轻型木结构

定义

轻型木结构是指主要由木构架墙、木楼盖和木屋盖系统构成的结构体系，适用于三层及三层以下的民用建筑。

基本要求

当采用轻型木结构时，应满足当地自然环境和使用环境对建筑物的要求，并应采取可靠措施，防止木构件腐蚀或被虫蛀。确保结构达到预期的设计使用年限。

GB 50206-2002 《木结构工程施工质量验收规范》

2.0.7 轻型木结构（wood-framle construction）将木基结构板材与间距不大于 600mm 侧立的规格材

楼盖和屋盖，并组成框架式结构，用于 1～3 层房屋。

主要结构

轻型框架即是将间距紧密的规格材部件和覆盖层联合使用，以形成一幢建筑物的结构基础。此结构基础可提供刚性、为内装修和外包层提供支持、并为放置保温材料留出空洞。

轻型框架是北美住宅建筑业最常见的方法。此建筑形式也可用于较大规模的商业和公共建筑物。例如，位于加拿大温哥华的林木产品研究基地加拿大林产工业技术研究院(Forintek)，其占地9300平方米(100,000平方英尺)的办公及实验用建筑物即是大规模使用轻型框架结构的范例。

一幢住宅楼的墙壁通常可能为38 x 89毫米(名义尺寸为2 x 4英寸)、高度为2.4米(8英尺)，而Forintek建筑物的墙壁则由38 x 235毫米(名义尺寸为2 x 10英寸)的墙骨建成、从楼板到天花板的高度为5米(16英尺)。结果是：该幢建筑物的牢固程度足以满足作为研究场所的严格要求。

在建造结构型构架时，轻型框架使用的是规格材(通常为38毫米(名义尺寸为2英寸)宽的锯木、深度可高达286毫米(名义尺寸为12英寸))、以及尺寸相当的制成木制品。这些主要的结构部件与覆盖层组件统一使用，从而为墙壁、楼板和屋顶提供刚性。一般来说，轻型框架部件间的间距不大于600毫米(2英尺)。

轻型木结构

图1 表示一个框架构件的典型排列对于某些承重结构而言，工程化木制品(如轻型框架桁架、预制木制工字型搁栅、或其它结构性产品如层积木(LVL)、平行积成木 (PSL)和胶合层积木)可能会用作框架组件。在需要有较大净空的条件下，轻型框架部件可能会与重梁或柱联合使用，以将荷载直接转移至地基。

上图显示的是框架部件的典型排列方法。通过重复使用小部件和紧固件，框架结构形成了一种设计冗余，即：在主要荷载转移通道失效时尚有其它通道可供使用。正因如此，框架结构不太可能突然失效，因此被认为是一种优良的建筑技艺，可以抵抗诸如地震和风力等情况。

多功能

轻型框架是一种既有功能性又有多样性的建筑方法。轻型框架结构可以理解为屋顶、楼板和墙壁平面，其具有以下功能：

结构 : 墙壁可以被设计成承重墙，以便将垂直荷载转移至地基。也可以将墙壁设计成剪力墙以抵抗来自风及地震荷载的侧向力，此两种力与墙壁方向既垂直又平行。屋顶和楼板的设计可以承受建筑设计荷载，而且可以设计用作横隔墙，从而抵抗变形。

强度 : 轻型框架良好的结构性能归功于两个主要因素：荷载分配及合成行为。荷载分配指的是当配件压力过大时尚有可选的荷载转移通道可供使用。合成行为指的是覆盖层和紧固件对锯木部件强度所起的作用。结果是轻型框架具有储备强度和硬度。

外壳 : 用于提供刚性的覆盖层材料同时还用作建筑物外壳、供外装修附着其上。

保温层和装修 : 框架间的间距用来放置保温层，而且框架用于安装蒸汽隔层和内装修。

框架结构可以预先制造。为了加速组装速度，模块可以很容易地在室内工作条件下预制、或者使用自动化用钉系统。此外，也可以在现场进行预制工作，即人工将面板单元抬升到位、或者在需要时用起重机将其抬升到位。

框架结构可用于使用小规模建筑技艺的大型建筑物。使用较大部件可以确保充分转移较多压力。以此方法，轻型框架结构也可以用于许多商业用途。

在屋顶和楼板上使用轻型框架桁架可允许大于20米(60英尺)的跨距。通过使用预制工字型搁栅、层积木(LVL)、平行积成木 (PSL)或胶合层积木可以实现长跨距。

轻型木结构

使用现成规格材和平台结构的立柱墙可以很容易地达到5米(16英尺)高，若需定制，高度更可高达7米(23英尺)。通过用木制工字型搁栅代替规格材墙骨，墙壁高度还可以扩大、或者在强风荷载为设计参数时可增加强度。此外，在特别需要留出空间的情况下，框架结构还可与梁柱结构一起使用。下图显示支撑框架墙以承受集中梁荷载的一种方法。框架材料承重框架

