[分享]追寻木构——合板格子梁组成互承结构

作者:Wild野 时间: 2020-08-31 23:19 阅读:

  建筑概要1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  建筑称号司化成技术中心1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  建立地点茨城县筑波市1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  建筑设计吉松秀樹+ Archipro1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  构造设计山田宪明结构设计事务所1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  建筑面积328.96m21C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  建成时间2016年1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图 1 建筑外观(摄影:井上玄)1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  司化成工业筑波技术中心(TSUKUBA TECHNICAL CENTER)是位于郊外的停止包装资料等制造和销售公司的单层木构造办公建筑。建筑主体平面是18.4m×18.4m的正方形,高度约为4m,思索到货运卡车频繁出入的要素,将钢构造柱从空中整体抬升1.2m,而地板以下则是留给设备的开放式空间(图1,2)。建筑内部中央 10.4m×10.4m的办公区域,在其外圈是宽度为4m的独立空间(图3)。外立面的启齿和墙壁交织排布,在观赏建筑周边景色的同时,有效维护了办公区域的隐秘性(图4)。屋顶的木构造资料,既不是原木也不是胶合木,而是采用以结构用合板(层压板)为主材的互承构造格子梁,以完成最大跨度10.4m×10.4m的无柱空间(图5,6)。同时,自然光能够经过屋顶互承构造之间的空隙直接照进室内。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图 2 建筑剖面图1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图3 建筑平面图1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图4 启齿与墙壁交织散布的建筑外立面(摄影:井上玄)1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图5 建筑室内(摄影:井上玄)1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图6 结构用合板组成的互承构造格子梁(摄影:井上玄)1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  结构用合板的特征和研讨1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  日本的木构造建筑普通是用原木材或者胶合木材等作为主要承重构造,而“结构用合板”(层压板)主要是作为屋顶贴面、地板、墙壁等具有力学特性的面板构造部件来运用。也就是说,承重构造是主角,面板资料是辅助资料。近年来,新型木材制成的面板资料CLT的应用曾经比拟成熟,但还没有到达全国性的提高。那么,假如不用传统的木材,能否以面板资料作为主要的承重构造,如用“结构用合板”来支撑起整个屋顶呢?本案的设计工作就是由建筑师和构造工程师一同从这个问题开端停止的。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  项目中运用的结构用合板(以下简称合板)是由较薄的单板(Venner)在纤维方向上正交、交叠后挤压定型而成,因而废品具有薄、板面较宽且较短的几何特征,同时屈曲强度较低,但抗剪性较高。因而,假如垂直布置合板将其设置为梁构件,能够充沛发挥其力学性能并满足设计请求,但是资料的长度缺乏(每块板长约1.8~3m)以及平面外稳定性成为了新的问题。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  互承构造的运用1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  相似本案的正方形建筑的设计过程中,通常会把屋顶的竖向荷载平均地散布在X、Y轴两个方向上,使整个构造体系都参与进来,荷载会同时向两个方向传送,同时两个方向的梁也会互相辅助降低屈曲长度。但是,木构造的互承式格子梁很难像钢构造和混凝土构造那样,在同一个节点上穿插、连续,而常常要将X、Y两个方向的梁程度错开,因而垂直放置的合板所组成的互承构造需求在高度上满足合板的尺寸需求。另外,假如X、Y方向的梁级有很大区别的话,就无法有效地满足平面外稳定性,因而需求设计与X、Y方向梁级相同的互承格子梁。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  为理解决上述合板资料特性和格子梁的问题,提出了互承构造的初步想象。本案中的互承构造十分适用于长度有限的合板,也合适将荷载平均传送至多个不同的方向,因而合板组成的互承式格子梁构造成为本案的最佳构造体系。另外,还能够经过减少互承构造格子单元的间距来有效抑止屈曲。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  固然合板有很多种不同的尺寸和规格,但是最常见、流通最普遍的合板厚度通常为12mm,思索到梁构造的散布和跨度等要素,因而将5块尺寸为1 200mm×2 400mm的合板用粘合剂胶合成厚度为60mm的板材,作为一个构造单元来运用。本案互承构造梁的位置是不规则的,经过将T形构造单元网状相连,最终构成互承构造的格子梁。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  对整体互承构造格子梁停止应力剖析,由于部分的应力差别较大,设计依据各梁单元的应力状况对梁截面停止优化调整,旨在控制本钱和削弱室内空间的变化(图7~9)。