催化剂建筑:大跨度大规模木材创新

作者:Hans-Erik Blomgren, PE, SE, P.Eng, Struct.Eng。,结构产品测试及认证主任

写给《木材设计与建筑》,由加拿大木材委员会出版


为商业大跨度地板和屋顶应用提供灵活的木材解决方案

介绍

在北美,CLT板作为商业建筑的地板和屋顶结构的应用正在迅速发展,其驱动因素包括外露木材的审美吸引力、更快的施工时间和碳储存效益。但市场利益和已定义的市场解决方案之间的差距往往是巨大的。为了在市场上与现有的混凝土和钢材方案相比更具竞争力,CLT建筑师和工程师面临的挑战是,在不影响结构、声学或防火性能的前提下,对楼板设计进行高水平的优化,以降低成本。这对于开放办公和教育建筑来说尤其如此,在这些项目中,柱线之间的楼板跨度比传统的木材框架方法更大。

背景:
CLT楼盖和屋顶跨

s.manbetx662.comKaterra于2019年在美国开设了产能最高的CLT工厂,并开始为多户住宅项目和办公楼的地板和屋顶提供CLT。对于典型的多户住宅,CLT跨度需要在12-20英尺之间;对于这种工程类型,三层或五层的Katerra CLT板非常适合跨越承重墙;s.manbetx662.com然而,Katerrs.manbetx662.coma的第一个办公和教育混合用途的建筑,华盛顿州东部的Catalyst大楼,需要30英尺。柱线之间的楼板跨度。一块CLT平板不能跨越这个距离,即使增加到七层或九层。

肋板的定义

面对这一挑战,以及最大化使用CLT产品的欲望,Katerra看到了一个机会,通过在每个面板的底部引入胶合木梁或“肋骨”,将其产品的跨度增加到20英尺以上。s.manbetx662.com当CLT和胶合木肋之间提供了刚性和坚固的结构连接时,最终产品的效率得到了实现,这使全截面能够复合工作。

计算表明,当实现全复合材料作用时,肋板的强度和刚度可以增加近4倍(图2)。这种木材纤维的优化使用是肋板的主要优势。例如,Catalyst Building肋板的跨深比为15.5:1,这相当于相同跨距和载荷下的基准组合钢楼板梁,同时重量减轻了40%。很明显,潜在的肋板产品必须扩大木材地板跨度远远超过20英尺。限制五层(图3)。

产品开发

随着肋板项目效益的确定,Katerra的工程师和制造团队开始了产品开发工作,以确定最合适的材料、方法和工艺,将s.manbetx662.com胶合板肋板复合紧固到CLT的底部。所选的连接方法是:1)在每根筋的顶部涂粘合剂;2)将CLT板置于顶部;和3)安装部分螺纹螺丝通过联合夹表面紧密和分散胶粘剂,覆盖的全部表面积交配部分(图4)。这一过程被称为“Screw-Press-Glue”方法,经历了先前的研究和测试在欧洲[1]。由此产生的制造过程允许一个肋板在20分钟内完全组装完成(图5)。Catalyst Building的生产能够保持在施工现场的进度之前,生产了多达18个30×10-ft。肋板在一个工厂轮班。

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