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中图分类号:TU336.2 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2011)36-0032-02
1前言
我国木结构建筑有着悠久的历史,早在3 500年前就已经形成了用榫卯连接梁柱的木结构框架体系,到盛唐逐渐成熟,现在许多大型的古代木建筑都没有坏。现在的桁架结构经过传统的设计和加工技术,逐步进入现代胶合木结构自行设计与加工应用阶段。随着越来越多的建筑使用木结构,木建筑的防火措施尤为重要。
2木结构建筑出现火灾的原因
2.1木结构建筑耐火等级较低
许多的木结构建筑,经过多年的干燥,木材构件成了全干的,含水量很低,极易燃烧,特别是一些枯朽的木材,由于质地疏松,在干燥的季节遇到火星也会起火,且一旦起火,屋顶内部的烟和热不易散发出去,容易使温度积聚,迅速导致“轰燃”。在发生火灾时,建筑的梁、柱、椽等构件表面积大,木材的裂缝和拼接的缝隙多,大多数情况下通风条件都较好,有些建筑建在山地之间,发生火灾后火势蔓延快,燃烧猛烈,极易形成立体燃烧。很多木建筑中的可燃、易燃物多,火灾荷载远远高于现行国家标准所规定的火灾负荷量,火灾危险性极大。
2.2木结构建筑密度大,无防火间距
很多木结构建筑的修建随意性较大,缺乏统一的规划和整体布局,多数为成片修建,防火间距严重不足,且大多数木结构建筑都是以各式各样的单体建筑为基础,组成各种庭院。在庭院布局中,基本采用“四合院”和“廊院”的形式,这两种形式都造成了建筑布局密集,缺少必要的防火分隔和安全距离,如果其中一处起火而得不到及时有效的控制,毗连的木结构建筑很快就会出现大面积燃烧,形成“火烧连营”的局面。此外,一些建筑的跨度大、空间大且高位窗口多,在火灾情况下,极易形成“烟囱”效应。
2.3火灾扑救困难
很多木结构建筑位置往往距离最近的消防站也要数十公里,无法依托城市的消防基础设施,而且一旦建筑发生火灾,火势就会迅速蔓延,此时城镇消防站也没有办法。有些地区道路崎岖,消防车根本无法通行,更无法形成环形消防车道。此外,缺乏消防水源,多数木建筑附近没有消火栓,无法依托城市消防管网,自动灭火系统更是无从谈起。总之,木结构建筑的消防设施不健全,缺乏自防自救能力,既没有足够的训练有素的专职消防队员,也没有安装有效的消防设施,一旦失火,不能及时扑救,使得小火酿成大祸,这些因素都给火灾扑救工作带来了很大的困难。
3木结构建筑的防火措施
3.1建筑木材的阻燃处理
建筑木材经过阻燃剂处理后,可有效降低木材燃烧概率。阻燃剂的阻燃途径主要有:抑制木材高温下的热分解、抑制热传递和抑制气相及固相的氧化反应。由于阻燃途径是相辅相成、相互补充的。一种阻燃剂往往具有一种以上的阻燃作用,并有侧重。因此,在木材阻燃剂配方中一般都选用两种以上的成分进行复合,各成分相互补充,产生阻燃协同作用。常用的木材阻燃剂主要有:磷系阻燃剂、氮系阻燃剂和硼系阻燃剂等。经过阻燃处理的木材,抗火性明显提高,木构件表面火焰的燃烧速度降低,相应地提高构件的耐火极限,改变其燃烧性能。因此,建议少数民族聚居区的建筑木材应经过阻燃处理后再建筑。
3.2建筑木材的表面防护
表面防护是在最后加工成型的木材及其制品上涂覆阻燃剂或防火涂料,或者在其表面包覆不燃性材料,通过这层保护层达到隔热、隔氧、抑制燃烧的目的。这是目前对木材进行防火保护最有效的方法。据文献记载:早在20世纪60年代,我国就已研制出了非膨胀型防火涂料,如过氯乙烯防火漆等,建筑都是通过涂料本身的难燃性或不燃性,或者通过涂层在火焰下释放出不燃气体,并在表面形成釉状物的绝氧隔热膜来保护基材。20世纪80年代,又陆续研制出各种膨胀型防火涂料,用作木质材料的饰面型防火保护层。膨胀型防火涂料受热后,会形成多孔性的海绵状炭化层结构,具有很好的隔氧隔热保护作用。将其涂刷在可燃建筑结构上,遇小火不燃烧;火势不大时,具有阻滞延燃能力,从而减缓火焰传播速度;离开明火后能自行熄灭,可提高材料的耐火能力,防止火灾迅速蔓延扩大,但不能完全阻止和消灭火灾。有资料报道,建造木制房屋时,在墙体和天花板上安装防火石膏板,可使整个木结构组合墙体的耐火极限长达2 h。少数民族聚居区可通过在建筑木材上涂表面防护材料,以此来增加木材的耐火时间,提高材料耐火能力。
3.3建筑木构件的结构设计
参考文献得知:通常情况下,只有在温度达到250 ℃时木材才会燃烧。一旦着火,木材在火势凶猛的情况下将以0.64 mm/s的速度炭化。炭化层将木材内部与外界隔离并提高木材可承受的温度,使构件内部免于火灾。因此,按照参考文献的数据,可以计算得出:在一场持续30 min的大火中,木构件的每个暴露表面将只有19 mm因炭化而损失,其余的绝大部分原始截面则保持完整无损。通常情况下,大型建筑结构中都包含大规格的梁或柱,其本身就具有很好的耐火性能。这是因为木材的导热性能低,且大构件表面燃烧所形成的碳化层会进一步隔绝空气和热量的作用,以延缓木材燃烧的速度并保护其余未烧着的木材。这使得大块木材要燃烧很长时间才会引起结构的破坏。也即,当采用大截面构件时,若尺寸达到一定的要求就可以得到较高的耐火极限。一般而言,木构件截面越大,防火性能越好。木结构的防火设计主要是根据设计荷载的要求,结合不同树种的木材在受到火焰作用时的炭化速度。通过规定结构构件的最小尺寸,利用木构件本身的耐火性能来满足所需的耐火极限要求。
