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​国家标准《多高层木结构建筑技术标准》简介及中国多高层木结构发展趋势(上)
发布者:本站 发布时间:2019-10-11

 

来源:被动房网

 

01
前言

当前,木结构建筑技术不断发展和完善,多高层木结构建筑在国际建筑领域大量涌现,极大地推动了现代木结构建筑的设计、制作、安装和监测维护技术的应用。国际上多高层木结构建筑的大量应用,对我国木结构建筑技术的进步带来了极大的影响力和推动力。为了加快多高层木结构建筑在我国的发展进程,完善多高层木结构建筑的技术标准体系,住房和城乡建设部于2016 年底启动了国家标准《多高层木结构建筑技术标准》(以下简称《多高层标准》)的编制工作。经过编制组专家的共同努力,最终完成了编制任务。本文对《多高层标准》的技术内容作了介绍,对标准的主要技术要点进行了解读分析。介绍了国际多高层木结构建筑发展现状,并对国内多高层木结构建筑的现状和未来发展进行了探讨分析。

 

02 
《多高层标准》简介

多高层木结构建筑涉及面较广,需要考虑和研究的问题较多,且我国在多高层木结构建筑领域的基础研究不多,缺乏工程实践经验。《多高层标准》的编制过程经过了广泛调查研究,认真总结了国内外多高层木结构的实践经验,参考了有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,结合我国木结构建筑应用的实际情况,编制完成。2017 年2 月,住房和城乡建设部发布第1483 号公告批准为国家标准,编号为GB/T51226-2017,自2017 年10 月1 日起实施(图1)。
《多高层标准》的颁布实施,表明了国家对大力推动木结构建筑行业发展的积极态度,促进了我国木结构建筑的发展步伐,推动了我国在多高层木结构建筑技术的研究,也标志着我国木结构建筑进入了新的发展时期。

图1 国家标准GB/T 51226-2017

2.1 主要技术内容

《多高层标准》编制过程中,编制组主要开展了对国外在多高层木结构建筑方面的先进技术、成功经验的研究和消化吸收工作,同时参考了国家现行标准中高层混凝土结构、高层钢结构的相关技术标准,并针对本标准编制中迫切需要优先解决的技术问题开展了相应的专项研究工作。《多高层标准》标准共设总则、术语和符号、材料、作用、建筑设计、结构设计、防火设计、防护设计、制作安装与验收、使用和维护共10 章和一个附录。《多高层标准》主要技术内容为:

(1)规定了标准的使用范围和使用基本原则。明确规定标准适用于多层木结构民用建筑、高层木结构住宅建筑和办公建筑的设计、制作、安装、验收与维护。

(2)对于多高层木结构建筑中使用的结构用木材、钢材与金属连接件,以及建筑及装修材料的基本性能要求作了规定。

(3) 规定了多高层木结构建筑结构设计时,竖向荷载、风荷载和地震荷载的确定方法。明确规定平面形状或立面形状复杂、立面开洞或连体建筑、周围地形和环境较复杂的多高层木结构建筑宜进行风洞试验,并根据试验分析结果判断确定建筑物的风荷载。对于多高层木结构建筑抗震设计,规定了纯木结构在多遇地震验算时结构的阻尼比可取0.03,在罕遇地震验算时结构的阻尼比可取0.05;木混合结构可根据位能等效原则计算结构阻尼比。

(4)规定了多高层木结构建筑规划和建筑设计的要求,包括项目规划和建筑布局、室外环境设计、建筑性能设计和围护结构等。明确规定了多高层木结构建筑应按层数或高度进行分类的要求。

(5) 规定了结构设计的要求和计算方法,包括结构体系和选型、结构体系分析、构件设计、连接设计和构造措施等。明确了结构设计时不应采用严重不规则的结构体系的基本原则;对结构分析模型的选用作了规定;对不同结构体系的允许层数、允许高度、高宽比限值和层间位移角限值作了具体的规定。

(6)规定多高层木结构建筑中防火设计的基本要求,包括建筑防火的布局、构件的耐火性能、防火构造设计等。对构件的燃烧性能和耐火极限作了规定;对建筑的防火分区作了规定;明确规定了施工现场的防火措施,并规定了6 层及6 层以上的多高层木结构建筑的防火设计应经过论证确定。

(7)规定多高层木结构建筑在设计、施工及使用过程中,应采取的防虫、防腐、防潮等防护技术措施。

(8)规定了木构件加工制作,施工安装,以及施工检验和验收的相关要求,从而保证多高层木结构的工程质量和安全可靠。规定了正交胶合木制作的基本要求,以及多高层木结构建筑验收的基本要求。

