在木结构建筑中创建高效的结构网格

大量木材产品，如交叉层压木材(CLT), 钉层压木材(NLT)和胶合层压木材(glulam)是一场革命的核心，它正在改变设计师对建筑的看法. 材料选择从来没有像现在这样成为建筑设计师日常工作中不可或缺的一部分. 除了它的可持续性和低碳足迹, 大量木材的好处包括增强美学, speed of construction and light weight, all of which can positively impact costs. However, 让业主和开发商相信大量木材的解决方案是可行的, 结构设计也必须具有成本竞争力. 这需要充分了解材料特性和制造商的能力.

大量木材通常用于办公室等项目, schools and tall mixed-use buildings, which often have assumed structural grids. 旨在满足租户灵活性的需求, 这些“默认”网格与历史上使用的材料的能力保持一致.e., steel and concrete. 当涉及到为大量木材铺设结构网格时, 方钉/圆孔的类比是恰当的. 尽管大量木材解决方案可能在许多有利于钢/混凝土框架的网格上经济地工作, some grid modification may be valuable. 试图在钢和混凝土网格上强制使用大量木材解决方案可能会导致构件尺寸效率低下，同时否定与制造商能力相关的机会. 因此，设计大型木结构建筑至关重要 as a mass timber building from the start. 这需要彻底了解如何最好地布局结构网格, without sacrificing space functionality, 优化成员大小——但成本效率比列间距更重要.

The following considerations are based on a post-and-beam frame for occupancies such as offices; however, 许多也适用于其他占用类型的承重墙支撑系统.

Grid Selection

简单地说，大型木结构建筑有两种主要的网格选择:方形和矩形. 在决定使用哪一种时，有许多因素需要考虑.

To determine efficient grid spacing, 了解大质量木地板的可能跨度范围是很重要的. Due to their relative light weight, 这些板的允许跨度通常由振动和挠度而不是弯曲或剪切能力决定. In addition to panel vibration design, 框架系统的整体振动性能, including beams, should be taken into account. 下表给出了基于面板尺寸的示例范围，假设有刚性支撑. (Each project’s specific span, loading and support conditions, 以及制造商特定的设计属性, 在选择面板厚度时应该考虑到什么.)如欲了解更多有关大型木地板结构设计的详情，请与当地联系 WoodWorks Regional Director or email the WoodWorks help desk at help@safarinautique.com. For additional information, see the Structure magazine article, 交叉层压木结构地板和屋顶设计, and Nail-Laminated Timber: U.S. Design and Construction Guide.

根据美国已完工的建筑，方形网格的范围往往在20×20到30×30英尺之间. 虽然在20×20-ft网格中，大块木板可以跨越20英尺的支撑梁之间的距离, 另一种方法是在每个凸间内包括一根中间梁，以减少大质量木地板的跨度. For example, 20×20-ft网格可以有一个中间梁，所以跨度10英尺的3层CLT地板可以使用. This scenario was used for the Albina Yard 俄勒冈州波特兰的办公楼(上图). 也可以使用较大的方形网格，如28×28或30×30 ft，并带有一个中间梁. 这通常导致使用5层CLT或2×6 NLT地板，跨度14或15英尺. This scenario was used for Clay Creative, also in Portland (pictured below). 一般来说，较薄的地板和屋顶板可能会降低材料成本. However, 较低的水平面板成本可能会被较高的梁(也许是柱)成本所抵消, 额外的中间波束也需要与MEP系统协调. 因此，更厚的地板和更少的梁的成本分析. 可能需要更薄的地板和更多的横梁.

超过30英尺或32英尺跨度的胶合木梁开始需要相当大(深)的梁. 这是可以做到的，但经济和净空问题可能会超过更长的跨度带来的好处. 下图说明了几个方形网格选项和相关的成员大小.

矩形网格通常在12×20-ft到20×32-ft的范围内. 与矩形网格的主要区别是中间梁往往不被使用, 常常简化适应环境保护的方法. 较窄的网格尺寸通常基于地板的跨度能力(见上面的跨度范围表)。. 较大的网格尺寸主要基于程序化布局, 同时考虑到胶合板的经济跨度. 使用此场景的项目包括 First Tech Federal Credit Union 在俄勒冈州的希尔斯伯勒，他们使用了一个5-1/2英寸的12×32-ft网格. CLT panels spanning 12 ft, and the 111 East Grand Office 它使用了一个20×25-ft网格和2×8-ft DLT面板，跨度为20英尺. Both projects are pictured below.

消除中间梁有几个原因, 但设计团队经常引用的是更容易的MEP协调. 因为在大多数木结构建筑中，需要在天花板侧暴露大量的木地板, some creativity in how ductwork, 需要配备洒水管路和其他MEP服务. For more information on this topic, read this WoodWorks Ask an Expert Q&A. If there are no intermediate beams, 主要的MEP干线可以围绕一个中央走廊运行，支线延伸到每个海湾. 这种方法的一个好处是，没有中间梁意味着没有或很少穿透胶合木檩条或梁来协调, cut, design for, etc.

Manufacturer Input

在选择网格尺寸时，另一个重要的考虑因素是制造商的能力. 大多数获得PRG-320性能等级交叉层压木材标准认证的北美CLT制造商能够生产8至12英尺宽，40至60英尺长的面板. 最大限度地减少每个面板的浪费量是提高效率的关键. For example, a grid with 20-ft increments could be very efficient; it could use 40-ft-long panels or 60-ft-long panels (if the manufacturer is capable of producing those sizes). On the other hand, 一个24英尺的网格可能没有那么高效，因为它要么需要48英尺长的面板(对于双跨度)，要么从40英尺长的面板上剪下16英尺. 这两种选择都增加了浪费，降低了效率. 在考虑特别长的面板时，还应考虑卡车运输物流.

The University of Arkansas Adohi Hall student residence hall project in Fayetteville, AR在60英尺宽的建筑中使用了20英尺的网格增量. CLT制造商提供了40英尺长的面板, 因此使用一个全长和一个半长面板来实现整个60英尺的建筑宽度. 因为每一块半长面板都是将全长面板切成两半, efficiency was high and waste was minimized.

While manufacturer capabilities differ, 创建对几个制造商都有效的网格是可能的. 大型木结构建筑设计的一个重要步骤是与制造商协商，以确定最有效的面板布局. 大多数北美木材制造商都是WoodWorks国家合作伙伴. 每个网站的信息都可以通过点击图标找到 this webpage.