轻型木结构包括相连的有覆面板的承重木框架构件组成建筑物部分，如地板，墙体，屋顶，和特别的建筑系统，如剪力墙，隔膜板，承重墙，和永久木基础。

框架构件，以墙骨，搁栅，和椽的形式对于垂直和横向覆面板提供加固和支持，而且是主要的承重构件，传递载荷到基础。这些构件而且从连接的覆面板上通过混合作用得到强度

框架需要轻型构件间隔300或600mm之间，而且通过这样做可以分散载荷，强度低的构件通过覆面板的紧密连接将载荷传递到载荷高的构件。这样，全部的载荷不是由一个构件承担，而是由所有构件共同承担。

轻型木结构有多种主要的结构构件。

规格材

轻形框架木桁架

单板层积材(LVL)

预制木工字梁

平行木片胶合木(PSL)

层板胶合木

LVL，PSL和层板胶合木，虽然通常用在大尺寸的梁柱结构上，也经常用在框架结构中需要横梁的地方。

对于住宅应用，大部分北美建筑规范提供跨度表，可以依据来选择地板和屋顶的合适强度和缺陷的构件。

对于大的建筑，构件必须要按照木产品的设计值来设计。

一般来讲，墙骨级材是用做墙骨的(最多140mm(6英寸标定尺寸)厚)，2级材用于屋顶和地板。对于桁架，木材的等级是由桁架生产商选择的。高等级可以在需要额外的强度，或者构件暴露需要更好的外观时采用。

木材，窑干的或风干的，都应该在安装的时候不超过19%的含水率，在适应平衡湿度水平的时候降低尺寸改变。达到这样的含水率一种方式是要求窑干，会增加10-15%的成本，或者保证湿材有足够的时间达到与干燥的材料相同的含水率。在任何情况下，都要保护木材在建造的过程中不受潮。

覆面固件

在轻型木结构中的覆面板，发挥加固，和强化承重构件的柱和梁的作用，并构成支撑外墙板，地板和屋顶材料建筑外壳。

覆面板在通过剪力墙和侧向支撑抵抗侧向力方面也发挥了关键的作用。

胶合板，定向刨花板(OSB)，和木板是很常用的框架结构的结构覆面板。厚木板的盖板在梁柱结构中经常使用，因为梁柱结构的跨度比框架结构要宽。

胶合板和OSB覆面板，通常的尺寸是1200 x 2400mm (4' x 8')的板子，在墙体框架水平或垂直安装。在板子间要留2mm的缝隙，考虑膨胀和防止板子弯曲。

如果水平安装，垂直连接应当交错开以提高墙的刚度。

有槽口的木板覆面板，舌榫或方口应当水平，垂直，或对角线安装，所有的末端支撑，并且末端交错提高额外的刚度。模板通常水平摆放来减少安装时间和木材浪费，因为不需要进行角度切割。

紧固件

轻型框架需要很多小的紧固件，钉子，长钉，扒钉来连接构件，和连接覆面板到框架构件上。

有很多金属紧固件，如托梁挂件，可以减少安装的时间，和提高连接的强度。大部分轻型框架连接件用钉子来连接。

机械气钉和射钉枪降低了在需要大量钉的劳动时间。

地板设计

在地基上连接基木板，开始一层地板平台的安装

基木板的尺寸是38 x 89mm (2" x 4" nom.)，或大的板材平放在地基上。它是结构的基础，连接基础和上部结构。对于住宅建筑，紧固件通常是12.7mm (1/2")直径的锚栓，打入基础中心距为22.4m (8')或更小，可以使基木板稳固。

对于大的建筑，向下的装置应进行工程计算来抵抗由于刮风和地震产生的向上和剪切力。锚栓要浇注到混凝土基础里，或者在混凝土浇注后安装紧抓类锚栓

不推荐在混凝土初凝开始后插入锚栓，因为对锚栓的握力不确定。

如果在浇注后安装，基木板可以在沙浆上放置水平。如果基础是水平的，不需要沙浆，基础和基木板的连接用填缝剂防止空气和水气的进入。否则，在混凝土和基木板之间使用垫圈。在北美的一些地区，基木板一定要进行防腐处理，防止白蚁的侵蚀。

横梁

在托梁无法在墙体间充分伸展的情况下，横梁能够为地板和屋顶托梁提供中间支持。桁条可以是实心木、组合板材、胶合层积材、平行积成材(PSL)，单板层积材(LVL)，或者是其他各种能满足工程需要的建筑材料。

