胶合木结构

胶合木结构

胶合木结构

第一节胶合木构件的基本原理及其应用

一、简介

实木锯材虽有不同的尺寸和等级，但其截面尺寸和长度受到树木原材料本身尺寸的限制，所以对大跨度构件，实木锯材往往难以满足设计要求。在这种情况下可以采用结构胶合木构件。

最早的胶合木的生产专利是在十九世纪90 年代由德国颁发的。胶合木的出现，极大地提高了木材资源的利用率。胶合木生产工业的迅猛发展是在1942 年防水酚醛树脂胶出现以后开始的。采用这种胶生产的结构胶合木可以用在室外露天环境，而不用担心胶缝的脱胶现象。随着生产和技术的不断发展，除了传统上用实木锯材粘接生产的结构胶合木外，现在也出现了一些复合结构胶合木。例如，可在胶合木构件的受拉或受压边缘采用单板层积材或其他高分子材料，这样可以极大地提高构件的抗拉和抗压能力。

二、胶合木构件的基本原理

胶合木是一种根据木材强度分级的工程木产品，通常是由二层或二层以上的木板叠层胶合在一起形成的构件。制作胶合木构件所用的木板，经过干燥和分等分级，根据不同受力要求和用途，将不同等级的材料在截面方向进行组合。强度等级高的木板被放在使用中产生应力较大的部位，例如，在受弯构件中放在构件的顶部和底部，以增强其抗弯承载力。

同样，将弹性模量较高的木板放在远离截面中和轴的位置，以增加构件的抗变形能力。根据构件在受拉或受压区安排的木板的材质等级以及数量，构件的承载力可以得到不同程度地提高。胶合木的生产过程有以下基本步骤（见图7.1.1）：

图 7.1.1 胶合木的生产过程

1．将窑干处理后的锯材进行强度分级；

2．根据构件设计的尺寸，对符合分级要求的锯材进行指接加工接长，并进行指接接口的养护；锯材指接接长后形成单板；

3．将单板材的宽面刨光，并立即涂胶；

4．涂胶后的单板按构件的形状叠合在一起，并通过加压成型以及养护，形成胶合木构

件的毛截面和外形；

5．当胶层达到规定的固化强度后，对初步成形的构件进行锯除棱角、刨光和砂光等处理，使构件表面达到设计要求的光洁度；

6．根据需要，对构件进行最后的加工，如钻孔或安装连接件等。胶合木的强度比锯材强度高，一个重要原因是木板通过重新组合后，可以将一些导致强度减少的缺陷进行分散，从而提高构件的强度（见图7.1.2）。胶合梁的生产中，构件的强度，是通过将材质等级高的木板放在构件的顶部或底部实现的，而将材质等级较底的木板放在构件中和轴附近。

含水率的影响应视为是原材料的影响，与胶合过程以及防水结构胶无

关。胶合木中的木板采用经过窑干处理的锯材。根据产品的制造标准，这些锯材的含

图7.1.2 构件中木材缺陷通过木板组合后被分散

水率在胶合以及表面刨光前，不得大于15%。所以，一般来说，胶合木的强度设计

值比普通干燥锯材（含水率≤20%）或潮湿锯材（含水率>20%）的强度设计值高。采用15%以下含水率的窑干锯材作为胶合材的木板的另一个优点，就是能使得整个构件的含水率分布相对均匀。在构件尺寸相同的情况下，如采用普通实心方木（一般都是湿材），构件中的含水率分布由于木材本身材料的特点，非常不均匀。而含水率分布的不均匀是木材开裂和变形的主要因素。胶合木因其均匀的含水率分布提高了构件尺寸的稳定性。所以在实际工程中，胶合木构件一般不会产生像大尺寸普通锯材因潮湿引起的尺寸变化和开裂问题。

不同的胶合过程，为设计人员在材料强度的选择以及构件的形状要求方面提供了多种选择。胶合木梁可以制造成变截面或曲线型等不同形状，以满足构件起拱，屋面排水，弧型构件或刚架等不同需求。

胶合木梁和柱除了本身的建筑美学效果和可靠的结构强度外，还具有很好的耐火性。火灾出现时，胶合木构件的外层会炭化。这个碳化层起到了很好的隔热效果，保护了构件内部进一步受火焰的侵袭。碳化层向内部蔓延速度可以通过试验和统计的方法测到（一般大约为0.635mm/min）。测得的火焰向内部蔓延的速度，是估算胶合木构件耐火极限计算公式的理论依据。在世界上不同国家或地区的防火实验室中进行的在荷载作用下的胶合梁和柱的火灾试验，验证了这些公式在预测火灾构件耐火极限的准确性。

为了保证构件在承受荷载时各层木板间的整体协调性，胶合时各层木板木纹的顺纹方向应与构件的长度方向一致。制作胶合木构件所用的胶粘剂应为结构胶粘剂。

三、胶合木结构的特点和应用

（一）结构胶合木的特点

胶合木结构随着建筑设计、生产工艺及施工手段等技术水平的不断发展和提高，其适用范围也越来越大，采用胶合木结构的建筑工程也越来越受人们的喜爱。由上述结构胶合木的

基本原理可以看出，胶合木结构具有以下技术上和经济上的优点：

1．能利用较短较薄的木材，组成几十米或上百米的大跨度构件，制做成各种不同的外形，构件截面也可制做成矩形、工字形、箱形等较合理的形状。解决了受天然原木尺寸的限制，可以灵活地设计建筑平面和外形，从而扩大了木结构的应用范围。

2．可以剔除木材中木节、裂缝等缺陷，以提高材料强度。也能根据构件受力情况，进行合理级配，量材使用，将不同等级的木材用于构件不同的应力部位，以达到提高木材的使用率和劣材优用的目的。

