此外由于木結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的延展性,它在被破壞前還會(huì)吸收大量的能量。
     對(duì)過(guò)去地震的觀(guān)察表明,木結(jié)構(gòu)建筑具有良好的抗震性,而其中的工作部分是下拉裝置和剪力墻。
     那些在現(xiàn)代防震法則出現(xiàn)前建造的木結(jié)構(gòu)房屋受到了較大破壞。受破壞的原因主要包括:短墻缺少支柱或根本沒(méi)有支柱;房屋因缺少與基礎(chǔ)的連接而滑動(dòng);為了車(chē)庫(kù)開(kāi)門(mén)而少設(shè)置剪力墻(所謂的“軟墻”)。
     豎向荷載
     為了承擔(dān)在底層的重量荷載,木螺栓(有2x6, 3x4, 或 3x6的尺寸)經(jīng)常被1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)或近距離間隔(例如6英寸/15.24cm)地使用。在結(jié)構(gòu)剪力墻和樓板的近距離釘固構(gòu)造中3x規(guī)格的木螺栓經(jīng)常被使用。圖2是后面要提到的實(shí)例三蓋茨沃斯(The Gatesworth)的節(jié)點(diǎn)細(xì)部。5層房屋底層一側(cè)10英尺(304.8cm)窗橫梁下方用了8個(gè)2x6規(guī)格的木螺栓以承受35 000磅(15 890kg)的集中荷載。
     在梁柱設(shè)計(jì)中為了控制墻板和墊板的末端變形尺寸,木螺栓常常使用木纖維正交壓縮的材料。因?yàn)楫?dāng)纖維變形發(fā)生時(shí),托梁、橫梁及木螺栓能有較小的總體變形尺寸。
     木材收縮
     木材干燥后就會(huì)收縮。在大多數(shù)1、2層的房屋中,即使使用未干的木材,木材收縮的整體影響對(duì)基地還是可以適應(yīng)的。
     對(duì)于超過(guò)3層的木框架房屋,建筑規(guī)范要求對(duì)木材收縮予以考慮。使用干木材可以盡量減小收縮帶來(lái)的問(wèn)題,如建???后開(kāi)裂和令人頭痛的下水管問(wèn)題。
     我們可以通過(guò)對(duì)墻和地板中的水平木構(gòu)件(如墻板和地板托梁)的收縮求和來(lái)計(jì)算整個(gè)木房屋的收縮。當(dāng)把木托梁放在脫開(kāi)墻而非在墻頂端的金屬梁托架上時(shí),房屋的整體收縮影響還能進(jìn)一步減小。
     1990年代末, 工字木托梁和復(fù)合木板因其易得性和經(jīng)濟(jì)性而被廣泛使用。由于它們是在比EMC更低的濕度條件下被制造,所以在使用時(shí)只有輕微的膨脹。
     當(dāng)建造自身收縮率不同的多層木結(jié)構(gòu)房屋時(shí),在設(shè)計(jì)時(shí)就要對(duì)收縮問(wèn)題進(jìn)行考慮。這類(lèi)建筑包括木框架房屋與磚外皮的結(jié)合;與鋼框架中庭的結(jié)合;與混凝土電梯、樓梯間的結(jié)合;與安裝在不同濕度條件下的木框架系統(tǒng)的結(jié)合。