(9) 对多高层木结构建筑在使用过程中需要注意的问题作了规定,并提出维护的要求。明确规定了对多高层木结构建筑进行短期测试和长期监测需要进行测试的相关项目要求。

2.2 相关技术内容解读

《多高层标准》与国家现行的木结构相关标准相比,在许多方面都有较大突破,主要有以下几点:

(1) 适用范围
《多高层标准》规定的适用范围是:适用于多层木结构民用建筑和高层木结构住宅建筑和办公建筑的设计、制作、安装与维护。按木结构建筑高度划分高层木结构时,规定了建筑高度大于27m 的住宅建筑、办公建筑是高层木结构,建筑高度大于24m 的2 层及2 层以上的民用建筑是高层木结构。按木结构建筑层数划分时,5 层及5 层以下的是多层木结构建筑,6 层及6 层以上是高层木结构建筑。根据标准规定的划分要求可以知道,多层木结构建筑的应用范围十分广泛,完全能够满足我国木结构建筑的应用。高层木结构建筑标准规定只能用于办公建筑和住宅建筑。

(2) 多高层木结构建筑的结构体系分类
《多高层标准》编制中,主要开展了国外多高层木结构建筑的工程实践和国外的相关技术资料,结合国内已完成的部分研究成果,规定了适合于多高层木结构建筑的结构体系。根据结构体系类型,多高层木结构分为纯木结构和木混合结构两类结构体系。

图2 挪威14 层纯木结构

纯木结构是指承重构件主要采用木材或木材制品制作的木结构类型(图2)。纯木结构类型主要分为轻型木结构、木框架支撑结构、木框架剪力墙结构和正交胶合木剪力墙结构等。
木混合结构是指木构件与钢构件、钢筋混凝土构件共同混合承重,并以木结构为主要结构形式的木结构类型(图3)。木混合结构又分为上下混合木结构和混凝土核心筒木结构两种。上下混合木结构的下部结构主要采用钢结构、钢筋混凝土结构,而上部结构主要包括上部轻型木结构、上部木框架支撑结构、上部木框架剪力墙结构和上部正交胶合木剪力墙结构等。混凝土核心筒木结构除了核心筒部分采用钢筋混凝土结构以外,其余部分主要采用木框架结构、木框架支撑结构和正交胶合木剪力墙结构。对于混凝土核心筒木结构,标准中没有明确规定木结构部分的建筑面积应占整个建筑面积的比值是多大,只规定以木结构为主要结构形式。对此通常认为,木结构部分的建筑面积应占整个建筑面积的60%以上,才能划分为混凝土核心筒木结构建筑。

图3 加拿大18 层木混合结构

(3)各种结构类型对应的允许总层数、允许总高度和高宽比限值
《多高层标准》根据多高层木结构建筑不同的结构类型,明确规定了各种结构类型相对应的允许总高度和允许总层数(表1),以及多高层木结构建筑的高宽比限值(表2)。表1、表2 中,根据建筑场地不同的抗震设防烈度分别进行了规定。

(4)对防火设计和构件耐火性能的规定
木材是可燃材料,在多高层木结构建筑设计中,防火设计至关重要。《多高层标准》根据多高层木结构建筑的特点,专门对4 层、5 层的木结构民用建筑的构件燃烧性能和耐火极限、防火分区、防火间距和防火构造等作出了规定。明确了3 层及3 层以下的木结构民用建筑的防火要求应按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016 的规定执行。4 层、5 层的木结构民用建筑的防火要求应按《多高层标准》的规定执行。而对于6 层及6 层以上的木结构住宅和办公建筑的防火设计应经论证确定。《多高层标准》对木结构建筑构件的燃烧性能和耐火极限作了规定(表3)。

表1 多高层木结构建筑适用结构类型、总层数和总高度表

表 2 高层木结构建筑的高宽比限值

表3 木结构建筑构件的燃烧性能和耐火极限

(5)正交胶合木剪力墙的计算规定
正交胶合木(CLT)是新型的工程木产品,是由叠层正交交错的层板胶合压制而成,双向均能承载,力学性能优,耐火性能好,大量用于建筑的墙板和楼屋面板,且适合工业化生产。因此,正交胶合木是高层木结构建筑的首选材料。这种工程木产品在国外已被广泛应用于多高层木结构建筑。国家标准《木结构设计标准》GB50005-2017 中,增加了对正交胶合木构件的抗弯设计方法,但对正交胶合木作为墙体构件没有作出相应的计算方法的规定。《多高层标准》在附录A 中补充了正交胶合木剪力墙的设计计算方法,为在多高层木结构建筑中采用正交胶合木提供了基本的技术支持。

作者
中国建筑西南设计研究院有限公司、木结构设计规范国家标准管理组  杨学兵

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