3．由于制作胶合木构件所用的木板易于干燥，当干燥后的木板含水率小于15%时，制成的胶合木构件一般无干裂、扭曲等缺陷。

4．可以减少原木、方木结构构件在连接处的削弱，且连接点少，所用连接铁件较少，整体刚度好。

5．经防火设计和防火处理的大截面胶合木构件，具有可靠的耐火性。

6．隔音性能好，能大量减少使用期和施工期对周围环境产生的噪音影响。

7．保温性能好，能防止构件的冷桥和热桥。

8．具有的天然木质纹理效果，在建筑中体现的美学效果经久不衰。

9．可以工业化生产，提高生产效率，尺寸能满足较高的精度，可减少现场工作量，便于保证构件的产品质量。

10．构件自重轻，有利于运输、装卸和现场安装，并能减少整个建筑物基础部分的费用。

11．构件在制作过程中耗能低，节约能源。

胶合木是利用天然材料，不污染环境，能使用在自然环境中，并能十分协调地融合在建筑环境中，可以不用其他材料再装饰而减少装饰费用。胶合木构件也能抵抗环境的腐蚀，特别适用于游泳场馆，不怕水蒸气中氯对构件的腐蚀。

（二）胶合木结构的结构形式

利用上述胶合木的主要特点，可以制造出以下的几种常用的结构形式：

1．直线梁、单坡和双坡变截面梁：适用于跨度30m 以下的简支梁或多跨连续梁，如图7.1.3（a、b、c）。

2．斜坡弓形梁：适用于20m 以下的跨度，顶部坡度应小于10°，并且，底部弯曲应尽可能浅，如图7.1.4。

3．钢木桁架：适用于75m 以下的跨度，受拉杆为高强度钢拉杆，受压杆为胶合木构件，如图7.1.5。

4．两铰和三铰拱：通常适用于60m 以下的跨度，在欧洲已建成超过100m 的实例。水平力由拉杆或承台承担，而由风荷载产生的吸力是设计时应考虑的主要问题，如图7.1.6（a、b）。

5．弧形加腋门架：适用于50m 以下的跨度。为了避免屋脊过大的挠度，顶部斜面坡度应大于14°。当斜面坡度较小时，应在拱腰处加设一个调整腋，以减少胶合木结构较高的造价，见图7.1.7。

6．指接门架：适用于24m 以下的跨度，顶部斜面坡度应大于14°。在门架转角接口处，采用特殊的指接技术，如图7.1.8。

除以上的结构形式外，还采用了折板（图7.1.9a）、薄壳（图7.1.9b）及空间木桁架结构等。

随着工业生产水平的提高和设计计算技术的发展，更为新颖复杂的胶合木结构正出现在各种不同类型的现代建筑中。

（三）结构胶合木的应用

结构胶合木是所有采用胶粘剂生产的工程木产品中最具多样性的产品。其应用范围可从住宅建筑中的大梁和过梁，到大空间公共建筑或工业建筑中的主要结构构件。胶合木的强度和刚度相对来说比一般的锯材大，同时，其强度与自重比高于钢材。因为结构胶合木产品本身的特点，大尺寸的构件完全可以采用从次生林或人工林中采伐的直径较小的树木制成，改变了以前大尺寸构件依赖原始林的状况。

胶合木构件使用在建筑工程中能合理使用木材，能更好地满足建筑设计中各种不同类型的功能要求，构件制作能采用工业化生产，制作过程中便于保证构件的产品质量，能大量减少建筑工程现场的工作量。胶合木的构件长度除了受到运输以及装卸条件的限制，一般可制成任意的长度。

当采用防水酚醛树脂胶时，经加压防腐处理后，结构胶合木产品可用在户外露天环境。这些应用包括电讯设备支架、水工建筑、码头、桥梁以及模板、脚手架等。目前，国际上很多国家的胶合木结构大量用于大空间、大跨度和对防火要求高的各种公共建筑、体育建筑、游泳场馆、工厂车间、大型商场和公路桥梁等民用与工业建筑（图7.1.10）。采用胶合木结构还有利于节约木材和扩大树种的利用，在我国有着广泛的使用前景，应积极创造条件推广

应用。

第二节胶合木产品构造

一．结构胶合木构造要求

生产胶合木的木板可以采用针叶材或阔叶材。木板和胶合木构件的尺寸、材质等级、端部拼接、木板组合以及胶粘剂等有关要求，如下：

（一）木板以及胶合木的尺寸

1.木板的截面尺寸

《木结构设计规范》GB50005-2003 中规定：制作胶合木构件所用的木板，当采用一般针叶材和软质阔叶材时，刨光后的厚度不宜大于45mm；当采用硬木松或硬质阔叶材时，不宜大于35mm。木板的宽度不应大于180mm。

生产胶合木构件的木板不宜太厚，因木板太厚，在胶合时不易压平，造成加压不均匀，从而可能导致胶缝受力情况各处不均匀，对胶合构件的承载力产生不利影响；木板太厚也不利于胶合的构件加工定型，并且，木板越厚，在木板干燥时要达到规范规定的15%的含水率越困难。但是，木板也不宜太薄，木板太薄会增加胶合木构件的制造工作量和增加木材及胶料的用量。不同国家和地区对于木板厚度的规定略有不同，例如，在北美结构胶合木的木板的厚度一般采用38mm，在欧洲胶合木木板的厚度通常采用45mm。另外，树种不同对木板的厚度要求也不同，例如在美国，采用南方松生产的结构胶合木的木板的标准厚度为35mm，而采用西部树种生产的结构胶合木的木板厚度一般为38mm。一般来说，同一胶合木构件中木板的厚度应该统一。

制作弧形构件时，木板的厚度与构件的曲率半径有关。《木结构设计规范》GB50005-2003 中规定：弧形构件的曲率半径应大于300t(t 为木板厚度)，且木板厚度不应大于30mm，对弯曲特别严重的构件，木板厚度不应大于25mm。在实际生产中，木板的厚度除了与弧形构件的曲率半径有关外，还与不同的树种的物理特性以及生产厂家的

