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科普知识|NLT钉接胶合木指南

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 Timber)?


什么是钉接胶合木

(Nail Laminated Timber)?


NLT(NailLaminated Timber)是一种重型板式木结构构件,可以用来作为楼(屋)板和墙体。这种新型构件在北美地区被广泛运用于多高层、大跨度楼(屋)板,且需要木材裸露的项目当中。NLT一般常用树种是SPF,加拿大花旗松等,使用截面为2x4(89mm厚)、2x6(140mm厚)、2x8(184mm厚)等的规格材木材,通过钉连接的方式进行组合,从而形成板式构件。通常其表面会覆盖胶合板或定向刨花板来提高其结构承载力和稳定性,并在其上现浇混凝土面层,以此来提高楼板的隔音及振动性能。



图1NLT板典型截面  图2NLT板用钉示意 图3NLT楼盖典型示意


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NLT楼板和墙板体系其实发源于100年前,一般用于仓库或者大型建筑当中。现在经过建筑师的改良和重新设计,正在成为可以替代混凝土楼板和钢结构楼板的更加低碳坚固的解决方案。其主要优点是可以让木材裸露在外,并且具有很好的防火性能。在加拿大和美国,其更多被用于六层或者更高的木结构建筑中。


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为什么使用NLT?


  • 美观:NLT木材被允许暴露使用,能够增添建筑物的美感和质感;

  • 经济性:NLT的加工无需昂贵复杂的器械,只需要普通的钉枪设备便能很容易的完成一面NLT墙面的组装;

  • 高度预制化:预制化意味着NLT板能够很容易的安装,并且保证极高的精确性;

  • 安装迅速:NLT板强重比高,现场吊装简单快捷;

  • 规范:目前美国和加拿大规范都允许NLT的使用;

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结构设计


加拿大依据现行《加拿大国家建筑规范》(NBCC)和《木结构设计标准》CSAO86 (Engineering design in wood)编制了《NLT设计和施工导则》(Nail-laminated Timber Design & ConstructionGuide),导则分加拿大卷和美国卷,指导NLT在北美建筑工程中的应用。欧洲规范Eurocode5:木结构设计-第2部分 桥梁,(Eurocode5: Design of timber structure-Part 2: Bridge)给出了“NLT板”的基于系统调整系数的强度设计值及桥梁设计中的相关内容。


《木结构设计标准》GB50005-2017关于“NLT板”的构造要点可参考9.6.20款关于“拼接梁”的相关内容,并考虑目测分级规格材尺寸调整系数及共同作用系数,来进行承载力验算。


防火设计


NLT板属于截面尺寸较大的木构件,其本身的炭化作用使其具有良好的耐火性能,其耐火极限的计算原理与胶合木构件类似。NLT板通常为单面受火的构件,其截面在火灾中减小,通过计算或试验来确定其剩余剩余截面的承载力,从而满足相应荷载(作用)下的耐火极限要求。


现行《建筑设计防火规范GB50016-2014(2016年版)》要求,木结构建筑中的楼板应为难燃性,耐火极限不应小于0.75h,屋顶承重构件应为可燃性,耐火极限不应小于0.50h。按现行规范要求,裸露的NLT板可应用于木结构建筑中的屋顶;当作为楼板应用时,需覆盖石膏板达到难燃性要求。当然,在特殊设计时,在保证建筑物同等防火安全的前提下,亦可考虑NLT裸露时用作楼板构件。


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图4NLT板单面受火截面示意


耐火试验


加拿大木业委托中国建筑科学研究院,于2019年3月13日及3月15日,在其防火实验室,进行2块NLT板的耐火性能试验。试验的NLT的板上表面均覆有11mm厚定向刨花板及80mm厚C30混凝土面层,试件周围用防火石膏板包边,并设有防火保护棉。表1给出了试验得到相应荷载(作用)的耐火极限。从温升曲线图(图5)可以看出,试验开始30/60分钟后,平均炉温处于稳定、缓慢上升过程中,当到达耐火极限时,平均炉温均超过1000℃,最终2块NLT分别达到耐火极限2.02h和3.02h。图7为NLT140试验后向火面。


表1 NLT板的耐火极限

编号

NLT板厚度(mm)

规格(mm×mm)

施加荷载(kN/m2

耐火极限(h)

NLT140

140

4335×3310

5.75

2.02

NLT184

184

4283×3345

3.50

3.02


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      图5 NLT140温升曲线           图6 NLT184温度曲线

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图7 NLT140试验后的向火面


试验意义


1.  研究NLT板单面受火的炭化速率

2.  验证NLT板在火灾工况下的结构安全性

3.  按照实际工程的边界约束、加载、板构造得到NLT板的耐火极限,为多高层木结构示范工程和其它建筑工程项目提供消防审查依据;

4.  为建筑设计防火规范的修编提供试验依据。