双向跨交叉层压木材的设计

大质量木板通常用于单跨地板和屋顶系统，其中支撑梁或墙壁垂直于板的强轴跨. 然而, 交叉层压木材(CLT)的一个独特属性是面板在主要和次要强度方向上都具有结构能力. 次要强度方向的承载力通常小于主要强度方向的承载力, 这使得CLT是正交异性的. 尽管如此, CLT在小强度方向上的能力可以用来创造一个双向或平板式的建筑风格. 这允许没有支撑梁的框架系统, CLT面板在列之间的两个方向跨度在哪里. 北美最著名的例子之一是 布洛克Commons Tallwood House, 英属哥伦比亚大学的学生公寓，17层楼高的大块木材覆盖在混凝土平台上. Brock Commons项目的设计师使用了5层CLT面板，横跨大约9英尺x 13英尺的柱子网格.

因为这种结构构型并不常见, 为了对设计充满信心，项目团队承担了几项非凡的任务. 第一个, 快速+ Epp的工程团队开发了一种定制的CLT层，具有适当的剪切和小方向弯曲强度. 然后，该团队与FPInnovations的研究人员合作，对CLT和连接进行了结构测试，以验证双向面板和连接的性能. 柱和面板的连接处用钢构件进行了详细的设计，以直接在水平之间传递柱的轴向力，并防止地板在垂直于谷物的压缩中加载. 关于这一过程的更多信息可以在快速+ Epp网站上找到 在这里.¹

类似的, 奥克兰的1510年韦伯斯特项目在相隔12英尺x 15英尺的柱子网格上使用双向CLT和结构复合木材层压.

使用CLT双向强度能力的一种更常见的结构配置是在建筑物的拐角处有两个方向的悬臂板, 创造无梁屋檐. 另一种是在多户建筑的走廊上使用CLT. 在传统的双层走廊里, 大量的木地板横跨住宅单元，从单元壁面到单元壁面, 平行于走廊. 在走廊上, 一种选择是转动CLT面板，使它们从走廊墙延伸到走廊墙. 然而, 创建更统一的面板布局, 另一种选择是让面板的长方向与走廊平行. 视走廊宽度和小轴强度而定, 有可能实现无梁支撑条件, 从走廊墙到走廊墙的墙板在其小轴上的位置. 在更开放的平面图中类似的配置, 比如办公室, 是在平面图的中心位置有一个点支撑CLT板的柱廊, 创建一个无梁区域，通过该区域，MEP干线和消防洒水总管可以穿过建筑物，而无需穿透掉落的梁.

当看到双向跨CLT结构, 至少有三个潜在的容量限制可能需要考虑:

1. 面板的抗弯和抗剪能力
2. 支座承载能力
3. 支座处局部冲剪

面板的弯曲和剪切能力 

符合ANSI/APA PRG 320:性能等级交叉层压木材标准的CLT面板制造商提供第三方认证的面板在主要和次要平面弯曲方向的弯曲和剪切强度(和刚度). 国际建筑规范管辖范围内的木结构设计一般应遵循美国木材委员会的木结构国家设计规范®(NDS®). NDS第10章包括计算ASD和LRFD设计能力的规定，以便与建筑规范定义的荷载进行比较. 对于双向行为, 然而, NDS不涉及CLT板的主要强度和次要强度弯曲和剪切校核之间的相互作用. 因此，设计师必须基于工程基础来合理化交互效果, 如NDS 2015 C3中描述的.9.2-2. 欧洲常用的设计方法是根据正交铺层的相对刚度将荷载分配到主、次强度方向，然后分别进行弯剪设计验算. 第5节描述了欧洲设计中这种常见的实践状态.11 of 交叉层合木结构设计:根据欧洲规范的基本设计和工程原则.²