加工能力有关，例如采用

南方松，弧形构件的曲率半径可达到100t(t 为木板厚度)，而采用花旗松-落叶松，弧形构

件的曲率半径则可达到125t(t 为木板厚度)。在欧洲，弧形构件的单板厚度取决于弯曲半径，木板厚度在18 至45 mm之间时，最小弯曲半径为2 米。

2.胶合木构件的截面尺寸

《木结构设计规范》GB50005-2003 并未对胶合木构件截面尺寸作出具体规定。理论上，采用胶合木，可以生产出任何尺寸的构件。但是考虑到工业化生产的要求以及对木材资源的充分利用，世界上生产胶合木的国家或地区，对于常用的胶合木产品，都有标准的截面尺寸。例如，在欧洲，胶合木构件的标准宽度有 42、56、66、90、115、140、165、190、215 和 240mm 等，宽度为265 mm 和290mm 也可采用；高度为180mm 至2050mm，中间级差为45mm。更大的高度可通过不同方法得到，高度可达3 米。在美国，胶合木构件的截面宽度一般在63mm 到273mm之间，常用的截面宽度为79、89、130、139 和171mm 等五种规格。同样，在加拿大，常用的截面宽度为80、130、175、225、275 和315mm 等规格，根据工程要求，宽度可以增加到365、425、465 和515mm。在北美，当结构胶合木构件截面宽度超过273mm （加拿大为265mm）时，一般采用横向拼宽的方法来满足构件截面的设计宽度。当构件宽度达到365mm 以上时，木板的厚度一般采用50mm 厚。在新西兰，胶合木构件常用的截面宽度为65、85、135、185、235 和285mm等规格。

标准截面尺寸的胶合木构件主要用在住宅建筑中。在大量的商业和公共建筑中，当构

件的跨度较大，荷载较重或有其他的情况出现时，往往采用非标准尺寸的胶合木。既然是非标尺寸，构件可以是任何形状和尺寸。一些常用非标尺寸胶合梁的形状包括弧形梁、双坡梁、曲线梁以及门式刚架等。

（二）木板的材质等级要求

胶合木在生产过程中，通过对不同材质等级的木板进行组合，以达到不同的构件强度要求。所以，木板的材质等级直接影响到胶合木构件的强度。用作胶合木的木板材质等级包括目测分级和机械分级的材质等级。与轻型木结构中规格材的目测分级要求相比，用于木板的目测分级要求更为严格。

本手册表2.6.5 和表2.6.6 给出了胶合木结构板材目测分级的标准。应当注意的是，木材缺陷，尤其是节子在分级过程中，是以构件的截面尺寸为测量基础的。所以当木板进行纵向锯切后，木板必须重新分级。例如，对节子来说，原来居中的节子经过纵向锯切后，由原来在木板中间的位置变成边缘位置，此时，材质等级已经不一样了。同样道理，当胶合木在完成胶合，成型后进行刨切砂光时，当最后产品的截面宽度小于原来木板宽度的85%时，应考虑对木板重新分级。除了目测分级材，生产胶合木的国家或地区还采用机械分级的木板。目前，越来越多的生产厂家采用机械分级与目侧分级结合使用的分级方法，以期获得更高的强度和刚度。

（三）木板的拼接

1. 木板端部拼接

如果胶合木构件的长度超过木板的长度，则木板在长度方向需要进行端部拼接。端部

拼接方式一般有四种，即平接、斜接、齿接以及指接，平接几乎没有任何受拉承载力，所以在

图7.2.1 端部拼接方式

受弯、受拉以及弯曲构件中不允许采用。对于木板的斜接，当接口坡度为1/12 时，连接处的强度可以达到木板本身的强度。齿接可以满足快速生产的要求，但强度不如斜接强度高。指接是近年来在结构胶合木生产中主要采用的木板端部拼接方

法。但其强度不及斜接的强度高。

指接接缝处的主要技术参数包括接边坡度、指长以及指端宽度。指接接缝的设计，主要是保证指边坡度与斜接坡度一样，而接缝的总长度不大于斜接的长度。制作胶合木构件的木板接长应采用指接。用于承重构件，其指接边坡度η不宜大于1/10，指长l不应小于20mm，指端宽度b f宜取0.2～0.5mm(图7.2.2)。

不同国家对于指接构造要求有所不同，例如，在美国，一般采用两种指接构造，一种是指接边坡度η为1/10.55，指长l为28.27mm，指端宽度b f为0.813mm，另一种是指接边坡度η为1/10.86，指长l为28.27mm，指端宽度b f为0.762mm。而在新西兰，普通结构采用指接接头的指长一般是10mm，最长为20mm。

采用指接时，应对接缝上节子的数量以及尺寸有限制，尤其是对受拉和受弯构件。

2. 木板端部拼接接头间距

指接木板的接头间距是指上下相邻的两层木板中，在与木板纵向中心轴平行方向上的接头之间的距离。指接接头应符合以下规定：

1）同一层木板指接接头间距不应小于1.5m，相邻上下两层木板的指接接头距离不应小于10 t (t 为板厚)。

2）胶合木构件同一截面上板材指接接头数目不应多于木板层数的1/4。

3）应避免将各层木板的指接接头沿构件高度布置成阶梯形。

作为比较，将北美国对于指接木板的接头间距的规定列举如下：

1) 对于受拉构件：当受拉构件所受荷载达到或超过构件承载力的75%时，上下木板接头的间距不应小于150mm。

2) 受弯构件的受拉区：对于受弯构件，在离构件受拉边缘1/8 截面高度加上一块木板

的厚度内，上下层木板接头的间距不应小于150mm。截面中其余受拉部分的75%的木板，也应满足这条规定。

3) 对于受压构件以及受弯构件的受压区：对于受压构件以及受弯构件的受压区，上下层木板接头的无最小间距的要求。对于拱，也无此要求。

3.木板横向拼宽

当胶合木构件的截面超过一块木板宽度时，在截面的宽度方向需要对木板进行横向拼宽。在一般情况下，在进行横向拼宽时，除了构件顶面和底面的木板横向拼宽需要胶合，中间的木板在横向拼宽方向都不需要进行胶合。但是，当荷载作用方向与木板宽面方向平行，或当构件的计算剪力超过50%的设计承载力时，木板横向拼宽方向需要胶合。当木板胶合木构件的截面宽度大于木板宽度时，木板的横向拼宽可采用平接；上下相邻两层木板平接线水

