輕型木結構構件安裝及節點連接技術研究

楊子明，徐大為，潘峰

（上海建工五建集團有限公司，上海200063）

1 引言

我國木建筑有幾千年的發展史，有著一整套成熟的營造體系，但近年來，由于經濟技術發展的加速，外國建筑技術的不斷涌入，森林的不斷砍伐，導致選擇木結構建筑變得不合時宜。現代木結構的研究缺乏，木結構規范的不完整等因素更加阻礙了木結構的發展。為了繼續傳承我國幾千年木結構建筑文化，充分挖掘發展現代木結構顯得尤為必要【1】。本文就木結構的建造所選用的輕木結構體系進行研究，圍繞輕型木結構施工安裝及節點連接問題展開分析。

2 工程概況

某工程為3層輕型木結構建筑。輕型木結構總建筑面積為1 589m2，屋面采用三角形輕型木桁架，縱向承重；2層、3層樓面主要橫墻承重，走廊擱柵沿走廊寬度方向布置，結構材料采用Glulam、LVL和SPF，基礎形式為獨立基礎。輕型木結構體系由基礎、墻體、樓蓋和屋蓋3部分組成【2】，樓蓋由規格材、剪力撐、定向木片板、鋼絲網聚酯砂漿整澆層組成；屋蓋由木桁架、剪刀撐和定向木片板組成；墻體采用覆以定向木片板的規格材框架。

3 木結構框架構件材料選用

規格材料的選用要有木材認證機構的質量認證標志。當取樣檢驗一批木材的強度等級時，可根據其弦向靜曲強度的檢驗結果進行判定。對于承重結構用材【3】，應保證其檢驗結果的最低強度不得低于表1的規定數值。

本工程的承重墻的墻骨柱木材采用Vc級及以上級，樓板擱柵、窗過梁及屋面擱柵木材達到Ⅲ及以上，PSL強度等級為2.0E，LVL強度等級為1.8E，所有與混凝土交接處的木材均采用ACQ防腐木。各木材的選擇見表2【4】。

表1木材的強度檢驗標準

表2主要選用的木材材料

4 木結構框架施工流程及節點連接要點

4.1 木結構施工流程

木結構施工流程為：結構定位→地梁安裝→1層木框架拼裝→矯正→2層木樓蓋安裝→2層木框架拼裝→矯正、樓梯安裝→木屋蓋安裝→屋面防水及找平層→外裝修展開→內裝修施工。在結構施工的同時，穿插外墻腳手架的搭設、內外裝修、水電及設備等配套工程的進行。

4.2 構件安裝施工要點及節點連接要點

在實際建造過程中，木材料可以根據施工環境和運輸條件，將墻體、屋面、樓面等構件通過以下3種方式快速吊裝：

1）將構件在工廠制作成基本單元，分批次運送吊裝；

2）構件組裝成預制板式組件及預制空間組建；

3）將整棟建筑在工廠進行整體制作或分段制作。

輕木結構快速施工除了要選擇合適的吊裝方式，還要強調保證各構件吊裝定位速率和質量，既要避免保證各構件快速吊裝，又要高效連接。

為了保證安裝高效，各構件在制作時，對預留孔位的準確度要求較高【5】。比如，房屋中柱四周的梁高會不一致，制孔必須搞清楚相對位置，孔洞在木柱子的上下左右都要精確，制孔不僅要考慮周全，還要及時和施工單位進行溝通，避免施工才發現與其他構件連接困難及施工操作煩瑣。除了孔洞的位置，孔洞的大小也要控制精確，木構件相對混凝土構件及鋼構件有著不同的彈性模量，施工荷載對孔洞有著不一樣的施工影響，需要特別注意。孔太小，施工困難并造成對木構件的過度擠壓，甚至因為施工誤差的原因導致預留孔洞穿不過去；孔太大，會過度削弱截面尺寸，影響構件承載力。另外，木構件連接不緊密，往往導致空氣進入建筑內部從而影響保溫效果。同時，木材材料尺寸還會在制作、搬運、堆放環節等原因下引起一定的誤差，所以，需要兼顧連接高效和施工方便2方面來確定孔的尺寸。

