混合设计:轻框架木墙上的大量木地板和屋顶板

中高层多户型设计的最新发展之一是大量木材和轻框架木结构的结合——通常是轻框架承重墙支撑大量木材地板和屋顶板. 墙壁与这种规模的传统轻型框架项目中使用的墙壁相同, 大量的木地板和屋顶板构成了水平结构, 消除大部分地板和屋顶框架和空腔. 这种混合方法利用了两个系统的优势:

• 木结构承重墙是中高层多户项目的长期经济选择, 可以作为单元隔离墙, 走廊的墙壁, 外墙, 井壁. 它们还允许为插座和开关布线, 还有浴室和厨房的管道. 芝麻小事提供了这些系统的设计资源 耐火, 声学, 横向和重力载荷, 围护结构等等.
• 大量的木地板和屋顶板通常暴露在天花板一侧, 提供其他结构系统无法提供的增强美学效果. 从发展的角度来看，这可以创造市场的区别和 提高租赁速度. 其他好处包括更薄的结构系统可以影响地板到地板的高度, 头的高度, 和 overall building height; sustainability; speed of construction; 和 fewer installers required on site.

跟上大规模木地板的施工速度, 预制/镶板的木质承重墙往往是有益的.

大量木材/轻型框架的例子

的峡谷 |俄勒冈州波特兰

• 四层交叉层压木材(CLT)和轻框架木材在两层混凝土平台上
• III-A型大于I-A型
• 110,000 SF
• 70 residential units (all ADA units; multi-generational housing)

结构类型和耐火等级

在III-A类建筑中，大质量木地板和轻框架木质承重墙的屋顶是允许的, III-B, IV-HT, V-A和V-B结构. 2021年IBC的具体实质性规定如下:

类型III (部分602.3) -大质量木材和轻框架木件可用于地板、屋顶和内墙. 外墙可以用不燃材料或, 要求墙体耐火等级(FRR)不超过2小时, 阻燃处理木材(FRTW).

V型 (部分602.5) -整个结构可以使用大量木材和轻框架木件, 包括地板, 屋顶, 包括内墙和外墙.

IV型 (部分602.4) -符合IBC第2304节最小尺寸的大型木材元件.11 .可用于整个结构，包括地板、屋顶、内外墙. 因为这种建筑类型部分是基于大型实木框架固有的和长期证明的耐火性, 轻框架木质材料(如.g.(2倍墙框架和木结构板)一般禁止使用. 然而, 有两个例外, 两者都适用于这种混合风格的建筑. IV-HT型允许使用轻型框架木墙材料用于: 

• 外墙框架材料为FRTW，外墙要求额定使用时间不超过2小时  
• 根据第2304条规定，墙壁的最低FRR为1小时时的内部隔板.11.2.2

这种混合风格的建筑仅限于五层木结构，总建筑高度为85英尺(III-A和IV-HT类型)，用于住宅用途. 尽管2021 IBC引入了三种新的建筑类型- iv - a, IV-B和iv - c允许大规模木结构建筑高达18层，270英尺高, 这些新的建筑类型需要大量的木材或不可燃材料. 不允许使用轻型木材.

一旦选择了结构类型, 结构元件的FRR将由IBC表601规定. 适用于多户居住, 对分隔住宅单元的墙壁和地板以及走廊墙壁等元素的额外FRR要求在其他地方规定, 如IBC第420条, 708, 711, 和1020年. 在大多数情况下, 表601的frr将与其他各款的规定相同或更严格. 然而, 少数值得注意的例外是走廊的墙壁, 单元隔离墙, 以及III-B类和V-B类项目中分隔住宅单元的楼板组件. 表601将指示0小时FRR需求, 但代码的其他部分规定了最低半小时的FRR.

III类轻框架木墙组件, IV-HT和V结构通常需要1小时的FRR, 虽然一些外墙需要2小时. 多年来一直是这样，有许多经过测试的组装选项可用. 单元绝热墙和走廊墙通常采用三种形式之一:

1. 带有弹性通道的单螺柱墙(例如.g.， UL U327和GA WP 3241)

2. 交错柱墙(e.g.， ga wp 3910)

3. 双螺柱墙(e.g.， ga wp 3820)

木钉墙组件的两面将覆盖一层或两层X型石膏墙板.

横向系统选择

当采用这种混合方法时, 大多数设计团队都希望利用内部和外部的轻框架墙作为剪力墙. 在典型的中高层多户项目中，木钉剪力墙设计的细微差别(如.g.缺乏坚固的外墙; 需要评估灵活vs. 半刚性和. 刚性横隔膜)也适用于这些混合解决方案. 剪力墙以及大质量木材隔板的风和地震设计力可从ASCE 7中获得, 美国木材协会的风和地震特别设计规定(SDPWS)的设计价值. 的 2021年SDPWS 第一个版本是否包括CLT隔板设计的叙述. 有关CLT隔板设计的更多信息，请参阅芝麻小事的 CLT隔膜设计指南. 地板隔板由其他大量木材材料组成, 如钉层压木材(NLT), 榫压木材(DLT)或胶压木材(GLT), 是否覆盖有木质结构护套, 根据SDPWS的要求，这种护套用作堵塞的隔膜.

图1 -典型的地板-外墙混合结构 细节

声学设计注意事项

声学性能是多户住宅设计的一个重要标准, 也许比任何其他类型的建筑都要多. 然而, 声学也只是建筑性能的一个方面，必须与防火和结构系统等其他要求结合考虑. 确定最优设计方案, 了解每个单独系统的设计和细节是如何影响其他系统的，这一点很重要，尤其是在使用较新的系统时，如大型木地板组件. 与业主一起了解所需的声学性能是另一个不容忽视的最佳实践. 虽然有声学的最低标准, 一些所有者的目标是超越代码最低要求的性能水平，如表1所示.

