轻型木结构构件安装及节点连接技术研究

杨子明，徐大为，潘峰

（上海建工五建集团有限公司，上海200063）

1 引言

我国木建筑有几千年的发展史，有着一整套成熟的营造体系，但近年来，由于经济技术发展的加速，外国建筑技术的不断涌入，森林的不断砍伐，导致选择木结构建筑变得不合时宜。现代木结构的研究缺乏，木结构规范的不完整等因素更加阻碍了木结构的发展。为了继续传承我国几千年木结构建筑文化，充分挖掘发展现代木结构显得尤为必要【1】。本文就木结构的建造所选用的轻木结构体系进行研究，围绕轻型木结构施工安装及节点连接问题展开分析。

2 工程概况

某工程为3层轻型木结构建筑。轻型木结构总建筑面积为1 589m2，屋面采用三角形轻型木桁架，纵向承重；2层、3层楼面主要横墙承重，走廊搁栅沿走廊宽度方向布置，结构材料采用Glulam、LVL和SPF，基础形式为独立基础。轻型木结构体系由基础、墙体、楼盖和屋盖3部分组成【2】，楼盖由规格材、剪力撑、定向木片板、钢丝网聚酯砂浆整浇层组成；屋盖由木桁架、剪刀撑和定向木片板组成；墙体采用覆以定向木片板的规格材框架。

3 木结构框架构件材料选用

规格材料的选用要有木材认证机构的质量认证标志。当取样检验一批木材的强度等级时，可根据其弦向静曲强度的检验结果进行判定。对于承重结构用材【3】，应保证其检验结果的最低强度不得低于表1的规定数值。

本工程的承重墙的墙骨柱木材采用Vc级及以上级，楼板搁栅、窗过梁及屋面搁栅木材达到Ⅲ及以上，PSL强度等级为2.0E，LVL强度等级为1.8E，所有与混凝土交接处的木材均采用ACQ防腐木。各木材的选择见表2【4】。

表1木材的强度检验标准

表2主要选用的木材材料

4 木结构框架施工流程及节点连接要点

4.1 木结构施工流程

木结构施工流程为：结构定位→地梁安装→1层木框架拼装→矫正→2层木楼盖安装→2层木框架拼装→矫正、楼梯安装→木屋盖安装→屋面防水及找平层→外装修展开→内装修施工。在结构施工的同时，穿插外墙脚手架的搭设、内外装修、水电及设备等配套工程的进行。

4.2 构件安装施工要点及节点连接要点

在实际建造过程中，木材料可以根据施工环境和运输条件，将墙体、屋面、楼面等构件通过以下3种方式快速吊装：

1）将构件在工厂制作成基本单元，分批次运送吊装；

2）构件组装成预制板式组件及预制空间组建；

3）将整栋建筑在工厂进行整体制作或分段制作。

轻木结构快速施工除了要选择合适的吊装方式，还要强调保证各构件吊装定位速率和质量，既要避免保证各构件快速吊装，又要高效连接。

为了保证安装高效，各构件在制作时，对预留孔位的准确度要求较高【5】。比如，房屋中柱四周的梁高会不一致，制孔必须搞清楚相对位置，孔洞在木柱子的上下左右都要精确，制孔不仅要考虑周全，还要及时和施工单位进行沟通，避免施工才发现与其他构件连接困难及施工操作烦琐。除了孔洞的位置，孔洞的大小也要控制精确，木构件相对混凝土构件及钢构件有着不同的弹性模量，施工荷载对孔洞有着不一样的施工影响，需要特别注意。孔太小，施工困难并造成对木构件的过度挤压，甚至因为施工误差的原因导致预留孔洞穿不过去；孔太大，会过度削弱截面尺寸，影响构件承载力。另外，木构件连接不紧密，往往导致空气进入建筑内部从而影响保温效果。同时，木材材料尺寸还会在制作、搬运、堆放环节等原因下引起一定的误差，所以，需要兼顾连接高效和施工方便2方面来确定孔的尺寸。