平距离不应小于40mm(图7.2.3)。

北美的胶合木生产时，在木板横向拼宽的情况下，在构件顶部和底部的木板之间，平接线的水平距离不应小于64mm。对于内部木板间可采用平接，平接线的水平距离要求与构件截面的宽度有关，当截面宽度分别为220mm 以下，273mm 以及360mm 时，其平接线的水平距离要求分别不得小于10mm，13mm 以及20mm。

（四）木板的组合

胶合木的木板可以采用不同树种，尺寸或材质等级的材料进行生产。因此，理论上来

说，将不同树种和不同材质等级的木板结合在一起，会产生很多不同的木板组合。但是，在实际生产和工程中，考虑到木材资源以及构件的强度要求，没有必要将所有不同情况下的木板组合都进行研究。一般来说，结构胶合木的木板组合主要包括以下若干方式：

1. 单一材质等级或多种材质等级的木板组合

根据用途，胶合木可采用同一树种下的单一材质等级或多种材质等级的木板组合进行生产。

现在混合树种的胶合木也能生产。采用同一树种下单一材质等级或多种材质等级的木板生产胶合木产品，主要根据构件的受力性质以及荷载方向与木板方向之间的关系来决定。当构件主要用来承受轴向荷载或弯曲荷载，如荷载方向与木板宽面方向平行时，胶合木构件可采用单一材质等级的木板制造。相反，当弯曲荷载与木板宽面方向垂直时，结构胶合木构件可采用多种材质等级的木板制造。

2. 材质等级对称与不对称的木板组合

胶合木根据需要可以制成材质等级对称与不对称的构件，见图7.2.4。对于受弯构件来说，截面中最关键的部位是受弯方向的边缘受拉区。在不对称的结构胶合梁中，受拉区边缘部位的木板的材质等级比相应的受压区的木板的材质等级高，这样就有效地提高了木材的利用率。所以，不对称胶合梁的抗弯强度值对于受拉区和受压区是不同的。

图7.2.4 不对称与对称木板组合

不对称胶合梁主要用在单跨简支梁的情况下。有些时候，也可用在悬挑长度不大的悬臂梁（悬挑长度不超过未悬挑部分的20%）中。在连续梁的设计中，当截面设计由抗剪或变形控制时，也可采用不对称胶合梁。当不对称胶合梁反向安装时，此时应根据所提供的设计强度，采用受压区的抗弯强度值。在这种情况下，应对梁的允许抗弯强度和梁的承载力进行校核，以确定梁是否能承载设计荷载。

施工中，在安装不对称胶合梁时，应注意避免将梁的顶面和底面上下方向放反。胶合梁生产厂一般会在产品上注明顶面的位置，以提醒施工人员的注意。

对称构件中所有木板的材质等级相对于梁截面的中心线对称。对称构件一般用在梁顶或梁底在使用中都会产生拉应力的情况，如连续梁等。对称结构胶合木构件也可用在单跨简支梁的情况，当然这种情况下用不对称梁更为经济。

3. 水平和垂直木板组合胶合木

结构胶合木构件在一般的使用情况下，荷载作用方向总是与木板的宽面垂直（图

7.2.5a）。

这种情况一般称作水平木板组合胶合木构件。假如同样构件旋转90 度，则荷载作用方向与木板的宽面平行（图7.2.5b），这种情况称作垂直木板组合胶合木构件。水平木板构件或垂直木板构件的结构胶合木具有不同的强度设计值。

（五）木板的放置

制作胶合木构件时，木板的放置应使构件中各层木板的年轮方向一致（图7.2.6a）。这样，当木板干缩时，胶缝主要受剪，而胶缝的抗剪能力是很好的。如果年轮反向布置（图7.2.6b），则木板干缩时，胶缝将受拉，而胶缝的抗拉能力较差，往往会导致粘胶开裂而失效。

（六）结构胶粘剂的有关要求

胶合结构的承载能力首先取决于胶的强度及其耐久性。因此，对胶的质量要有严格的要求：

1．应保证胶缝的强度不低于木材顺纹抗剪和横纹抗拉的强度。因为不论在荷载作用下或由于木材胀缩引起的内力，胶缝主要是受剪应力和垂直于胶缝方向的正应力作用。一般说来，胶缝对压应力的作用总是能够胜任的。因此，关键在于保证胶缝的抗剪和抗拉强度。当胶缝的强度不低于木材顺纹抗剪和横纹抗拉强度时，就意味着胶连接的破坏基本上

沿着木材部分发生，这也就保证了胶连接的可靠性；

2．应保证胶缝工作的耐久性。胶缝的耐久性取决于它的抗老化能力和抗生物侵蚀能力。因此，主要要求胶的抗老化能力应与结构的用途和使用年限相适应。但为了防止使用变质的胶，故提出对每批胶均应经过胶结能力的检验，合格后方可使用。

