牛宝体育木材具有容重小、强度高、弹性好、色调丰富、纹理美观和加工容易等优点,是一种储量丰富的可循环再生资源。在力学性能方面,木材能有效地承担压力、拉力及弯矩,特别是抗压和抗弯具有良好的塑性,所以在建筑结构中的应用经久不衰。
木结构对于承受瞬间冲击荷载和周期性荷载具有良好的韧性,受地震作用时,木结构仍可保证结构的稳定和完整,不易倒塌。由于木材材料组织可容留空气,因此木结构建筑具有良好的保温隔热性能。今天也和大家聊一聊现代木构的一些基础ABC。
我国的木结构经历了千年的发展牛宝体育,遗留下来的木结构建筑类型非常丰富,结构及构造做法也各具特色,采用的都是天然的方木原木,取之于树,然而方木原木自身还是有着诸多限制与瑕疵,比如含水率较高后期易开裂,天然长度、截面尺寸有限、力学强度较低等等...
随着木结构建筑技术的发展,现代木结构建筑的应用已打破了传统梁柱的结构体系,通过对天然木材重组再加工的方式、使木材的各种力学性能的优势得到充分发挥,木结构的应用范围和能力也不断扩大。而且,随着现代加工技术和安装技术的房展,木结构建筑的工业化生产的程度越来越高牛宝体育,木结构建筑的应用范围也越来越广。
国内木结构设计规范及标准自1955年以来多次修订改版。自2009年11月,由中国建筑西南设计研究院有限公司、四川省建筑科学研究院与加拿大木业协会及其他国内外相关单位开展了《木结构设计标准》GB505-2003的修订工作,《木结构设计标准》GB5005-2017(以下简称《木标》)于2018年8月1日起正式实施。
根据住房和城乡建设部关于发布国家标准《木结构通用规范》GB55005-2021的公告(2021年4月12日),《木标》中的10条强制性条文将于2022年1月1日废止,国家标准《木结构通用规范》GB55005-2021,自2022年1月1日起实施。该通用规范为强制性工程建设规范,全部条文必须严格执行,现行工程建设标准中有关规定与该通用规范不一致的,以该通用规范为准。
国内已经建成的以及正在新建的木结构大部分运用的都是国外进口的木材。为何不采用国产的木材有较多的原因。
除去传统木构,其实早在1950年~1980年,我国木构房屋在厂房等公建中遍地开花,主要为木桁架,格构木屋架为主,现在在一些废弃的厂房中仍能看到大量的木构身影牛宝体育。然而在80年代之后,由于过度砍伐导致树木减少,加之混凝土、钢材、砌体结构的推广,木构建筑逐渐黯淡下来。
在政策法规层面,自1998年开始,为保护国内的森林资源,我国政府实施了天然森林保护工程,大幅度调减国内木材砍伐总量。为了维持木材供需平衡,国家采取了一系列鼓励木材进口的措施,大量进口原木、规格材和工程木产品并在国内的工程建设中得到了广泛的使用牛宝体育。
在规范层面,在2003版《木结构设计规范》以前,我国木结构技术的研究尚落后于其他先进国家,为使我国木结构建筑技术基本达到国际先进水平,为此在03版规范的修订过程中引进了大量的现代木结构技术相关内容。在修订过程中通过国际合作,借鉴和吸收了国际上近几十年来的现代木结构技术领域的最新研究成果牛宝体育,提高了我国木结构相关标准的技术水平,进一步加快了我国木结构技术标准与国际标准接轨的步伐。
在此后的规范中建立了规格材目测分等、机械分等系统,并与北美和欧洲等国家合作研究完成了进口木材强度设计指标直接转换的方法。对北美、欧洲进口的规格材设计指标进行了转换。使得国内的结构工程师在使用进口木材作为结构材时对于材料强度和其他材质性能的选用拥有了可靠的依据,从而进一步地增加了进口木材在国内项目中的使用。
现行的《木结构设计标准》GB5005-2017中的附录D.1,D.2详细规定了北美地区主要是加拿大进口的目测分级的方木和规格材的强度和弹性模量的设计值。为结构工程师在设计中提供了详细的依据。
木建筑按照结构类型分类可分为轻型木结构和重型胶合木结构。轻型木结构是以小截面规格材作为结构龙骨,表面覆以具有结构强度的面板而形成的稳定结构。轻木结构的计算可按照构造设计法或结构分析设计法两种。详见《木标》第九章。
加拿大出产的云杉Spruce-松pine-冷杉fir规格材由于外观及材质类似,统称为SPF规格材。由于加拿大严格的木材分等体系,使得不同规格的锯材被用于加工或建造不同的结构构件。SPF规格材多用于轻型木结构的建造。在中国建造的轻型木结构建筑绝大多数使用的是加拿大的SPF规格材。
重型木结构是以胶合木构件为主要承重构件,如胶合木框架结构和框架剪力墙结构。复杂的重型木结构通常需要通过有限元分析软件进行建模计算。
加拿大出产的花旗松规格材则多用于制作花旗松胶合木。花旗松具有质地温润,花纹美观,结构强度高,易于加工,握钉力强的有点,非常适合加工成胶合木构件,用于重型木结构建筑中的梁和柱构件。胶合木是将规格材经工程化的设计、胶粘和处理,形成较大尺寸,且符合本规范材料物理力学分等要求,用于结构承重的复合木材。胶合木可以被加工成任意尺寸和造型,且消防规范允许其可以暴露在外。
由于层板胶合木构件是由规格材层板拼接而成的,而用于制作胶合木构件的单片花旗松层板的规格通常有以下几种:38x89, 38x140,38x184.38x235,38x286。故在设计构件截面的时候通常会考虑以一定的模数确定截面的宽度。
如设计成170(宽)x400(高)的梁截面,胶合木工厂会用38(厚)x184(宽)的层板胶合出构件毛料,然后通过四面刨机器进行表面处理后,剩余截面正好为170mm的宽度。这样做的目的是为了最大程度减少木材和人工成本的浪费。
同理,结构构件的宽度还可以设计为70mm, 130mm,220mm,270mm。大于270mm宽度的构件则需要层板横向双拼解决,如38x89横拼一块38x235用以制作一根300x300的胶合木柱。
木结构设计中应尽量避免横纹受压的情况。木材横纹强度很低,且横纹受压下变形量大。
相较于横纹抗压,木材横纹抗拉强度极低,所以在设计中一定要注意木材端头节点横纹受拉的情况,避免木材劈裂。
干湿交替的环境对木材的影响是巨大的,会引起木材的形变和腐烂。故在木结构的设计和施工中防水做法至关重要,屋面和墙面的防水须特别注意。
室外环境中的木柱柱脚须注意排水通风,有些结构工程师喜欢采用钢靴柱脚,其实这种做法是很不合理的,因为孔隙中容易进水,不能很好的及时排走,故柱脚常采用插板节点。
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