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图7 互承构造格子梁计算模型1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图8 格子梁剪力应力图1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图9 按实践应力设计的梁截面1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  节点细部的讨论1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  互承构造直接运用合板,经过格子梁的间隙能够直接看到整个屋顶构造,而这也成为接下来设计中最困难的课题:梁单元之间的接合办法。梁单元的节点为T形,由于梁材厚度为60mm,假如运用传统木构造建筑中常用的榫卯节点,会使梁的缺损比例变大。由于互承构造自身就是荷载循环式传送的构造体系,所以尽量不要采用将一个构件插入另一个构件之中的组装方式,只能将构件滑动到垂直方向并依次组装。我们也讨论过将构件滑动到T形位置后从节点的反面用螺钉或者楔子等打进去的办法,但是由于其强度无法预估而放弃了在合板的多层木板之间打入螺钉的想法。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图10 T 形构造单元节点细部1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  经过以上的考虑讨论,最终采用钉子和螺钉把合板正交固定的有效办法:在梁构件板材的两端留出固定一条小截面木材的空间,在5片胶合合板中,只延长最边缘两片合板至T形互承构造单元的另一构件外表(图10)。在T形互承构造的另一构件侧面,固定一条小截面木材,其大小正好能够且完整置于另一合板一端事前预留的卡槽空中,T形单元节点的接合方式则运用传统木构造墙壁(耐力壁)的接合办法。装置时能够将一块合板构件滑动至预定装置位的正上方,垂直落下并衔接,所以施工办法也变得简单,因而肯定将这种接合办法作为最终的衔接细部做法(图11,12)。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图11 互承构造格子梁施工现场1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图 12 施工时,需将构件挪动至预定装置位的正上方垂直落下1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  墙壁和立柱的构造1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  设计中,对互承构造传送竖直和程度荷载的支撑构造也停止了剖析讨论。立柱和墙壁的设置需求顺应办公空间,办公室内的剪力墙长度很短,而根底比主体构造整体向内缩进600mm, 地板以下的空间为开放空间,简直没有预设剪力墙。同时建筑外墙与玻璃穿插散布,启齿较多,很难设置剪力墙。因而,与建筑师商榷后,在室内办公空间的外圈设置米字旗状(卍)的木构造剪力墙来承载大局部垂直方向和程度方向的荷载。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  决议外墙局部构造的主要要素并非来自屋顶的垂直荷载,而是建筑外墙所受的程度荷载。外墙玻璃与实墙局部的排列相似于国际象棋的黑白格散布(市松状),上方启齿,下方是墙壁的局部,立柱通高,截面为60mm×150mm,间距800mm。而在上方墙壁、下方启齿的局部,因启齿是过道而不能设置立柱。因而,在启齿和墙壁的边缘局部高度为2m处设置横梁,将120mm×240mm截面木材横向放置,端部设置与横梁同一截面尺寸的木构造立柱。立柱通高,侧面与互承构造的梁构件单元相连。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图13 合板梁与外侧立柱节点(摄影:井上玄)1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  如上所述,依据办公空间的设置,在其外圈的独立房间区域设置“卍”状的木构造剪力墙,建筑最外侧则设置了较为纤细的独立立柱的构造体系,完成了内部空间的灵敏自在以及外部空间的开放通透。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图14 整体构造爆炸图1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  地板下的构造1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  整体抬高架空的根底构造,支撑竖向荷载以及前文提到的“卍”状剪力墙和外圈立柱,最理想的状态是与上部构造一样运用木构造。但是普通状况下,木构造根底是设置在混凝土根底之上的,但本案需求把一层架空作为设备预留空间运用,需求尽可能预留地板下空间,因而放弃了混凝土根底的设计思绪,转而运用钢构造来完成“悬浮盒子”的设计。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  结语1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  整个建筑思索到改变等不利工况,依照竖直和程度力最不利工况布置剪力墙,在剪力墙下方布置“口”字形根底,同于预埋方钢管150mm×150mm×6mm作为柱脚固定的根底构造。外圈的支撑构造原本是思索直接布置在外墙立柱正下方,但是如前所述,根底构造从上部建筑外墙起整体向内缩进600mm,在相应位置设置圆形钢管(101.6mm×5mm),同时设置混凝土独立根底支撑(图15)。1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  图15地板以下完成开放性钢构造独立柱1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

  原文首刊于《建筑技艺》AT2018/12期,山田宪明撰文、陆洋翻译,感激以上作者的分享!1C1七二检测-检测教程、检测报告、检测程序、行业考试、标准规范、招聘求职

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