4.3 节点连接施工要点

4.3.1 基础施工要点及相应关键节点连接

基础作为上部结构的载荷主体，为木结构墙体提供直接

支撑面。木结构框架通过采用底部焊有钢板的锚栓和剪力墙抗拔固结件沿内外墙体预埋入基础连梁进行连接，埋入深度至少为300mm，当埋置深度不够时可采用在锚栓上塞焊钢板或弯钩的形式。另外，木材与混凝土连接处用不小于0.15mm厚的聚乙烯发泡防潮膜。为达到良好的施工安装效果，应严格控制基础混凝土表面的标高及平整度，为上部木结构框架中底梁板（见图1）安装创造良好条件。

图1基础和上部木结构框架连接示意图

4.3.2 墙体安装施工要点及相应关键节点连接

木结构建筑的墙体一般都是承重构件，墙体可以拆分为墙骨柱和墙面板。

墙骨柱作为墙体框架的竖向构件，在开孔宽度大于墙骨柱间距的墙体，开孔两侧的墙骨柱应采用双栓，开孔宽度小于等于墙骨柱间净距并位于墙骨柱之间的墙体，开孔两侧可用单根墙骨柱，墙体转角和墙相交处的墙骨柱数量不得少于2根，以保证墙内饰，墙面板和护墙板具有足够的支撑。对于较大的墙体孔洞，诸如需要采用3层以上规格材组合或结构复合材制作过梁的孔洞处，孔洞两侧各采用3根墙骨栓，其中2根用于支撑门窗过梁。

墙面板木结构房屋允许采用针叶胶合板，定向木片板和石膏板作剪力墙的面板材料，前2种木基结构板材具有防潮功能，特别适用于外墙外侧面，但也可以用于内墙。石膏板用于内墙，通常不能防潮而且其结构性能也不如木基结构板材，但具有良好的防火性能。

墙体作为承重构件及围护构件，墙体的安装质量直接影响房屋安全性及舒适度问题，为保证墙体的安装质量和美观性，需要通过墙体支撑严格控制墙体的水平度及垂直度，在安装过程中要实时监控墙体的水平状态和垂直状态，确保墙体使用2m垂直检查尺的安装偏差不超过3mm。对于墙体的防渗漏问题，应考察墙面材料的防水能力、连接件的质量、节点处理等因素。

为了保证吊装设备高效施工，可以将部分墙体、顶梁板和底梁板在现场空地拼装，再进行吊装。初始起吊时，在拼装好的外墙特定位置设置手动牵引绳，在着地点设置木头防护垫，防止其翻转，避免损伤构件本身和产生安全隐患。当墙体安装就位后，马上进行垂直度、轴线位移校正，并进行临时固定后，才可以松钩。

墙体间连接节点是整体稳定性及建筑功能的重要保证，其保证措施表现在剪力墙墙端与基础用抗拔连接件连接（见图2），上下墙体中的墙骨柱由连接件定位（见图3），螺栓将上下两层墙体拉通，锚栓还应避免在落地窗户布置。

4.3.3 楼盖安装施工要点及相应关键节点连接

楼盖系统的构件包括梁、搁栅和楼面板材料。楼盖支承自重以及居住、设备和家具等活荷载。

图2墙体连接示意图

楼盖梁位于墙之间（见图4），也可以支撑于柱上，它们支撑楼盖搁栅（见图5），梁可用规格材制成，通过钉子或螺柱连接在一起，一般采用分层规格材制成。规格材的厚度为40mm，并侧立安装，梁在支座上的搁置长度不小于90mm。组合截面梁的尺寸取决于木材种类、等级和跨度，以及荷载要求。其中，包括梁支承的楼层数组合梁正确的钉连接可使其成为单个复合木构件。除了钉连接，允许使用配以垫圈并且最小直径为12mm的螺栓，螺栓中距不得大于1.2m。单根规格材料相接时接缝平整，同量对接处应位于梁的支座上。

图3上下层墙体抗拔锚固件示意图

图4搁栅与墙体连接示意图

图5搁栅与梁连接示意图

用于楼面板的木基结构板材，板材长度方向与搁栅垂直，宽度方向拼接与搁栅平行并相互错开、拼接于相同搁栅上的面板之间必须有3mm间隔，以适应可能发生的膨胀变化情况。木基结构板材一般在板的边缘用企口连接，这使板和板之间能相互咬合并有助于分散楼面荷载。楼面板使用钉子固定时，应确保：粗细不小于1.6mm以及钉冠不小于9.5mm的U型钉平行钉进框架，楼盖麻花钉直径至少3.2mm。

