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在新西兰做结构设计(二)

上一篇关于新西兰结构设计的文章中,简单介绍了新西兰规范对于地震计算的一些规定。其中提到了在新西兰的木结构中,采用一种抗震板作为建筑物的抗风抗震构件,本篇就对这类抗震板做一些简单的介绍。




在市场上,这类抗震板有不少品牌,有GIB、USG等,其中使用最广泛的便是GIB,通常为10mm或13mm厚的特制石膏板,这类石膏板用配套的钉子等连接件固定在木框架上,在地震和强风来袭的时候,帮助建筑物抵御变形,消耗地震力,从而保护房屋内的生命和财产安全。


以使用最广泛的GIB板为例,常用的板包括两个系列,GS和BL,GS是GIB Standard的缩写,BL是GIB Braceline的缩写。两者的主要区别有以下几个方面:



GIB除了按板材的系列区分,还有不同的型号来对应不同的安装方式,通常分为1或2、N、H、P、NOM等。其中,1表示安装在墙单侧,2表示安装在墙两侧,N表示无hold-down,H表示需要安装hold-down,P表示plywood,NOM表示常规固定。其中常用的hold-down有两种,一种为Handibrac,如下图所示:



另一种为Strap,做木工的都知道这是什么,这里就不放图了。相信各位读者在今后购买和使用的时候,就不会一头雾水啦。





介绍完了材料,接下来简单介绍一下bracing抗震设计方面的内容。GIB板的抗震设计并不是简单地降房屋的地震力分摊到每张板上,而是由一条条bracing line组成的。所谓的bracing line,可以理解为一根根轴线,每根轴线2m以内的GIB bracing,都可以算作这根bracing line的一部分,如下图所示:



2m开外的,那就只能按照另一根bracing line来算了。除此之外,bracing line的设计还有两个规定,第一,bracing line之间的距离通常不能大于6m,如果大于6m的时候,这时候需要采用一些楼板加强措施,例如ceiling diaphragm、floor diaphragm、plan brace或者dragon tie等。


第二,每根bracing line有最低承载力的要求,一般不小于100BU。





下面举几个例子来说明一下bracing line的设计中容易遇到的几个问题。第一,墙长过短导致bracing line无法满足最低要求,如下图所示:



图中房间开间超过6m,且中间有楼梯开洞,无法满足楼板加强措施的要求,因此必须在开间范围内增加一道bracing line,使bracing line之间的距离小于6m。但红色方框内墙的长度较短,无法满足bracing line最低100BU的要求。后经协调,将红色方框内的墙增加至1.2m,虽然满足了设计要求,但对室内空间造成了一定的影响。建议设计师们在设计此类大开间的时候,一并考虑一下bracing的布置,可以有效避免后期协商改动。


第二,外墙遇大开洞时,墙垛长度不满足GIB bracing的最小要求,常见于车库门和大落地门窗,如下图所示:



图中最左侧的外墙墙垛长度只有225mm,小于GIB bracing最小400mm的要求,因此不能布置GIB bracing。顺便提一句,如果墙垛的长度少于250mm,即使用portal,可能会带来施工方面的困难,因此建议设计师在设计这类大门窗的时候,不要把墙垛留得太短,增加施工难度的同时,也容易增加安全隐患。这个问题在联排设计中尤为突出,0.3m的墙比比皆是,工程师往往会脸上笑嘻嘻,心里MMP。在此,顺便恳请各位设计师在创作的时候,记得给我们工程师一条活路,不要走自己的路,让我们无路可走,不然我们只能放portal咬人了。




最后,谈一下portal这个大杀器。工程中使用的portal一般为钢portal,不但能提供较大的侧向承载力,也能提供很大的竖向承载力,钢portal如下图所示:


(图片来自网络,refer to JP Engineering Services)


但好东西的缺点便是贵,钢的价格是普通木材的4-5倍,而钢portal的造价是钢梁的2-3倍。因此,在工程实践中,尤其是单层的民宅,客户往往倾向于避免使用portal。这时候,木portal就是一个很好的替代方案。跨度不大时(通常2m以内),木portal也能提供100BU以上的承载力,从而能够独立挑起一条bracing line的重任,满足设计要求。


综上所述,bracing的设计看似简单,但其中的门道也是不少,其中的核心便是bracing line,弄清楚了bracing line的设计方法,掌握了bracing line间距、承载力等基本要求,配合以各种不同型号的板材和构件,便能构筑起一道道生命的保护墙,任凭狂风地震,也能安得广厦千万间,大庇天下寒士俱欢颜。


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作者: ganggouren

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