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简介

  
木结构建筑

  用木材制成的结构。木材是一种取材容易,加工简便的结构材料。木结构自重较轻,木构件便于运输、装拆,能多次使用,故广泛地用于房屋建筑中,也还用于桥梁和塔架。近代胶合木结构的出现,更扩大了木结构的应用范围。

  木材受拉和受剪皆是脆性破坏,其强度受木节、斜纹及裂缝等天然缺陷的影响很大;但在受压和受弯时具有一定的塑性。木材处于潮湿状态时,将受木腐菌侵蚀而腐朽;在空气温度、湿度较高的地区,白蚁、蛀虫、家天牛等对木材危害颇大。木材能着火燃烧,但有一定的耐火性能。因此木结构应采取防腐、防虫、防火措施,以保证其耐久性(见木结构的防腐防虫和防火)。

发展

  木材作为一种永恒的建材,古老而又现代,木结构建筑在风格特性上与城市特点相呼应,彰显人文特点。天然材质使建筑具有一种特别的亲和力,消除建筑本身作为外来物的冰冷感觉,木结构建造的灵活性可以充分发挥个性化,人性化特点。木结构在园林景观中的应用更有利于结合中国文化特点,焕发历史神韵又不失现代气氛.木结构建筑将为中国建造的不仅是可供使用的建筑实体,更成为一座座人文景观。

  在中国,随着“天保”工程的实施,大部分地区已严禁砍伐树林。从美国进口木材可填补由此造成的缺口。美国所有出口的木材产品均来源于经认证的美国于可持续开发的森林资源。结构用锯材和工程木产品强度高,模数体系齐全,以及完善的分等分级规定,能满足各种从单体住宅等小型建筑到体育馆和桥梁等大型建筑的多种需要。

历史沿革

  中国是最早应用木结构的国家之一。根据实践经验采用梁、柱式的木构架
木结构建筑
,扬木材受压和受弯之长,避受拉和受剪之短,并具有良好的抗震性能;建于辽朝(1056年)的山西省应县木塔(见彩图),充分体现了结构自重轻、能建造高耸结构的特点。在木结构的细部制作方面,采用干燥的木材制作结构,并使结构的关键部位外露于空气之中,可防潮而免遭腐朽;在木下面设置础石,既避免木柱与地面接触受潮,又防止白蚁顺木柱上爬为害结构;在木材表面用较厚的油灰打底,然后油漆,除美化环境外,兼有防腐、防虫和防火的功能。

  中国的木结构建筑在唐朝已形成一套严整的制作方法,但见诸文献的是北宋李诫主编的《营造法式》,是中国也是世界上第一部木结构房屋建筑的设计、施工、材料以及工料定额的法规。对房屋设计规定“凡构屋之制,皆以材为祖。材有八等,度屋之大小,因而用之”。即将构件截面分为八种,根据跨度的大小选用。经按材料力学原理核算,当时木构件截面与跨度的关系符合等强度原则,说明中国宋代已能通过比例关系选材,体现出梁抗弯强度的原理。与梁、柱式的木构架溶为一体的中国木结构建筑艺术别具一格,并在宫殿和园林建筑的亭、台、廊、榭中得到进一步发扬,是中华民族灿烂文化的组成部分。

  近代木结构是在产业革命以后,随着房屋和桥梁的建设而发展起来。

结构特点

得房率高

  由于墙体厚度的差别,木结构建筑的实际得房率(实际使用面积)比普通砖混结构要高出5%---7%。

工期短

  木结构采用装配式施工,这样施工对气候的适应能力较强,不会像混凝土工程一样需要很长的养护期,另外,木结构还适应低温作业,因此冬季施工不受限制。

节能

  建筑物的能源效益是由构成该建筑物的结构体系和材料的保温特性决定的。木结构的墙体和屋架体系由木质规格材、木基结构覆面板和保温棉等组成,测试结果表明,150mm厚的木结构墙体,其保温能力相当于610mm厚的砖墙,木结构建筑相对混凝土结构,可节能50%---70%。

环保

  木材是唯一可再生的主要建筑材料,在能耗、温室气体空气和水污染以及生态资源开采方面,木结构的环保性远优于砖混结构和钢结构,是公认的绿色建筑。

舒适

  由于木结构优异的保温特性,人们可以享受到木结构住宅的冬暖夏凉。另外,木材为天然材料,绿色无污染,不会对人体造成伤害,材料透气性好,易于保持室内空气清新及湿度均衡。

稳定性高

  木材相对其它材料有极强的韧性,加上面板结构体系,使其对于冲击荷载及周期性疲劳破坏有很强的抵抗力,具有最佳的抗震性,木结构在各种极端的符合条件下,均表现出优异的稳定性和结构的完整性,特别在易于受到飓风影响的热带地区以及受到破坏性地震袭击的地区,如日本和北美,其表现尤为突出。