3．所有胶种必须符合有关环境保护的规定。

4．对于新的胶种，在使用前必须提出经过主管机关鉴定合格的试验研究报告为依据，通过试点工程验证后，方可逐步推广应用。

5．胶的类型

结构胶粘剂可采用低耐水性胶、非耐水性胶和高耐水性胶。结构胶合木中不得采用脲醛树脂胶。

6．低耐水性胶或非耐水性胶当构件的含水率在较长的使用期间内不超过15%时，可以采用符合规定产品和试验标准的蛋白类胶。蛋白类胶不得用在经化学药剂处理的木材。

7．高耐水性胶符合规定产品和试验标准的高耐水性胶可以应用在所有不同的含水率环境中。当构件的含水率在较长的使用期间内超过15%时，胶合木构件必须采用高耐水性胶。对于胶合前或胶合后采用化学处理的木材，也必须采用高耐水性胶。含有尿素的胶粘剂的组合对于室外暴露情况下，在一定期限内有较强的抗腐蚀效果，但是，这种胶粘剂不得用在经防腐处理的结构胶合木中。

8．三聚氰胺甲醛树脂

采用三聚氰胺甲醛树脂，只有当三聚氰胺固体含量超过60%并且符合规定产品和试验标准时可以使用。当木构件的使用环境温度超过480C，并且木材的含水率超过15%时，不得采

用三聚氰胺甲醛树脂。

二．胶合木生产和质量控制标准

胶合木是工厂化生产的木结构构件。所以，当生产完成后，产品不可能利用规格材生产的检验方式对胶合木产品进行取样抽检以剔除不合格的产品。所以，这就要求结构胶合木的生产必须有完备的产品生产和质量控制体系，确保每一步产品生产的正确性。另外，产品生产完成后，还应有一整套产品测试的方法，以保证生产的产品满足产品标准要求。

结构胶合木的生产目前在我国还没有产品标准和完整的试验方法标准，随着胶合木工业的发展，我国将逐步编制和完善这些标准。有关标准应包括：

1．胶合木的产品标准，应规定结构胶合木工业的生产和质量控制的有关要求。

2．胶合木的生产标准，应规定结构胶合木生产中，有关树种、结构胶、木板组合等具体生产要求。

3．胶合木的试验标准，应包括木块抗剪试验、脱胶试验、端部拼接试验和板材的无损试验等常用的试验内容。

结构胶合木在出厂前，应进行常规的产品试验以保证生产产品质量的一致性。除了对暴露环境构件需做的真空压力循环试验，所有这些试验应经过质量控制机构的认可和批准。

生产商应按试验标准的要求进行试验，并应保存所有的试验记录。

三．产品和质量认证标识

胶合木构件通过木板组合，生产出满足各种强度要求的构件。为了保证胶合木产品的生产质量，同时也为了保证施工和验收人员能正确区分，安装和验收胶合木结构构件，所有的胶合木构件上都必须有经过质量认证机构认可的质量认证章。认证章的内容应该包括：构件的主要用途（简支受弯、受压、受拉、连续或悬臂受弯等）；生产厂家名称；产品标准名称；木板说明；树种；强度等级和外观等级等内容。

第三节胶合木结构构件的设计

一．胶合木结构构件的设计值

（一）《木结构设计规范》GB50005-2003 中规定的设计值

《木结构设计规范》GB50005-2003 中，除了规定木板的材质等级要求外，并没有另外给出胶合木的强度或材质等级。这是因为规范中对于胶合木的这些规定的出发点，是将胶合木中，靠近截面中和轴附近的木板，以材质等级较低的材料代替，远离中和轴的材料，仍采用一般材质等级的材料。采用这种做法，能在节约材料的基础上，使得用这种板材组合方式生产的胶合木的设计强度与普通锯材接近。其最终目的，就是利用材质等级较低的木材，生产出达到一定材质等级的材料，从而达到节约木材的目的。

由于采用这种原则，所以规范规定在进行胶合木结构设计时，胶合木构件可视为整体截面构件，不考虑胶缝的松弛性。这表明胶合木构件在计算时，构件木材的强度设计值和

弹性模量的取值仍然与截面相同的实木构件相同。设计人员在进行构件设计时，可根据《木结构设计规范》GB50005-2003 给出的不同强度等级下的设计值，根据相应的调整系数调整后进行计算。

但是，现代结构胶合木生产的目的，在充分利用木材资源的同时，通过对木板的组合，生产出强度更高的产品。生产时，通过将材质等级高的板材布置在构件的上下边缘，生产出强度高于实木锯材的产品。目前，由于我国在这方面系统的实验工作和大量实验数据还缺乏，如果引用国际上的强度设计值，也还需要做大量的验证和转换工作，需要一定的时间。目前，设计规范的这种规定是沿用我国原规范的方法。

设计受弯、拉弯或压弯的胶合木构件时，构件木材的强度设计值和弹性模量除按本手册表3.4.3 取值并考虑表3.4.4、表3.4.5 的调整系数外，胶合木构件的抗弯强度设计值还应

乘以表7.3.1 的修正系数。I 形和T 形截面的胶合木构件，其抗弯强度设计值除按表7.3.1 乘以修正系数外，尚应乘以截面形状修正系数0.9。

表7.3.1 胶合木构件抗弯强度设计值修正系数

对于弧形胶合木构件应考虑由于木板弯曲而引起的抗弯强度、顺纹抗拉强度及顺纹抗压强度的降低。对于R / t ＜240 的弧形构件，除抗弯强度应考虑表7.3.1 的修正系数外，构件的抗弯强度、顺纹抗拉强度及顺纹抗压强度还应乘以由下式计算的修正系数：

ψm = 0.76 + 0.001[R/T] (7.3.1)