在地平面或地平面以下的混凝土或砖石结构中的木梁至少应在各垂直表面上留有12mm的空间，以便于空气流通。为了保持下部干燥的需要，如果在木梁和地面之间有最小空隙，那么木梁在构筑时应使用聚乙烯、垫圈或类似材料同混凝土隔离开。

搁栅

搁栅最常用的是规格材和预制木制工字型搁栅。平行弦轻架桁架、平行积成材(PSL)、单板层积材(LVL)和胶合层积材(glulam)也可以使用。如果对强度有特别的要求，例如在开孔周围，这些材料特别有效。

挠度是一项搁栅的重要的设计标准。挠度关系到用户接受度，在计算搁栅的跨度表时也需要考虑挠度。下列几种方法可以提高搁栅的负载分配，并由此降低挠度。

捆扎住搁栅的下缘、或者支撑、交叉支撑住搁栅以提供侧面支持。这些一般都安装在搁栅的跨距中部或三分之一处。

使用粘合剂和扣件将地板覆层和搁栅连接起来，由此提高覆层和搁栅之间的混合作用。搁栅间距和覆层厚度如下表所示。

典型的搁栅间距和覆层厚度

地板覆层材料

搁栅间距

最小材料厚度

mm

in.

mm

in.

锯材400161711/1650019.2193/460024193/4胶合板4001615.55/8

备注：覆层厚度和支撑间距随实际中的建筑规范有所变化。该信息仅为一般性参考标准，请参照具体的实际建筑规范。

其他材料

在某些居所中，在木地板上可以加装一层混凝土或石膏质壳以增强声响效果。

经常使用的是38mm(1-1/2")厚度，而且必须设计所有顶部以下的材料，以适应额外附加的混凝土静负载。

孔洞槽口

可能需要在搁栅上钻洞或切出槽口，以铺设电线、管道和其他服务设施。

设计师应根据合适的建筑规范设计孔洞的大小。如果孔洞的大小受限，而且位于搁栅的深度中心附近-这里弯曲应力最小-那么打孔取出的材料不能影响到板材的强度。

所有在预制木制工字型搁栅中的开孔，都应参照制造厂家提供的信息，其中应明确说明可允许的孔洞大小和位置。

悬挑

地面搁栅可以建成悬臂式向外延伸，以支撑窗台或额外的地面面积。

向外延伸的悬臂部分不能支持其他楼层的地面负载，除非通过计算证明并没有超过悬臂搁栅的设计承载压力。

墙体设计

轻架墙包括称为墙骨的垂直构件，附在墙的顶部和底部到水平板，以及附属于这一结构的一层覆材。

墙可以是非承重墙(隔断墙)或承重墙(外墙和内部承重墙)。

如果某构造墙体被设计为承受侧面负载，那么这就是一面剪力墙。剪力墙用于承受墙体受到的风力或地震力。

木搁栅往往被用于那些跨度达到规格材长度极限的居民住宅和商用建筑。即使跨度和承载方面的要求决定了预制木制工字型搁栅，或地板、屋顶桁架的使用，但是墙体与地板、墙体与屋顶的连接部分仍基本保持与使用规格材搁栅时一致。

内部承重墙应直接位于梁或墙体之上，但是也可以处在其他任何地方，只要搁栅和其他支撑物经过特别设计能够承受负载。

与地面搁栅垂直的非承重墙可以安在任何地方，但是如果同地面搁栅平行安置，那么墙体必须有搁栅在其下方支撑，或者由搁栅间的支撑物支持。

覆层一般从基木板开始建造，以在墙结构和地基之间形成一个额外的夹层。

考虑到风力和地震的向上影响，有必要建造一个穿透搁栅的机械拉力连接装置。因为墙基受制于回撤力的影响，功能有限。

墙板

墙板用于墙骨的顶部和底部，用以产生一大片承重区来分配于墙骨之间的垂直负载。墙板一般与墙骨宽度相同，都是38mm厚。

由于墙骨没有延续到地板和平台结构之间，因此大型建筑可能需要机械性的牵制设备，以便提供牵制保护，免于侧面压力引起的上浮力影响。

这是保护墙体与地板连接的三项可选方案：

展开的地板结构的胶合板和定向刨花板，由钉子或扒钉联结在地板结构上。这种情况下，干木材应用于制作搁栅和顶梁，以避免木材收缩可能导致的覆层弯曲。

根据标准要求大小的电镀金属条，可以钉在地板上下的垂直构件上，以提供拴系力。

在产生大力的时候可以使用螺钉和托架。下面是总原则：

墙顶板要有至少38mm厚。如果在非承重隔断墙中以及承重墙中，只要集中负载力在50mm厚的支持墙骨范围内发生，那么顶墙板可以只有一面。若不满足该条件，那么顶墙板要加倍。交叉墙应通过重叠的墙板或者金属板联结起来。加倍的墙板应用钉子联结，至少每隔一墙板筋交叉排列。

墙骨

目前住宅建筑中的一个趋势是：由于额外增加的保温空间，最小墙骨大小由过去的38 x 89mm(2" x 4" nom.)

