Design for Two-Way Spanning Cross-Laminated Timber

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. Capacity in the minor strength direction is typically less than in the major strength direction, 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. This allows for framing systems with no support beams, w在这里 the CLT panels span in both directions between columns. One of the most notable examples in North America is 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, the project team undertook several extraordinary tasks to be confident in the design. 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. Further information on this process can be found on the 快速+ Epp website 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. Another is to use CLT over corridors in a multi-family building. 在传统的双层走廊里, mass timber floor panels span over the dwelling units from unit demising wall to unit demising wall, 平行于走廊. 在走廊上, one option is to turn the CLT panels so they span from corridor wall to corridor wall. 然而, 创建更统一的面板布局, an alternative is for the long direction of the panels to be 平行于走廊. Depending on the width of the corridor and minor axis strength, it may be possible to achieve a beamless support condition, w在这里 panels span from corridor wall to corridor wall in their minor axis. 在更开放的平面图中类似的配置, 比如办公室, is to have a colonnade of point-supported CLT panels in a central position of a floor plan, 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, at least three potential capacity limits may need to be considered:

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. Designers must t在这里fore rationalize the interaction effects based on engineering fundamentals, 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. This common state of practice in European design is described in Section 5.11 of Cross-Laminated Timber Structural Design: Basic Design and Engineering Principles According to Eurocode.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. The underlying reference design stress for the CLT panel for compression perpendicular to the grain, F_c⟂, is based on the constitutive lumber in the panel. 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. Example connection details of CLT supported on columns can be found in Table 3 of the WoodWorks 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 Technical Engineering Bulletin SDCF Timber-CF as a Compression Reinforcement.⁴

支座处局部冲孔剪切

在双向CLT面板的支持, the shear capacity around the perimeter of the support point needs to be verified. This check is performed using the reference flatwise shear capacities V_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, a European approach has been developed by Bogensperger et al. (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. More recent information on punching shear research can be found in Slotsboom et al. (2023).⁶ 和Shahnewaz等人. (2023).⁷

Since two-way bending interaction effects and punching shear are not explicitly covered, 应采用谨慎的工程设计. Acceptability of the approach is at the discretion of the designer, 建立官方, 和管辖. 直到设计方法与美国标准一致.S. standards are developed and verified for CLT punching shear, it is recommended that punching shear design verification be based on test results, 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. While t在这里 are many ways to do this through structural analysis packages, it is important to keep in mind that CLT is not an isotropic plate, 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. Adequate FEM analysis packages need to support orthotropic plate analysis, ideally with shear effects as in “thick plate analysis” using Mindlin plate analysis or similar. Such modeling can be found in the examples in WoodWorks’ 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). Cross-Laminated Timber Structural Design: Basic Design and Engineering Principles According to Eurocode.

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). Technical Engineering Bulletin: SCDF TIMBER-CF as Compression Reinforcement.

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). A Comparison of Punching Shear Design Approaches for Point Supported CLT Panels. 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). Experimental Research on Point-Supported CLT Panels: Phase 1: Rolling Shear Strength. 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.