式中ψm ——胶合木弧形构件强度修正系数；

R ——胶合木弧形构件内边的曲率半径(mm)；

t ——胶合木弧形构件每层木板的厚度(mm)。

弧形胶合木构件的强度弯曲修正系数ψm应符合ψm≤1.0 的规定。

（二）其他国家对于胶合木设计值的有关规定

目前，其他国家或地区在胶合木的生产中，采用不同材质等级或树种的木板，生产出满足不同需要强度的胶合木。胶合木由于采用了不同材质等级的木板，所以，其设计值比实木锯材构件的设计值复杂许多。为了使设计人员对胶合木构件的设计值与实木锯材构件的设计值之间的差别有所了解，以下对国际上较先进的胶合木结构设计作一些简单介绍，供设计人员参考。

1.强度的试验方法以及强度设计值的推导

胶合木因为是由不同材质等级的木板组成，所以其设计值的推导与实木锯材的设计值的推导有区别㈠。ASTM3737 规定了结构胶合木中，用作木板的目测分级规格材和机械分级规格材的选材标准，规定了用于计算构件抗弯、顺纹抗压和抗拉、以及水平抗剪强度相对于清材强度的折减系数、强度的使用条件调整系数，以及根据清材试件强度为基础进行设计强度值推导的计算。

ASTM 3737 以及根据该标准的原理建立起来的计算机分析模型（例如GAP）被用来建立胶合木的强度和刚度。采用标准中建立在试验基础上的理论模式，可以用来开发不同的木板组合。

2.强度设计值与木板组合

理论上，将不同树种和不同材质等级的木板结合在一起，会产生很多不同的木板组合。采用木板胶合技术，除了能生产任何尺寸，任何形状的结构构件之外，更重要的是在结构胶合木的生产过程中，可以根据强度的需要，通过选材和组合，达到优化木纤维资源的目的。在实践中，为了能保证胶合木的工厂化生产以及满足设计人员对不同材料强度的要求，许多研究机构对不同的木板组合进行了大量的试验，综合考虑了木材资源，强度指标等因素，研究出了不同木板组合下的强度设计值。为了便于设计人员进行工程设计，这些相应的木板组合，以不同的强度等级表示。

强度等级除了表示胶合木的强度设计值以外，往往还指出木板的材质等级。

另外，不同木板的组合，会产生不同的强度设计值，这些不同的强度设计值，除了满足

设计人员对于不同的要求外，更重要的是，有效地利用了截面。

注一：目前国内尚无胶合木的产品和试验标准，有关胶合木的设计值的推导，可参见美国材料与试验协会（ASTM）出版的ASTM D3737《结构胶合木应力强度建立标准方法》和欧洲标准《木结构—胶合木—强度等级和特征值确定》EN1194。

当荷载作用方向与构件纵向垂直时，按荷载作用方向与木板宽面方向的关系，分成水平木板组合与垂直木板组合。应当注意的是，与实木锯材不同，结构胶合木的强度设计值在这两个方向是不同的，这主要是由于木板不同组合引起的。对于水平木板组合，因为构件中沿截面中和轴方向的木纤维所受的应力不同，所以木板的等级/树种不同。以美国的胶合木设计值为例，对于对称或非对称的木板布置，无论采用目测分级还是机械分级，在每一种强度等级下，根据荷载方向与木板之间的关系，都给出了三组不同的设计值，每组设计值包括抗弯、横纹抗压、抗剪、顺纹抗拉和弹性模量等强度指标。分别用于荷载方向与木板垂直、平行或与构件纵轴平行的情况。

为了能更有效地利用截面，在水平木板中，在采用非对称木板组合的情况下，对于受拉区和受压区的最外侧纤维均给出了抗弯强度设计值。受压区的抗弯强度设计值主要应用在某些悬挑长度较小，或在支座处出现数值不大的负弯矩的情况。当然，在连续梁或支座负弯矩较大的情况下，还是采用对称木板组合截面。

木板的不同组合为设计人员提供多种选择，在有效利用木材资源方面非常重要，但也在注明产品的时候带来了麻烦。传统上，对于实木锯材，设计人员根据计算结果，在注明构件的时候往往只需注明构件尺寸、树种以及强度等级就可以。但是胶合木因为木板的不同组合，会产生许多不同满足设计要求的结果。如果随便任选一种结果，可能造成材料的不经济或生产加工的延误。所以，为了保证材料的经济合理，现在，胶合木工业往往建议设计人员只需根据计算结果，注明构件尺寸以及所需的最小结构设计强度（抗弯，抗剪，弹性模量等），由胶合木生产商根据这些结果对构件进行优化组合决定最终的产品。

3.强度设计值的调整

木材作为一种天然材料，其本身有许多特性是其它材料所没有的，如湿涨干缩性、各

向异性等。因为这些特性，使得其强度设计值，应根据不同的使用条件进行修正。修正的方法是将基本强度值乘上在不同条件下的调整系数。《木结构设计规范》GB50005-2003 中规定，结构胶合木的调整系数可直接采用用于实木锯材的调整系数。研究发现，胶合木的调整系数大部分与实木锯材的调整系数相同，但也有一些调整系数有差别。以北美结构胶合木设计为例，强度的调整系数包括荷载持续时间调整系数、含水率调整系数、温度调整系数、防腐处理调整系数、梁稳定性调整系数、柱稳定性调整系数、体积调整系数、弧型构件曲率调整系数以及平板效应调整系数等。

（1）荷载持续时间调整系数

木构件的强度设计值，与作用在结构上的荷载持续时间有关。表7.3.2 中给出了荷载持续时间调整系数。除了弹性模量和横纹抗压强度外，其余的强度设计值，均应考虑表7.3.2 的调整系数。