4.3 節點連接施工要點

4.3.1 基礎施工要點及相應關鍵節點連接

基礎作為上部結構的載荷主體，為木結構墻體提供直接

支撐面。木結構框架通過采用底部焊有鋼板的錨栓和剪力墻抗拔固結件沿內外墻體預埋入基礎連梁進行連接，埋入深度至少為300mm，當埋置深度不夠時可采用在錨栓上塞焊鋼板或彎鉤的形式。另外，木材與混凝土連接處用不小于0.15mm厚的聚乙烯發泡防潮膜。為達到良好的施工安裝效果，應嚴格控制基礎混凝土表面的標高及平整度，為上部木結構框架中底梁板（見圖1）安裝創造良好條件。

圖1基礎和上部木結構框架連接示意圖

4.3.2 墻體安裝施工要點及相應關鍵節點連接

木結構建筑的墻體一般都是承重構件，墻體可以拆分為墻骨柱和墻面板。

墻骨柱作為墻體框架的豎向構件，在開孔寬度大于墻骨柱間距的墻體，開孔兩側的墻骨柱應采用雙栓，開孔寬度小于等于墻骨柱間凈距并位于墻骨柱之間的墻體，開孔兩側可用單根墻骨柱，墻體轉角和墻相交處的墻骨柱數量不得少于2根，以保證墻內飾，墻面板和護墻板具有足夠的支撐。對于較大的墻體孔洞，諸如需要采用3層以上規格材組合或結構復合材制作過梁的孔洞處，孔洞兩側各采用3根墻骨栓，其中2根用于支撐門窗過梁。

墻面板木結構房屋允許采用針葉膠合板，定向木片板和石膏板作剪力墻的面板材料，前2種木基結構板材具有防潮功能，特別適用于外墻外側面，但也可以用于內墻。石膏板用于內墻，通常不能防潮而且其結構性能也不如木基結構板材，但具有良好的防火性能。

墻體作為承重構件及圍護構件，墻體的安裝質量直接影響房屋安全性及舒適度問題，為保證墻體的安裝質量和美觀性，需要通過墻體支撐嚴格控制墻體的水平度及垂直度，在安裝過程中要實時監控墻體的水平狀態和垂直狀態，確保墻體使用2m垂直檢查尺的安裝偏差不超過3mm。對于墻體的防滲漏問題，應考察墻面材料的防水能力、連接件的質量、節點處理等因素。

為了保證吊裝設備高效施工，可以將部分墻體、頂梁板和底梁板在現場空地拼裝，再進行吊裝。初始起吊時，在拼裝好的外墻特定位置設置手動牽引繩，在著地點設置木頭防護墊，防止其翻轉，避免損傷構件本身和產生安全隱患。當墻體安裝就位后，馬上進行垂直度、軸線位移校正，并進行臨時固定后，才可以松鉤。

墻體間連接節點是整體穩定性及建筑功能的重要保證，其保證措施表現在剪力墻墻端與基礎用抗拔連接件連接（見圖2），上下墻體中的墻骨柱由連接件定位（見圖3），螺栓將上下兩層墻體拉通，錨栓還應避免在落地窗戶布置。

4.3.3 樓蓋安裝施工要點及相應關鍵節點連接

樓蓋系統的構件包括梁、擱柵和樓面板材料。樓蓋支承自重以及居住、設備和家具等活荷載。

圖2墻體連接示意圖

樓蓋梁位于墻之間（見圖4），也可以支撐于柱上，它們支撐樓蓋擱柵（見圖5），梁可用規格材制成，通過釘子或螺柱連接在一起，一般采用分層規格材制成。規格材的厚度為40mm，并側立安裝，梁在支座上的擱置長度不小于90mm。組合截面梁的尺寸取決于木材種類、等級和跨度，以及荷載要求。其中，包括梁支承的樓層數組合梁正確的釘連接可使其成為單個復合木構件。除了釘連接，允許使用配以墊圈并且最小直徑為12mm的螺栓，螺栓中距不得大于1.2m。單根規格材料相接時接縫平整，同量對接處應位于梁的支座上。

圖3上下層墻體抗拔錨固件示意圖

圖4擱柵與墻體連接示意圖

圖5擱柵與梁連接示意圖

用于樓面板的木基結構板材，板材長度方向與擱柵垂直，寬度方向拼接與擱柵平行并相互錯開、拼接于相同擱柵上的面板之間必須有3mm間隔，以適應可能發生的膨脹變化情況。木基結構板材一般在板的邊緣用企口連接，這使板和板之間能相互咬合并有助于分散樓面荷載。樓面板使用釘子固定時，應確保：粗細不小于1.6mm以及釘冠不小于9.5mm的U型釘平行釘進框架，樓蓋麻花釘直徑至少3.2mm。

