住建部《正交胶合木(CLT)结构技术指南》正式颁布

引言
正交层板胶合木(Cross Laminated Timber,简称CLT)是指层板相互叠层垂直正交组坯后胶合而成的工程木产品,也称正交胶合木。正交胶合木因其由相互交错的层板胶合而成,在两个方向均有很好的力学性能,可制作成为墙体和楼屋盖的结构构件。目前,在欧洲、澳洲和北美地区被广泛地应用在多层或高层的商业建筑、办公建筑和居住建筑中。全球已有10余家规模较大的CLT制造供应商,世界各地对CLT的需求量和供应量都在不断上升。

正交胶合木(CLT)最早出现在欧洲的奥地利、德国等地。20世纪90年代,奥利地和德国的技术人员开展了新型材料CLT的研发,通过研究发现CLT材料的结构性能稳定,构件幅面较宽,安装施工效率高。采用CLT制作的墙体与轻型木结构墙体相比,具有完全不同的结构性能和防火性能,CLT墙体构件具有较好的耐火极限。CLT制作的墙体与钢筋混凝土剪力墙的力学性能相似,因此,一经研发应用,在欧洲木结构市场获得了很大的关注和高度认可。当前,CLT技术在欧洲的研究和应用已经十分成熟,许多国家已将正交胶合木(CLT)广泛应用于住宅建筑,例如,瑞典的Limnologen多层住宅项目采用了大量的正交胶合木(CLT)材料。

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图1瑞典Limnologen多层CLT住宅项目

本世纪初,欧洲对正交胶合木(CLT)的发展引起了北美木结构市场的极大兴趣。北美地区从欧洲引入了CLT技术,加拿大与美国联合对CLT生产和应用开展了相应的研究,经过十多年的发展,CLT在北美的应用也日渐增多,广泛应用于木结构建筑中。例如,加拿大UBC校园内的18层Brock Common学生公寓以及美国的T3办公楼等项目,采用了大量的正交胶合木(CLT)材料。

目前欧洲和北美都各自发布了正交胶合木(CLT)产品标准,以便规范和监督CLT的生产加工。欧洲标准EN 16351《Timber structures - Cross laminated timber - Requirements》(《木结构-正交胶合木-要求》)和北美标准ANSI/APA PRG 320《Standard for Performance-Rated Cross-Laminated Timber》(《性能分级正交胶合木标准》)分别对制作CLT产品的尺寸、等级、生产要求和质量控制等作出了相关规定。

为更好地指导CLT在实际工程的应用,住房和城乡建设部标准定额研究所组织了国内的科研院所编制了《正交胶合木(CLT)结构技术指南》(以下简称《指南》),该指南是参考欧洲CLT技术手册并结合我国现有的研究成果撰写的,系统的介绍了CLT的材料性能、构件计算、节点设计、防火和隔声等内容。

技术内容

《指南》共分10章,第1章正交胶合木材料;第2章正交胶合木体系;第3章构件设计;第4章节点设计;第5章楼盖;第6章正交胶合木墙体;第7章正交胶合木结构防火;第8章正交胶合木结构隔声;第9章正交胶合木结构保温与防潮;第10章购买与安装。下文将逐一介绍各章节的主要内容:

第1章正交胶合木材料,主要介绍CLT的生产工艺、产品认证、物理力学性能以及CLT在建筑中的应用领域等。

第2章正交胶合木体系,主要介绍几种常见的CLT结构应用,包含:梁(一维)、楼盖和墙体(二维)、空间壳体(三维)。因CLT曲面具有承受荷载、保持稳定和承担围护的作用,CLT用于设计大型的无柱空间的各类壳体结构,有极大的潜力。

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图2 CLT在曲面壳的应用

第3章构件设计,主要介绍CLT构件的力学性能和构件的设计计算方法,具体包含:平面内拉压计算、局部承压、平面内外受弯以及斜弯、滚剪计算、墙和柱稳定计算等。 

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       (a)局部承压             (b)滚剪              (c)墙板稳定

图3 CLT构件设计示例图 

第4章节点设计,简要介绍了不同的节点类型,并概要介绍每类节点的设计要点,节点类型包含:墙板与基础间连接节点、柱与楼板间连接节点、墙板与楼板间连接节点、墙板与屋面板间连接节点、脊梁与屋面板间连接节点。并从经济角度阐述了最好采用标准产品系列中的紧固件和连接板来设计节点的优点。

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图4 墙板与基础间连接节点

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图5 墙板与楼板间连接节点

第5章楼盖,介绍了CLT楼盖的常见类型以及其防火隔声构造,并介绍了楼盖的变形计算和震动计算方法。CLT楼盖分为三大类:平板式楼盖、盒式和空心楼盖、组合楼盖。

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(a)平板式楼盖                    (b)组合楼盖

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(c)盒式和空心楼盖

图6常见CLT楼板类型

第6章正交胶合木墙体,介绍了CLT墙体的常见类型以及其防火隔声构造,并介绍了CLT墙体静力计算和稳定性计算方法。

第7章正交胶合木结构防火,介绍了CLT结构的防火计算方法和常见的防火构造措施。

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图7 管道防火构造示例

第8章正交胶合木结构隔声,介绍了CLT结构的声音传播的途径和特征以和常见的隔声构造措施。

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图8 楼盖和墙板连接节点隔声构造             图9减小侧向传声的钢支座

第9章正交胶合木结构保温与防潮,介绍了CLT结构的储热和调湿特性、湿涨干缩特征以及保温隔热的构造措施及其热力学计算方法。

第10章购买与安装,主要介绍CLT建筑施工中的问题,包括规划、咨询、购买和现场施工等事宜。

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图10 CLT产品防护

结束语

当正交胶合木(CLT)在国外木结构建筑中应用越来越广时,我国近几年我国相关科研院校对CLT材料和CLT结构体系进行了一些研究。目前,在国家标准《木结构设计标准》GB 50005中,对CLT构件用于楼面板和屋面板的设计做了相关的规定;在国家标准《多高层木结构建筑技术标准》GB/T 51226中,对CLT构件用于墙体的设计做了相关的规定。但是,目前我国缺乏与CLT相关的产品标准,对CLT产品的性能要求和设计指标没有统一明确规定,生产制造商的加工能力和质量技术水平还需要不断提高。在实际工程应用时,可参考本《指南》进行设计。

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