表7.3.2 北美结构胶合木的荷载持续时间调整系数

（2）含水率调整系数

一般胶合木的设计值用于构件干燥状态，即含水率小于16%（如在室内使用环境下）

的情况下，当胶合木构件暴露在潮湿环境中(含水率大于16%时)，设计值应作相应的调整。含水率调整系数见表7.3.3。

表7.3.3 北美结构胶合木的含水率调整系数

(3) 温度调整系数

当胶合木构件在一定时间内持续暴露在温度为390C - 660C 的环境中，应考虑温度调整系数。当胶合木的平衡含水率在这种持续高温的状态下超过规定限制时，温度和湿度调整系数均应考虑。当胶合木的平衡含水率在持续高温的状态下未超过规定限制时，则只需进行温度的调整考虑。温度调整系数见表7.3.4。

表7.3.4 北美结构胶合木的温度调整系数

（4）防腐处理调整系数

胶合木构件在使用中，应通过合理的建筑构造使构件的含水率保持在20%以下。假如不能做到这点，可以使用天然耐腐树种的心材，如加州红杉，美国扁柏或黄扁柏，或采

用经防腐处理的木材。

现在使用的大部分防腐化学药剂对结构材的强度不会产生很大的改变。对于一般的防腐处理办法，对结构胶合木强度的削弱可以忽略不计。但是，不同的防腐处理方法会削弱木材的强度。

（5）梁侧向稳定系数

在木结构中，当楼面板或屋面板与梁直接连接，而不是通过次要构件如搁栅等进行连接时，应考虑梁的受压边因翘曲引起的强度损失。这种强度损失，通过梁稳定性调整系数来体现。对于连续梁或悬臂梁，应考虑负弯矩处，受压区在梁底的现象。

胶合梁的抗弯强度应力设计值应考虑梁稳定性系数的调整。这里应注意梁稳定性系数与下面提到的体积调整系数是不应同时使用，这是因为体积效应调整系数与受拉破坏模式有关，而这里梁的稳定性调整系数与受压破坏模式有关。由于破坏模式不同，这两种调整系数

不能同时用在对结构胶合构件的抗弯承载力的调整。具体计算时，梁稳定性系数与体积调整系数之间应采用两者中较大者。

梁侧向稳定性系数是通过经验公式确定的。北美对胶合木梁的稳定性计算有以下一些规定：

计算时，首先确定梁的有效长度，然后确定梁的长细比，最后确定梁稳定性系数。梁的有效长度l e与受弯构件两个支点处之间的距离l u有关。表7.3.5 给出了受弯构件的有

效长度l e 的取值方法。

矩形截面梁的受弯构件长细比λb按下式计算：

式中λ b ——受弯构件的长细比；

b ——受弯构件的截面宽度；

h ——受弯构件的截面高度；

l e ——受弯构件受压边两个支点间的有效长度。

受弯构件的长细比不得超过50。

梁侧向稳定系数C L通过下式计算：

式中：

（6）柱的侧向稳定系数

柱的侧向稳定系数C p通过下式计算：

实心柱的长细比不得超过50。

表7.3.6 柱有效长度系数K e

(7) 体积调整系数

层板胶合木构件的抗弯强度受构件几何尺寸的影响。一般来说，相对于小尺寸来，大尺寸构件的抗弯强度相对较低。考虑到这种影响，可将抗弯强度值应乘以体积调整系数。体积调整系数考虑了受弯构件的长度、截面高度和宽度，其值不超过1.0，按下列经验公式进行计算：

式中

b ——受弯构件的截面宽度（单位为in）；当梁截面宽度中包括若干侧向对接的木板时，b 为最宽的木板的宽度。实际应用中一般b≤10.75 in；

h ——受弯构件的截面高度(in)；

l ——受弯构件在零弯矩点之间的长度(ft)；

p ——指数，按表7.3.7 采用。

表7.3.7 体积调整系数指数p 值

(8) 弧形构件调整系数

弧形构件调整系数仅用来修正结构胶合木弧形构件的抗弯强度。该系数考虑了弧形构件与直线型构件在最外侧木纤维所受的应力之间的差别，以及弯曲后在木板内的残余应力。但是，弧形构件调整系数不能用在构件中直线部分的抗弯强度的修正。另外，该系数不能用在起拱的直线型梁以及其它直线型变截面梁中。弧形构件调整系数C c应根据下式计算：

式中t ——叠层木板厚度；

R——弧形构件内侧的曲率半径。t/R ≤1/100 用于南方松和阔叶材树种；t/R ≤1/125 用于其它树种。

（9）平放效应调整系数

当荷载方向与木板的宽面方向平行（即Y-Y轴），胶合木的抗弯强度应考虑平放效应调整系数C f u。对于北美胶合木，C f u可按下列公式计算：

式中，b 为木板宽度（in）。

（10）防火阻燃处理调整系数

采用加压阻燃处理的胶合木还必须考虑强度的削弱。胶合木工业不推荐对胶合木进行加压阻燃处理。如确实需要进行阻燃处理，处理公司应负责提供有关的强度调整系数。

二．胶合木结构构件设计中的若干考虑因素

（一）木材含水率对胶合木结构的影响

在进行胶合木构件设计时，除了根据使用条件进行设计值的调整之外，还应考虑使用环境对构件尺寸和变形的影响。当构件外露时，还应考虑外观的要求。由于胶合木构件的尺寸一般较大，在设计中，就必须考虑使用环境对构件变形的影响。

木材具有天然的吸湿性，在纤维饱和点以下，木材的尺寸会随着含水率的变化而变化。对于大部分树种来说，当木材的含水率从饱和含水率降到零含水率时，纵向尺寸的收缩变化为0.1~2%。但是，有些特殊树种会呈现较大的纵向收缩。在使用中，当纵向尺寸的变