3.3.4 桁架屋蓋安裝施工要點及相應關鍵節點連接

建筑物的屋蓋可以保護房屋免受氣候的影響，屋蓋可以承受雪載和風載，排走雨水，并有助于控制房屋內外熱量的流動，屋蓋的強度和剛度是其重要特性。

屋蓋采用桁架建造，桁架是工程木產品，屋蓋桁架橫跨兩側外承重墻無需中間支撐，可適用于任何形狀的屋頂。

桁架為易損建筑構件，操作不當會導致桁架損壞，對于跨度小于6m的較小桁架，可以用單吊點進行吊裝，跨度大于9m的桁架應該至少用2點吊裝，一旦桁架就位，應鋪設屋面板以避免上桿發生平面外失穩。當不能馬上鋪設屋面板時，需要在屋脊處加間距為2.4m的臨時支撐。為不干擾屋面板安裝，臨時支撐應該安裝于桁架上弦桿的下方，永久支撐需按桁架工程詳圖設置。

屋面板的木基結構板材可為針葉膠合板或定向刨花板（OSB），木基結構板材的尺寸不得小于1.2m×2.4m，在鄰近邊界處，開口和其他框架變化處，允許使用寬度不小于300mm的面板，但不得超過2塊。屋面板之間的接縫應與這些構件平行，并且交錯布置，擱置在同1根構件上的屋面板之間必須留有3mm的縫隙，以適應屋面板膨脹變化情況。

桁架屋蓋的安裝可以人工安裝和機械安裝，在吊升桁架時，選用適當的提升設備，為了消減齒板內部產生的應變，桁架應該垂直運輸。人工安裝的要求是不會使桁架的大小和形狀引起過大的側向變形，其變形應該小于75mm。機械安裝則需要設置支撐，且間距最大為7.5m，并且設置足夠的安全措施來避免桁架損傷。用于提升所用的繩子應該系在桁架的上弦桿且為閉合環形套。桁架屋架按平面布置，通過提升設備支撐，使桁架固定再加設臨時支撐。為減少側向變形，提升線之間的角度應小于60°。

跨度大于15m的桁架屋蓋可以選用以下單元提升方法：先在地面上一起組裝好桁架屋蓋，然后將組裝好的桁架全部進行提升及定位，這種方式方法的優勢是可以在現場平地更好地、更直接地安裝桁架，可以更好地避免節點產生過大的應變，并且能更加高效地防止桁架在屋頂安裝完成之前在大風的作用下產生坍塌的風險。

本工程桁架屋蓋的整體穩定性及建筑功能需要通過桁架屋架與墻體高效連接得以保證（見圖6）。

圖6桁架屋架與墻體連接示意圖

4.4 木結構防蟲措施

1）地基處理時應清除含有樹根、木材以及其他纖維材料的建筑垃圾；及時清理地表在施工過程中產生的一切有機廢棄物。

2）建筑區域土壤中應使用專用的滅蚊劑，嚴格按照滅蚊劑使用說明進行處理，并應避免因雨水等原因造成滅蚊劑配比濃度的稀釋。

3）基礎頂部與底梁板之間安裝金屬板屏障，其余間隙、裂隙或接頭處用防白蟻填縫料填充；一層結構墻體涂噴人體無毒防蟲藥劑；屋面結構設置防蟲網。

4）在蟻害多發地區，尚應在建筑場地周圍安裝白蟻誘餌系統，并定期監控。

5）工程建成3a內，應每年進行定期檢查，之后進行長期監控。

5 結語

木結構體系相對鋼結構和混凝土結構而言，本土化特點顯著，具有高舒適度感官及高親和力外觀的優點。另外，結構性能上的保溫、隔聲、抗震不輸于其他結構，環保、可持續化特點也極其顯著。當下，社會提倡環保，追求可持續發展，這就使得木建筑給建筑行業走向現代化提供了又一大選擇。

輕型木結構的框架相對其他結構有輕質的突出特點，使得在制作、運輸、堆放、吊裝上有靈活的選擇空間。不管是將構件制作成基本單元，分批次施工，還是將構件組裝成預制板式組件及預制空間進行組建，甚至將整棟建筑進行整體制作或分段制作，都能取得良好的建造效果。