提高到38 x 140mm(2" x 6" nom.)。

对于重型建筑来说，墙骨还必须考虑到适应轴心力和弯曲力的需要。根据长和重，商用建筑的墙骨可以为38 x 184, 235或286mm (2" x 8", 10", or 12" nom.)。墙骨分级中不包括该规格的垂直构件。2级材应当加以明确说明。

对于高墙来说，预制木制工字型搁栅有时被作为墙骨垂直使用。

除了开孔之外，墙骨应延伸到整个楼层高度，以支持强度。

下表中是中型应用中的墙骨间距和覆层厚度，作为一项总原则可以为初步规划布局提供参考。

墙体的典型墙骨间距和覆层厚度

墙体覆层材料

墙骨间距

最小材料厚度

mm

in.

mm

in.

锯材4001617.011/166002417.011/16胶合板400166.01/4600247.59/32

备注: 覆层厚度和支撑间距随实际中的建筑规范有所变化。该信息仅为一般性参考规范，请参照具体的实际建筑规范。

过梁

过梁是窗户、门和其他开孔上水平放置的梁，用来将开孔上方的垂直负载压力传递到周围的墙骨上。

在承重墙中，过梁可以是同墙骨等宽的实木，或者是两条以上的38mm(2" nom.)厚的木材。木材放置在边缘或用隔离物隔开，使得过梁同墙骨等宽。

对于大型开口和负载来说，平行积成材、胶合层积材，单板层积材是理想的材料，因为它们高的强度和尺寸比。

屋顶设计

设计轻型木结构屋顶时，规格材椽木和屋顶搁栅通常用于普通负载和跨度，预制木制工字型搁栅或桁架则适用于更大的跨度和负重。指接搁栅和椽木制造时最长不超过12m (40?).

覆层除了和这些承重构件一起支撑屋顶所承受的重力之外，还提高了这些承重构件的负重能力。

轻型框架屋顶可以设计具有隔板作用，抵制风力和地震力产生的横向负重所带来的毁灭性影响。

有了其他一些材料的辅助，轻木架屋顶可以是斜的或平的。如，平顶上的桁架可以预制成方便排水的恰当斜度。

横椽和搁栅

横椽和搁栅除了必须在垂直支撑之上接合之外应该是延续的。两边的开口处比两倍横椽或搁栅间距还宽，因此所用的横椽和搁栅数量应该加倍以应付额外强度。

屋顶桁架

屋顶桁架必须限制挠度。这对平顶尤为重要，因为平顶的挠度会导致积水，并进一步导致负重增加。

一些北美建筑规范中列出了住宅类建筑中所用的一些更为普通的木桁架构件的跨度和尺寸。总的来说，这些表格仅适用于跨度为12m (40')，中心间距为600mm (2') 的屋顶桁架。对更大的跨度和负重要进行特别的工程分析。

屋顶覆层

屋顶覆层可以支撑屋面，增加其刚性。屋顶覆层可以用锯材，胶合板或定向刨花板。下表中列出了初步规划中对于间距和材料厚度的大致要求。具体尺寸要根据实际情况中的雪载荷加以调整。

屋顶的典型横椽或桁架间距和覆层厚度

屋顶覆层材料

横椽或桁架间距

最小材料厚度

mm

in.

mm

in.

锯材3001217.511/164001617.511/1650019.2193/460024193/4

备注: 覆层厚度和支撑间距随实际中的建筑规范有所变化。该信息仅为一般性参考标准，请参照具体的实际建筑规范

锯材覆层应搁栅或椽木垂直，各边皆有支撑且边沿的搁栅交错排列。锯材覆层应一直延续到沥青瓦和吊顶，但是其间距应和木瓦屋顶中的瓦片大小相同。分隔开的瓦片使得空气可以在覆层之下自由流通，以防水气集结。

安装覆层板(胶合板和定向刨花板)时，将表面纹理垂直于搁栅，椽木和桁架。在相连的板之间留下6mm (1/4")的空隙以防板面扩张。如果将金属H夹，舌榫，缝，或至少38 x 38mm (2"x2"nom.)的支承牢牢钉入框架中，支撑起椽木之间的板面，则可以相对减少覆层板的最小厚度。

屋顶材料

很多屋顶材料在不同的服务条件下都是可以适用于轻型木结构屋顶的。斜顶最常用的材料是西部红柏木瓦片，沥青瓦和瓷砖。平顶或低斜度屋顶则通常采用组合屋面。