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第五章

结构胶合板

5.1介绍

锯材有多种尺寸和等级（第4章），用于各种结构构件。然而，这些构件的横截面尺寸和长度被用于生产这种木材的树木大小所限制。

当跨度变长或荷载变大时，使用锯材可能变得不切实际。这种情况下（可能出于建筑原因），可以使用结构胶合板（胶合层）。

集成材构件是由相对较薄的木片（标称1和2英寸）制成的。这些层压板可以端接和粘合在一起，这样可以生产几乎任何尺寸和长度的木构件。集成材构件的长度受搬运系统和公路运输系统的长度限制，而不是树的大小。

本章介绍了集成材及其设计特点。同时也提到集成材和锯材构件之间的异同之处。

5.2集成材构件尺寸

集成材规范允许制造任何宽度和深度的构件。然而，标准做法已经产生了普遍接受的层压宽度和厚度（见参考文献5.6）。由西方树种制成的集成材的普遍接受尺寸与NDS表5.1.3（参考文献5.1）中给出的南方松集成材的尺寸略有不同。见图5.1。由于表面要求，南方松木层压通常较薄和较窄，但如果必要的话，它们可以制造成与西方树种相同的净尺寸。图5.1中给出的尺寸是净尺寸，构件的总深度是层压厚度的倍数。

图5.1结构胶合层压木材（集成材）。

图5.2集成材的x和y轴方向实际上与层压方向有关，而不是强弱方向。通常情况下，矩形梁的深度明显大于宽度，因此x轴平行于叠片，是截面的强轴。深度小于宽度情况少见。在这种不寻常的情况下，胶合层的x轴，平行于胶合层，不是截面的强轴。

直或微弯的集成材用1.5英寸（或11/8英寸）层压制造。如果一个构件是急弯形态，在层压制造中应使用更薄（3/4英寸或更少）的木薄片，因为会产生较小的内置应力或残余应力。这些较薄的层压不用于直或稍微弯曲的集成材，因为成本很大程度上受构件的胶线数量的影响。本文只包括直的和稍微弯曲的矩形构件的设计。锥形构件和弯曲构件（包括拱）的设计见《木材结构手册》（TCM，参考文献5.7）。

在平面图上集成材构件的尺寸用其净尺寸标注显示（不同于使用“标称”尺寸的锯材）。胶合层的横截面特性列于2005年NDS附录表1C“西方树种胶合层合板的截面特性”和表1D“南方松木胶合层合板的截面特性”。截面特性包括

1.横截面积A（in.²）

2.关于强轴Ix的转动惯量（in.⁴）

3.关于强轴Sx的截面模量（in.³）

4.绕强轴旋转半径rx（in.）

5.关于弱轴Iy的惯性矩（in.⁴）

6.弱轴截面模量Sy（in.³）

7.绕弱轴旋转半径ry（in.）

严格地说，x轴和y轴并不总是上列所示的强轴和弱轴。对于集成材材料，x和y方向实际上与层压层的方向有关，而不是与截面的强弱轴有关。见图5.2。对于在结构应用中生产和使用的绝大多数集成材材料，通常情况下，x轴平行于叠片且为强轴的取向（图5.2）是成立的。因此，以上关于节属性的定义将贯穿本书。

使用例4.5中所示的相同基本原理来确定集成材构件的截面特性（第4.11条）。通过将NDS补充表1C或1D中的横截面积从in.²转换为ft²，并乘以以下单位重量，可获得给定尺寸的集成材每英尺的近似重量：

5.3再加工胶合木

除了图5.1所示的胶合木的标准尺寸外，NDS补充表1C和1D给出了较窄宽度胶合木的截面特性。2.5英寸宽的胶合木是通过把由2times;6层压板制成的胶合木切成两片而成的。以这种方式产生的相对较窄的梁被称为再加工胶合木。见图5.3。尽管截面特性仅针对2.5英寸宽的梁列出，但较宽的重胶合构件可由较宽层压制成的胶合木生产。

图5.3较窄的胶合木可通过对标准尺寸的胶合木锯成两半而成的，从而获得重新销售的胶合木。例如，一个2.5英寸宽的构件是通过重新组装一个由标称2times;6层压制成的胶合木而获得的。由于构件的三个侧面是抛光的，另一个侧面是锯的，所以重新出售的胶合木本质上是一种工业用途（即不是建筑用）梁。

为了生产两个较窄的构件而对胶合木进行再加工，这就引入了一些额外的加工控制措施，这些控制措施在生产不需要再加工的正常宽度构件时是不需要的。例如，某些强度降低特性（例如节疤的尺寸或位置）可以在5.125英寸不重新加工的胶合木存在。如果要重新加工胶合木，则应用更严格的分级标准。