支座承载能力  

NDS第10章包括CLT面板面板面上荷载的CLT面板承载能力的设计规定. CLT面板的基本参考设计应力为垂直于纹理的压缩， F_c⟂，是基于本构木材在面板. 这些值有时在第三方CLT产品评估报告中被省略，除了参考CLT中使用的木材的物种组和等级. 在这种情况下, 垂直于纹理的参考设计应力可以从CLT表层木材的种类和等级的NDS补充中获得，也可以从制造商那里获得. 在WoodWorks的表3中可以找到列上支持CLT的示例连接细节 大型木材连接索引.³ 有加固细节的策略，已被用来加强面板的表面承载能力. 但在国家安全局的管辖范围之外, 这种加固策略使用全螺纹自攻螺钉将应力分布到CLT面板上. 使用示例请参见 SDCF木材- cf作为压缩加固材料.⁴

支座处局部冲孔剪切

在双向CLT面板的支持, 支撑点周边的抗剪能力有待验证. 这种检查是使用参考平面剪切能力V进行的_s,0 和V_s,90 根据ANSI/APA PRG 320开发. 虽然在NDS中没有明确提到, Bogensperger等人开发了一种欧洲方法. (2016).⁵ 控制周长线是通过从支撑的边缘以垂直到面板中心的35度投射到面板中找到的. 然后根据应用的设计载荷检查面板在该周长线周围的剪切能力. 更多关于冲孔剪切研究的最新信息可以在Slotsboom等人的文章中找到. (2023).⁶ 和Shahnewaz等人. (2023).⁷

由于双向弯曲相互作用的影响和冲孔剪切没有明确地涵盖, 应采用谨慎的工程设计. 该方法的可接受性由设计师自行决定, 建立官方, 和管辖. 直到设计方法与美国标准一致.S. 制定并验证了CLT冲剪标准, 建议以试验结果为依据进行冲剪设计验证, 由合格专家进行同行评审, 或两个.

双向弯曲性能建模与分析

评估CLT面板双向弯曲性能的一种可靠方法是通过有限元法(FEM)对CLT和支撑系统进行板分析，并结合实验验证模型. 虽然有很多方法可以通过结构分析包来做到这一点, 重要的是要记住，CLT不是各向同性板, 这意味着在面板的主要和次要强度轴上，弯曲和剪切刚度是不同的，这些特性可以在制造商之间和内部非常不同. 足够的有限元分析软件包需要支持正交各向异性板分析, 理想情况下，在“厚板分析”中使用Mindlin板分析或类似的剪切效应. 这样的建模可以在WoodWorks的 U.S. 大质量木地板振动设计指南.⁸

¹ 快速+ Epp. 点支持的CLT测试.

² Wallner-Novak, M.科佩尔胡贝尔，J.波克，K. proHolz奥地利. (2014). 交叉层合木结构设计:根据欧洲规范的基本设计和工程原则.

³ 木制品-木制品委员会. (2021). 大量木材连接的木工指数.

⁴ 辛普森强关系. (2023). 技术工程公报:SCDF木材- cf作为压缩钢筋.

⁵ Bogensperger T.约翰斯蒂尔，R.奥古斯丁，M. (2016). 垂直于平面的CLT单元集中荷载的引入——试验与数值研究. 世界木材工程会议. 奥地利的维也纳.

⁶ Slotsboom C.迪克夫，C.杰克逊，R。. (2023). 点支CLT板冲剪设计方法比较. 世界木材工程会议. 挪威奥斯陆.

⁷ 马里兰州Shahnewaz.迪克夫，C.甘加利，H.斯洛布恩，C.谭，M.杰克逊，R。.波波夫斯基，M.坦纳特，T. (2023). 点支CLT板的试验研究:第一阶段:滚动抗剪强度. 世界木材工程会议. 挪威奥斯陆.

⁸ Breneman,年代.齐默尔曼，R.格伯，A.艾普，L.迪克夫，C.泰勒，A.W .洛斯比.麦克唐纳，E.斯洛布恩，C.麦卡琴，J.维舍尔，R. 木制品-木制品委员会. (2023). U.S. 大质量木地板振动设计指南.