这是一栋位于美国马萨诸塞州玛莎葡萄园岛的新建住宅。该场地位于强风区,建筑坐落于俯瞰海洋的陡峭崖顶,对抗侧力体系的设计提出了重大挑战。上述条件与开放式建筑设计以及无支撑热断桥阳台的要求相结合,使得海洋侧立面的框架体系被提议设计为弯矩框架与悬臂体系的组合形式。尽管最初构想采用钢结构,但业主和建筑师希望以木结构为主要解决方案。
该两层弯矩框架由跨度分别为21英尺和14英尺的两跨组成,平均层高为10英尺。深截面多层LVL木梁与正交方向的夹钢板梁相交,形成阳台的悬臂段和后跨。由此产生的钢节点需承受两个正交轴方向的力和弯矩。最初提出采用中心空心截面节点,但发现由于箱形截面壁板平面外刚度不足且易发生弯曲破坏,无法承受弯矩框架主梁产生的较大弯矩。随后将钢节点重新设计为宽翼缘截面,以在两个轴方向保持连续性,同时确保力和弯矩直接传递至节点中心。由于阳台构件需要钢材连续穿过建筑热工界面,因此设置了热断桥垫块以降低热损失和结露风险。我们能够为热断桥垫块创建自定义材料,并将其纳入IDEA StatiCa的分析中。
框架构件的分析与设计采用Dlubal RFEM完成。对于多种材料复杂节点的设计,IDEA StatiCa是理想的辅助工具。该软件具有创建自定义材料和复杂几何形状构件的灵活性,以及木材与钢材节点的模板功能,大幅缩短了建立模型所需的时间。尽管IDEA StatiCa不支持木构件的规范校核,但螺栓力的输出结果可方便地导入内部电子表格进行验证。
通过使用IDEA StatiCa,并与建筑师、热工顾问及加工制造商密切合作,我们成功地将全钢框架演变为木钢混合结构方案,从而减少了所需钢材用量,使建筑结构更符合当地传统施工方式。