3.3.4 桁架屋盖安装施工要点及相应关键节点连接

建筑物的屋盖可以保护房屋免受气候的影响，屋盖可以承受雪载和风载，排走雨水，并有助于控制房屋内外热量的流动，屋盖的强度和刚度是其重要特性。

屋盖采用桁架建造，桁架是工程木产品，屋盖桁架横跨两侧外承重墙无需中间支撑，可适用于任何形状的屋顶。

桁架为易损建筑构件，操作不当会导致桁架损坏，对于跨度小于6m的较小桁架，可以用单吊点进行吊装，跨度大于9m的桁架应该至少用2点吊装，一旦桁架就位，应铺设屋面板以避免上杆发生平面外失稳。当不能马上铺设屋面板时，需要在屋脊处加间距为2.4m的临时支撑。为不干扰屋面板安装，临时支撑应该安装于桁架上弦杆的下方，永久支撑需按桁架工程详图设置。

屋面板的木基结构板材可为针叶胶合板或定向刨花板（OSB），木基结构板材的尺寸不得小于1.2m×2.4m，在邻近边界处，开口和其他框架变化处，允许使用宽度不小于300mm的面板，但不得超过2块。屋面板之间的接缝应与这些构件平行，并且交错布置，搁置在同1根构件上的屋面板之间必须留有3mm的缝隙，以适应屋面板膨胀变化情况。

桁架屋盖的安装可以人工安装和机械安装，在吊升桁架时，选用适当的提升设备，为了消减齿板内部产生的应变，桁架应该垂直运输。人工安装的要求是不会使桁架的大小和形状引起过大的侧向变形，其变形应该小于75mm。机械安装则需要设置支撑，且间距最大为7.5m，并且设置足够的安全措施来避免桁架损伤。用于提升所用的绳子应该系在桁架的上弦杆且为闭合环形套。桁架屋架按平面布置，通过提升设备支撑，使桁架固定再加设临时支撑。为减少侧向变形，提升线之间的角度应小于60°。

跨度大于15m的桁架屋盖可以选用以下单元提升方法：先在地面上一起组装好桁架屋盖，然后将组装好的桁架全部进行提升及定位，这种方式方法的优势是可以在现场平地更好地、更直接地安装桁架，可以更好地避免节点产生过大的应变，并且能更加高效地防止桁架在屋顶安装完成之前在大风的作用下产生坍塌的风险。

本工程桁架屋盖的整体稳定性及建筑功能需要通过桁架屋架与墙体高效连接得以保证（见图6）。

图6桁架屋架与墙体连接示意图

4.4 木结构防虫措施

1）地基处理时应清除含有树根、木材以及其他纤维材料的建筑垃圾；及时清理地表在施工过程中产生的一切有机废弃物。

2）建筑区域土壤中应使用专用的灭蚊剂，严格按照灭蚊剂使用说明进行处理，并应避免因雨水等原因造成灭蚊剂配比浓度的稀释。

3）基础顶部与底梁板之间安装金属板屏障，其余间隙、裂隙或接头处用防白蚁填缝料填充；一层结构墙体涂喷人体无毒防虫药剂；屋面结构设置防虫网。

4）在蚁害多发地区，尚应在建筑场地周围安装白蚁诱饵系统，并定期监控。

5）工程建成3a内，应每年进行定期检查，之后进行长期监控。

5 结语

木结构体系相对钢结构和混凝土结构而言，本土化特点显著，具有高舒适度感官及高亲和力外观的优点。另外，结构性能上的保温、隔声、抗震不输于其他结构，环保、可持续化特点也极其显著。当下，社会提倡环保，追求可持续发展，这就使得木建筑给建筑行业走向现代化提供了又一大选择。

轻型木结构的框架相对其他结构有轻质的突出特点，使得在制作、运输、堆放、吊装上有灵活的选择空间。不管是将构件制作成基本单元，分批次施工，还是将构件组装成预制板式组件及预制空间进行组建，甚至将整栋建筑进行整体制作或分段制作，都能取得良好的建造效果。