防火性能

  木结构体系的耐火能力比人们通常想象的要强的多,轻型木结构中石膏板对木构件的覆盖,以及重木结构中大尺寸木构件遇火形成的碳化层,均可以保护木构件,并保持其结构强度和完整性,按中国木结构设计规范设计建造的木结构建筑,完全能够满足有关防火要求。

隔声性能

  基于木材的低密度和多孔结构,以及隔音墙体和楼板系统,使木结构也适用于有隔音要求的建筑物,创造静谧的生活,工作空间。另外,木结构建筑没有混凝土建筑常有的撞击性噪音传递问题。

耐久性

  精心设计和建造的现代木结构建筑,能够面对各种挑战,是现代建筑形式中最经久耐用的结构形式之一,能历经数代而状态良好,包括在多雨、潮湿,以及白蚁高发地区。

分类介绍

  木结构按连接方式和截面形状分为齿连接的原木或方木结构,裂环、齿板或钉连接的板材结构和胶合木结构。

  齿连接的原木或方木结构

  以手工操作为主的工地制造的结构。加工简便,发展最早,应用也最广。在中国应用最多的也是这种结构形式。

  原木或带髓心的方木在干燥过程中,多发生顺纹开裂。当裂缝与桁架受拉下弦连接处受剪面重合时,将降低木结构的安全度,甚至导致破坏。故在采用原木或方木结构时,应采取可靠措施,尽量减少裂缝对结构的不利影响。

  原木和方木截面较大,干燥费时,所以制作时只能采用截面内外平均含水率不大于25%的半干材。半干材在安装后逐渐干燥到与空气中的相对湿度平衡时,将产生横纹干缩,并在节点处产生的横纹或斜纹承压变形偏大,再由于齿连接手工操作的偏差,致使原木或方木结构的变形较大。

  原木或方木桁架的下弦除了开裂的影响之外,还常因所供应的木材质量偏低,难以选得符合受拉构件材质标准的木材。为了保证原木或方木结构的安全可靠,在中国大量推广应用钢材作下弦和拉杆的钢木桁架。以保证结构的安全可靠,并在一定程度上提高了结构的刚度,减小了变形。

  裂环、齿板或钉连接的板材结构

  由厚度在10厘米以内的木板组成的结构。木板厚度小,能在短期内干燥,结构的变形较小,且木板又无完整的年轮,在干燥过程中切向和径向收缩率不一致所引起的翘曲可用加压的方法控制;干燥不均匀引起的内应力很小,即使产生裂缝,因开裂程度轻微,不影响结构的安全。。

  裂环连接的板材结构

  裂环能传递较大的内力,既能用于节点连接,又能用于接头的连接;裂环能标准化生产,环槽可用机具开凿,可使木结构的制作进入工业化生产。

  裂环通过环槽承压和连接靠木材受剪传力,其安全度受脆性破坏的木材抗剪强度控制。裂环安装后处于隐蔽状态,不易检查。因此被齿板逐渐取代。

  齿板连接的板材结构

  冲压而成的齿板用油压机直接压入木材,制造简便,与裂环连接相比,具有较高的紧密性,减小了结构的变形,且便于检查。齿板通过众多的齿分散承压传力,有很好的韧性,比裂环连接可靠。近年来国外多将齿板应用于桁架节点和接头的连接。

  钉连接的板材结构

  多在工地制造,由于加工方便,可以制成弧形桁架等合理的结构形式,在苏联应用较多。中国曾用于体育馆、仓库等跨度较大的屋盖结构。由于钉连接的后期变形较大,应用受到一定的限制。

  胶合木结构

  包括层板胶合结构和胶合板结构。由于胶合木结构能较好地利用木材的优点和克服其缺点,使木材在结构中的应用更为合理,所以在一些技术发达的国家得到较大的发展,而成为木结构的主要形式。多用于大跨度的房屋。近年来,美国相继建成直径为153米、162米及208米的胶合木圆顶。

  此外,将木材旋切成3~10毫米厚的单板,木纹相互平行层叠热压胶合成30~50毫米厚的板材称为密层胶合木,可用以制成各种构件或结构。密层胶合木的问世使胶合木结构的应用达到新的高度。如建于1976年跨度为122米的密层胶合木筒拱,用于美国爱达荷州立大学足球场的屋盖,上、下翼缘采用由16层单板胶合厚度为45毫米的密层胶合木。图为在吊装筒拱。

发展前景

  木材是一种再生的天然资源,且人类习惯使用木材已有悠久历史,在对木材的防腐、防虫、防火措施日臻完善的条件下,充分发挥木材自重轻、制作方便的优点,做到次材优用,小材大用,提高木材的利用率,除继续用于一般建筑外,在大跨度建筑屋盖结构方面有其一定的前途。

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