表1 -各单元之间的隔声-空中(STC)和撞击(IIC)

IBC第1206节列出了墙体声学性能的要求, 分区, 以及多户建筑的地板/天花板组件. 这些程序集, 用什么把一个住宅单元与另一个住宅单元或公共区域分开, 必须有声音传输等级(STC) 50和, 对于地板/天花板组件, 冲击绝缘等级(IIC)为50. (这些等级可以减少到45时，现场测试.) STC测量墙壁或地板/天花板组件隔离空气中的声音并降低从一侧传递到另一侧的水平的有效性. 空气中声音的例子包括谈话和音乐. IIC测量地板/天花板组件如何有效地阻挡穿过地板/天花板的冲击声音，并且仅适用于这些组件. 撞击声的例子包括脚跌倒和书掉在地板上.

设计大质量木地板的声学性能

由于大量的木地板组件通常使面板暴露在天花板一侧, 非对称装配是必要的. 裸露的5层CLT地板的STC约为40,IIC约为25, 所以要达到或超过代码的最低要求, 额外的质量, 在面板顶部添加了去耦和/或隔音屏障. 普通地板包括大量的木板, 覆盖一层隔音垫，然后浇上混凝土或石膏, 通常在1到3的范围内.5英寸厚. 考虑到大量木材面板类型和厚度的变量, 隔音垫的种类和厚度, 打顶密度和厚度, 地板饰面的种类, 这种地板组件可以导致STC和IIC评级高达50中期. 有关大型木地板声学设计的更多信息, 参见芝麻小事出版物, 大量木材的声学:房间到房间的噪音控制. 有关大型木材组件的信息，包括测试结果，请参阅芝麻小事 经声学测试的大型木材组件清单.

图2 -带顶板和隔音的大质量木地板组件示例

轻框架木墙组件的声学设计

由于其悠久的使用历史, 关于多户建筑中轻框架木墙的声学性能，我们已经知道了很多. 在一般情况下, 单元房和走廊木钉墙的三种选择是单钉墙, 交错钉墙, 还有双层钉墙.

满足STC 50的最低额定值, 单钉墙通常需要一侧有弹性通道. 由于单元壁面通常需要容纳挂柜，货架，电视等., 由于这些悬挂的元素可能会抵消弹性通道的大部分声学效益, 这种墙型不常用于单元壁面. 类似的担忧也存在于走廊的墙壁上, 虽然弹性通道可以安装在墙壁的走廊一侧.

图3 -具有弹性通道的单螺柱墙的选项，STC为50+

交错螺柱墙是在没有弹性通道的情况下实现STC 50的选择. 这种风格的墙的典型结构包括2×6顶部和底部的板与2×4螺柱交替在每一侧的板, 每排螺柱在16″或24″o.c.

图4 -带和不带弹性通道和STC的交错螺柱墙的选择 50+

当使用交错螺柱墙组件时, 当使用单元墙和走廊墙作为剪力墙时，通常在其一侧添加一层木结构板(WSPs). 最大限度地提高他们的能力和刚度在这个应用程序, 在螺柱之间放置一个共同的框架构件，如木块，将相邻的wsp绑在一起. 然而, proper installation of the blocking is crucial; having the wood blocking come in contact with both rows would negate the acoustical benefit of isolating the two rows of wood studs. 下面的照片显示了一种常见但不可取的情况，即木材阻塞正在造成噪音传递的短路. 代替这个条件, 最好旋转木块，使其宽面与WSP的背面接触, 但不会与另一排螺柱接触. 有关更多信息，请参阅芝麻小事文章， 面板边缘剪力墙砌块要求 和 墙钉尺寸和间距对防火和声学性能的影响.

交错螺柱墙与剪力墙阻塞在两排螺柱接触处, 引起声音传递的触点/图 芝麻小事

对于多家庭应用来说，最坚固的内墙是双层墙, 虽然它也是最贵的，占用的空间也最多. 通过利用两个独立的墙, 每个都有自己的墙板，它们之间有一个气隙, 隔音的好处被最大化. 如下所示, 双螺柱壁组件可以达到STC 60或更高，而无需使用弹性通道.

图5 -带有STC的双螺柱墙的选项 55+

与交错螺柱墙一样，可将WSPs添加到双螺柱墙中以提高其性能. 在这个场景中, wsp应该放置在螺柱的外表面，而不是在螺柱排之间的空气腔中. 在墙壁之间放置wsp减少了空气腔的深度，并可能产生被困的空气空间, 这就增加了两面墙连在一起的风险. 当在墙壁之间添加WSPs时，还可以在两个较薄的墙壁系统之间产生共振. 在这种情况下, 墙壁以相同的频率辐射, 相互耦合, 哪些因素会降低墙体系统的声学效果. 放置在墙体外表面的wsp应保持与测试组件性能相对应的空气空间深度. 图6展示了双壁组件中护套放置的声学效果. 有关更多信息，请参阅芝麻小事文章， 将木结构板添加到声学测试组件中.

图6 -双螺柱墙中护套位置的声学影响

除了选择合适的地板和墙壁组件, 重要的是要考虑在两个组件的交叉处使用的细节. 一种方法是隔离顶板，如图7所示. 另一种选择是打破每个单元壁面上的每一块大块木地板，以产生隔音效果，并通过连续的面板防止声音在单元之间传播, 如图8所示.

图7 -单元顶部的CLT地板

图8 -地板和墙组件交叉处的隔离大质量木地板

例如大量的木地板和轻木框架墙的交叉细节, 参见芝麻小事出版物 大型木材连接索引.