化对结构或建筑设计影响较大时，应避免使用这些树种。

在北美，结构胶合木的径向(R)、弦向(T)及体积（V）变化是通过下式进行计算：

式中X0 ——构件的初始尺寸或体积；

X ——构件的新尺寸或体积；

e ME ——潮湿膨胀系数，见表7.3.8；对于线性变化，单位为：mm/mm/（%）含水

率；对于体积变化，单位为：mm3/mm3/（%）含水率；

ΔMC ——含水率变化，根据公式计算，M0为构件初始含水率%

（M0≤FSP）；M 为构件的新含水率%（M≤FSP）；FSP为木材的饱和含

水率，见表7.3.8。

（二）胶合木构件的起拱

实木锯材梁的截面尺寸和跨度因为木材的物理力学特性而受到限制。所以，采用实木梁时，在梁的跨度相对较小的情况下，一般不用挠度作为设计控制因素。但是，随着胶合木构件的出现，工程设计人员能够用这种材料设计截面尺寸和跨度较大的构件。

大跨度的设计一般由变形要求控制，而不是由强度控制。实际工程中，为了减少胶合梁的变形，往往采用起拱的方法。所谓起拱就是在生产制造结构胶合木构件时，预先设定一定的弯曲弧度，弧度的弯曲方向与构件在使用中由重力荷载引起的挠度方向相反。胶合梁的起拱可以消除构件长期变形引起的不利因素以及木构件的蠕变。《木结构设计规GB50005-2003 规定胶合木桁架在制作时应按其跨度的1/200 起拱。胶合梁的起拱只是一种用来控制构件变形的方法。也可以采用其它包括增大梁的截面以期达到增加梁的刚度的目的；或增大屋面的坡度以防积水荷载；或者减少构件跨度等方法来控制构件的变形。并不是所有的胶合梁都需要起拱，那些受力较小，或者计算变形较小的构件都不需要起拱。例如在楼盖中，不必要的起拱可能会造成楼面的起伏不平。在多层建筑中，会对上下楼盖的施工工序造成困难。一般来说，不起拱的实心锯材梁能满足使用要求，那么当使用结构胶合梁时，如果胶合梁的刚度等于或大于实心锯材梁的刚度，胶合梁可不必起拱。

1．胶合木结构的挠度控制

梁的挠度控制要求最早是在20 世纪初提出的，当时提出的目的是为了防止住宅中顶棚粉刷的脆性开裂，这种对挠度的要求成了现代建筑规范中对允许挠度要求的基础。

胶合木是所有工程木产品中唯一能进行起拱的产品。在实际工程中，越来越多的胶合梁用在大跨度的平屋面结构，这时，挠度限制条件已不仅仅是为了满足使用要求，更重要的是为了考虑结构的安全因素。因为，大跨度的平屋面结构需要防止屋面上的积水现象。对于大型平屋面，当屋面有局部凹陷时，遇水会产生积水，随着积水的增加，结构承受的荷载也增加，屋面也将会产生更大的变形。增大的变形会积聚更多的水，一旦积水现象发生，将会继续发展，直到结构破坏。积水现象在那些活载/恒载比值较小的屋面较为普遍。设计中，一般考虑屋面雪荷载的屋面的刚度较大，比那些不考虑雪荷载，只考虑施工荷载的屋面更能抵抗积水荷载。决定一个结构是否需要考虑积水现象的一般方法，是对那些主要构件，以0.25kN/m2均布荷载作用下计算其挠度。如果计算的挠度等于或大于13mm，这表明积水将成

为潜在的问题。此时应该采取包括起拱和加强排水措施等步骤。当然，这只是一种初步判断是否需要起拱的简单方法，具体设计应通过工程计算和分析解决。

2．有关起拱的建议

决定构件起拱大小首先需计算出构件在荷载作用下的挠度。计算挠度应从支座连接平面往下算起。对于大部分胶合木屋面梁，一般建议起拱高度为在恒载作用下计算挠度的1.5 倍。这个数据，是根据长期实践证明的经验值，对于在恒载常年持续作用的情况下，一般能使构件回到正常位置。对于楼盖梁，建议起拱高度为恒载计算作用下挠度值的1.0

倍。但是，对于住宅建筑，一般跨度较小，为了避免楼面的不均匀，一般不需起拱。除了考虑恒载引起的起拱需要，单跨屋面梁还应考虑坡度要求，以保证屋面的顺利排水，排水坡度建议最小为2% 。设计时，应将坡度要求和起拱要求综合考虑，作为对构件总的起拱要求在制造中一起考虑。

3．起拱误差

因为木产品中存在的力学和物理性能的差异以及制造过程中产生的制造误差。生产出的结构胶合木的起拱与设计规定的数值有一定的差异。此外，含水率的改变也会影响到每根构件的起拱要求。因为这些原因，应规定不同跨度下，起拱的允许误差。ANSI A190.1 给出了结构胶合梁起拱的允许误差，“6m 跨度以内的起拱误差为±6.35 mm，跨度超过6.6m 时，每增加6m 起拱误差可增加±3.17mm，但不能超过±19.05mm”。梁的起拱值一般以mm 表示。也可以曲率半径表示。采用曲率半径的表示方法的优点，是沿梁长度方向每一点的起拱数值可用一个单独数据表现出来。用这种方法表示的圆弧近似于荷载作用下的实际弯曲曲线。所以，生产时可以以该曲线进行放样制作。见图7.3.2。

图7.3.2 胶合梁起拱示意图

（三）构件的外观要求

在很多情况下，胶合木构件往往作为外露构件使用。这就对构件的外观有一定的要求。

木材有天然缺陷如节孔、钝棱等，这些不同缺陷，在最终制造出的结构胶合木中会出现，形成不同的外观效果。不同的建筑设计对外观有不同的要求，这就需要对构件的外观进行分类。表7.3.7 给出的是美国的胶合木工业对胶合木构件的外观要求：

表7.3.7 美国的结构胶合木的外观级别

结构胶合木的外观要求并不是不能使用有生长缺陷的木板。因为对于有些天然缺陷，可以通过对结构胶合木进行修补的方式达到规定的外观要求。

人们往往会误将结构胶合木的外观级别与其构件的结构强度混淆，认为外观等级高的胶合木