再加工胶合木是胶合木行业的一个相当新的发展。这些构件可以有很大的深度。由于宽度窄，深度大，再加工胶合木产生的梁具有有效的横截面。换言之，强轴（即Sx和Ix）的截面模量和惯性矩对于构件生产中使用的材料量是很大的。相反的，窄的构件弱轴很小（即，Sy和Iy是小的）。这些构件相对较薄，需要在现场妥善处理，以确保在施工过程中不会受损。此外，特别重要的是，要适当支撑深窄梁的压 缩边缘，以便在施加荷载时构件不会屈曲。除了在支座部位，在受拉边缘不必做支撑，除非在预计力矩反转的情况下。

再加工的胶合木用作某些尺寸锯材的替代品。在某些应用中，它们也提供了木质工字梁的替代品。在外观不是主要问题的情况下，通常使用再加工胶合木梁柱。

5.4胶合木的加工

涵盖胶合木构件设计和制造的规范和指南（参考文献5.4、5.8、5.10、5.11），由美国木材建筑学会（AITC）和美国工程木材协会（EWS）出版，后者是美国工程木材协会（APA）的关联公司。AITC和EWS是代表结构胶合木材行业的技术性行业协会。AITC还出版了木材结构手册（TCM，参考文献5.7），该手册在第一章中介绍，并在本书中引用。《TCM》是一本木材工程手册，可被视为胶合木的基本参考（为方便起见，它还包括像锯材等其他结构木材产品的信息）。

大多数结构的胶合木构件是用道格拉斯冷杉或南方松生产的。也可以使用冷杉、云杉、松树、阿拉斯加雪松和各种其他树种，包括阔叶树种。通过质量控制标准确保生产出可靠的产品。事实上，在大多数情况下胶合木构件的结构性能超过锯材的结构性能。

胶合木的结构性能之所以如此优秀，是因为该构件中包含的材料可以从相对优质的层压材料中选择。限制大型实木锯材构件结构能力的生长特点可以很简单地在胶合木构件的制造过程中排除。

此外，通过在整个构件分散降低强度的缺陷可以起到优化层压材料的作用。例如，由木节完全穿透构件某个截面的锯材切成层压板。见图5.4。如果该构件用于生产层压料，随后再重新组装形成胶合木，则不太可能在胶合木构件中将所有木节缺陷组装在完全相同的位置上。因此，任何截面处横截面特性的降低仅包含原始木节的一部分。木节的其余部分将分布到构件中的其他位置。

图5.4生长缺陷在胶合木中的分散。锯材中发现的生长缺陷可以被消除，或者（如图所示）分散在构件中，以减少给定横截面处的影响。

除了分散强度降低缺陷影响外，胶合木构件的制造还以另一种方式有效地利用了可用的结构材料。即高质量的层压板位于横截面受力较大的部分。例如，在典型的胶合梁中，优质木材位于外部拉伸和压缩区域。这与典型载荷下最大弯曲应力的位置一致。见例5.1。尽管最大弯曲压应力和拉伸应力相等，但研究表明，拉伸区的外部层压板是梁中最关键的层合板。因此，外部受拉层压板有更高的分级要求。

横截面深度上的不同层压等级使胶合木成为复合梁。根据材料的强度相关内容，复合构件是由多个具有不同弹性模量值的材料组成的。采用转换截面法对组合构件进行分析。建筑结构中组合构件最明显的例子是钢筋混凝土梁，但由于不同等级的叠层具有不同的Ersquo;s，因此胶合木也是组合构件。

例5.1层压板组合成为胶合梁

图5.5胶合木梁中质量高和质量低叠片的分布。

弯曲应力计算：

任意点

最大应力

在胶合梁中，质量高的层压板位于高应力区域（即靠近梁的顶部和底部）。质量较低的木材放置在应力较低的中性轴附近。外部张力叠片是关键，需要最高等级的木料。

然而，从设计师的角度来看，胶合梁可以被视为具有矩形横截面的均质材料。设计值已根据ASTM D 3737（参考5.9）使用转换截面确定。为允许使用明显的矩形截面特性，所有的胶合木设计值都经过数学转换。因此，除了设计值和截面特性的差异外，胶合木设计的方式与实心锯木梁的设计几乎相同。

胶合木梁通常在弯曲时受力于横截面的强轴。大截面特性和层压在横截面深度上的分布使材料得到有效利用。这是示例5.1中假设的加载条件，除非另有说明，否则应假设围绕强轴弯曲。在胶合木设计值表中，围绕强轴弯曲被描述为垂直于层压板宽面施加的横向载荷。见例5.2。

