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, able to function as unit separation walls, 走廊的墙壁, 外墙, 和 shaft walls. 它们还允许为插座和开关布线, 和 plumbing lines for bathrooms 和 kitchens. 芝麻小事提供了这些系统的设计资源 fire-resistance, 声学, lateral 和 gravity loads, building enclosure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 enhanced leasing velocity. 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.

Mass Timber/Light-Frame Examples

的峡谷 | Portl和, OR

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

Construction Types 和 Fire-Resistance Ratings

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 construction. 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, fire-retardant-treated wood (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, including floors, 屋顶, 和 both interior 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, light-frame wood materials (e.g.(2倍墙框架和木结构板)一般禁止使用. 然而, there are two exceptions to this, 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. 的 use of light-frame wood is not permitted.

Once the construction type has been selected, 结构元件的FRR将由IBC表601规定. For multi-family occupancies, 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, such as IBC Sections 420, 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, a few notable exceptions are 走廊的墙壁, unit separation walls, 以及III-B类和V-B类项目中分隔住宅单元的楼板组件. Table 601 would indicate a 0-hour FRR requirement, 但代码的其他部分规定了最低半小时的FRR.

Light-frame wood wall assemblies in Types III, IV-HT和V结构通常需要1小时的FRR, though 2 hours is required for some 外墙. 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. Single stud wall with resilient channels (e.g., UL U327 和 GA WP 3241)

2. Staggered stud wall (e.g.， ga wp 3910)

3. Double stud wall (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.

Lateral System Options

When taking this hybrid approach, 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., lack of solid 外墙, the need to assess flexible vs. 半刚性和. rigid diaphragms) also apply to these hybrid solutions. 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 Diaphragm Design Guide. 地板隔板由其他大量木材材料组成, such as nail-laminated timber (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

Acoustic Design Considerations

声学性能是多户住宅设计的一个重要标准, more than perhaps any other building type. 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. To determine an optimal design solution, 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. While there are code minimums for 声学, 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. 的se assemblies, 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, in the case of floor/ ceiling assemblies, an impact insulation class (IIC) rating of 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, asymmetric assemblies are necessary. 裸露的5层CLT地板的STC约为40,IIC约为25, so to meet or exceed code minimums, additional mass, 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, which is usually in the range of 1 to 3.5 inches thick. 考虑到大量木材面板类型和厚度的变量, acoustic mat types 和 thickness, topping density 和 thickness, 和 types of floor finish, 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, see the 芝麻小事 publication, 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

Due to their long history of use, 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, staggered stud walls, 和 double stud walls.

To meet the minimum rating of STC 50, 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. Similar concerns exist for 走廊的墙壁, 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, with each row of studs at 16″ or 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+

When using a staggered stud wall assembly, 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. In lieu of this condition, 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. For more information, see the 芝麻小事 articles, Requirements for Shear Wall Blocking at Panel Edges 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, causing sound transfer touch point / Photo 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. By leveraging two separate walls, 每个都有自己的墙板，它们之间有一个气隙, the benefits of acoustical isolation are maximized. As shown below, 双螺柱壁组件可以达到STC 60或更高，而无需使用弹性通道.

Figure 5 – Options for double stud walls with STC 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. In this scenario, 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, the walls radiate at the same frequency, coupling with each other, 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. For more information, see the 芝麻小事 article, 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, as shown in Figure 8.

Figure 7 – CLT floor panel at unit demising

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, see the 芝麻小事 publication Index of Mass Timber Connections.