例5.2胶合木弯曲

图5.6胶合梁的主轴和主轴弯曲。

弯曲可以发生在胶合木的x轴或y轴上，也可以同时发生。在第1节中，荷载垂直于叠片的宽面，弯曲发生在构件的长轴上。这是比较常见的情况。在第2节中，荷载平行于叠片的宽面，弯曲发生在构件的弱轴或短轴上。

也可以绕次轴加载，但不太常见。绕次轴加载的一个常见的例子是胶合梁桥面板。绕x和y轴加载的构件的应力采用不同的表格。

在胶合之前，选择层压板并干燥至含水量（MC）不超过16%。为了最大限度地减少内应力和裂纹，构件中叠层板的含水量差异不允许超过5%。由于在制造时胶合木构件的含水量相对较低，胶合木在使用中的含水量变化（即初始MC减去EMC）通常比锯材小得多。因此胶合木形态更稳定。尽管MC的百分比变化通常较小，但胶合木的深度通常比锯材的深度大得多。因此，在设计中需要考虑收缩的可能影响。见第4.7关于收缩的更多讨论和第14章关于如何避免连接中收缩相关问题的建议。

一般有两类胶水被允许用于制造胶合木构件：（1）干用粘合剂（酪蛋白胶）和（2）湿用粘合剂（通常是间苯二酚基、间苯二酚基或三聚氰胺基粘合剂）。虽然这两种类型的胶水粘接后都能产生高于木材本身的水平剪切能力，但根据ANSI/AITC 190.1-2002（参考文献5.3），目前只有湿用粘合剂才允许用于集成材板制造。湿用粘合剂几乎很多年没被使用，直到最近才有需求。室外用室温定型胶的发展，让湿用胶粘剂的使用量不断增加成为可能。顾名思义，湿用粘合剂可以承受恶劣的暴露条件。

层压层平行于集成材构件的长度方向。有效使用材料和许多集成材构件对过长长度的要求使得在在特定的层压中能形成有效的端部拼接。虽然层压板端接接头可以有几种不同连接方式，包括指接和斜接接头（见图5.7），但实际上北美生产的所有胶合层压木材都使用某种形式的指接接头。

指形接头在接头具有相对平坦的坡度时产生高强度连接。街头有小齿顶，以确保足够的轴承压力。指形接头也能有效利用层压材料，因为指形接头的长度通常比斜接接头的长度短。对于斜接接头，接头的坡度越平缓，接头的强度就越大。建议使用1/5或更平缓的压边坡和1/10或更平缓的拉边坡（参考5.12）。

如果层压材料的宽度不足以产生所需的胶合木净宽度，则可以使用多块材料进行层压。叠片中的边缘接缝可以用胶水粘合。然而，绝大多数的胶合木生产商并没有边缘胶接层压板。相反，边缘接缝在相邻层压中错开。

图5.7层压材料中的端接接头。大多数胶合木生产商使用垂直或水平指接接头进行端部接头拼接。此外，验算接头荷载是常见的，在这种情况下，端接头的位置不受限制。

图5.8胶合木的典型等级图章。（由AITC和EWS提供。）

虽然人们应该了解本节中概述的基本制造过程和概念，但建筑设计师不必设计单个叠片、拼接等。胶合木的制造标准基于ANSI/AITC A190.1《结构胶合层压木材》（参考5.3），并通过质量控制系统确保实施。质量保证是指由一个合格的机构对胶合木的生产进行检验和测试。美国生产的大部分胶合木由两个机构进行检验：美国工业技术委员会（AITC）检验局（Inspection Bureau）和美国塑料协会（APA）的关联公司工程木材系统（engineering Wood Systems，EWS）。每一个胶合木都有等级标记以便于识别。见图5.8。此外，由于张力叠片的重要性，使用不平衡叠层的胶合木弯曲构件的顶部也标记有图章。该标识允许现场施工人员在结构中正确定位构件（即使其右侧朝上）。如果一个胶合木不经意地翻转过来，压缩层会受到拉应力，构件的强度会大大降低。对于连续梁或悬臂梁等应用，设计师应指定一个平衡叠层，该叠层在构件顶部和底部都具有高质量的受拉层压板，因此具有相等的正弯矩和负弯矩能力。分级盖章相关的一些条款包括

1.质量控制机构（如美国木材建筑学会或工程木材系统）

2.结构用途（可能符号：B，简支跨受弯构件；C，受压构件；T，受拉构件；CB，连续或悬臂受弯构件）

3.外观等级（框架、框架、工业、拱门、建筑、高级）

4.工厂或工厂编号（如所示143和0000）

5.结构胶合层压木材标准（即ANSI/AITC A190.1-2002）

6.层压规范及

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