3.4木结构建筑的防火设计
按照《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)的有关规定,木结构建筑的防火设计构造可以设计。主要是通过对木结构的使用范围、长度、面积、防火间距进行控制,并在建筑中制作好必要的安全措施(如防火墙、安全出口等),这样可以有效避
免木建筑的火灾发生,即使出现火灾,也可以有效控制火灾的蔓延,把火灾的损失降到最低,并且在短时间内使人员得到安全疏散。所以对少数民族聚居区进行建筑设计时,为了将建筑火灾降到最低,必须充分考虑到木结构建筑的使用功能、建筑内人数、发生火灾时逃生的难易程度以及防止火灾蔓延的方法等,而不仅仅是简单的把建筑做好就行。通过合理的结构设计和构造措施来控制火势的蔓延,使木结构建筑满足防火要求才是最重要的。
参考文献
1 姚利宏等.木结构建筑防火的研究现状[J].木材工业,2007(05):45~46
2 吴必龙、李颖.木结构建筑的节能和防火性能分析[J].林业科技,2008(03):78~79
On the Wooden Structure Fire Protection Measures
Ma Ruizhong, Liu Yongli
【摘要】介绍了木结构古建筑的抗震加固原则和方法,木结构古建筑加固的的方法主要有增加约束法、增大截面法,增设钢拉杆和销栓加固。可供相关专业技术人员参考。
【关键词】木结构;加固改造;抗震
1 引文
我国历史悠久,遗存至今的古建筑甚多。由于年代久远,它们经历了数百年来人为的和多种自然因素的破坏,包括风吹、日晒、雨淋及地震等,但仍能保留至今,昂然屹立在祖国的大地上。它的高超的建筑技艺,不仅仅属于中国人民,也属于世界各国人民。
在我国,将着眼点放在提高古建筑的抗震能力上,是保护古建筑的重要内容。由于古建筑的种类繁多,特点各异,故应区别对待。抗震能力不足的要采取加固措施;有一定抗震能力而损伤较重地应及时抓紧维修。提出科学而安全的抗震对策,做好这些古建筑的维修和抗震加固工作,使之免遭地震破坏,具有十分重要的意义。我们国家对古建筑的保护工作非常重视。近年来,随着旅游事业的发展和人民物质文化生活的提高,有关部门组织力量对古建筑进行了一些抗震加固和维修,既提高了抗震能力,又延长了寿命取得了较好的成果。这里介绍采取的一些木结构加固改造方法。
2 古建筑加固原则
古建筑的加固,与一般建筑的加固不同,要求加固后不能破坏原有的建筑形式和特点。一般说来,古建筑都有几百年或近千年的历史,虽饱经风霜与人间沧桑之变,但却以其合理而科学的结构形式,质地优良的建筑用材和高超的施工技术而保留至今。如果在进行维修与加固时,破坏了它古老的原貌和原有的结构特点,就会失去其应有的历史价值。因此,在抗震加固与维修时,需要注意以下几点:
2.1 选材
古建筑多以砖、石、木为主要结构材料,而胶结用料多以黄泥浆或白灰为主。因此,在维修加固时,要多选用木材、砖石和石灰等传统的建筑用料。在维修砖结构的建筑物时,切忌采用现代的标准砖,更不能使用现代红砖,而应采用专门烧制的仿古大青砖。这样,才不失去其特色,保留其古朴风格。
2.2 手法
要多用暗加固,在“暗”字上下功夫,尽量少用明加固、明作法。所谓“暗”,就是要尽量在古建筑物的里面作文章,以不致破坏其原有外貌又收到加固的效果。
2.3 做工
要达到“整旧如旧”,仍须留有古朴典雅的风貌,尤其是对一些砖石建筑、木结构建筑更应特别注意做工,维修某一朝代的遗物,就应有其朝代的特点,如宋、元时期的额枋,多为倒角,在维修更换新料时,也要倒角,否则就失去宋、元特点。因此一定要采用传统的施工操作方法,精心组织施工,对构件的设置排放、装饰等都要符合时代特征。只有这样,才不使其丧失历史价值。
2.4 加固维修结合
多数古建筑历经沧桑,有程度不同的损坏,均急需正常的维修。因此,将正常的维修与抗震加固结合起来一并进行,这样做不仅使古建筑得以复原,而且也提高了抗震能力,是一个保护古建筑的好办法。
3 木结构加固措施
木结构房屋的主体是木结构,因此其地震毁坏的表现主要是木结构的倒塌,另外还有墙体的外闪等震害形式。
木结构倒塌的原因主要是由于地震时木结构大幅度晃动,产生较大变形,导致脱榫、折榫、柱子折断等引起。另外木结构建筑由于使用时间较长,维护不善,导致主要木构件如木柱、梁等发生腐朽也是导致抗震能力下降的主要原因,对于柁架式木柱木梁房屋的震害主要取决于柁架的侧向稳定和木梁的连接强弱。一般说来,带中柱的穿斗木结构稳定性要好一些,但若维护不善,地震时导致破坏的例子也很多。
传统木结构的山墙和维护墙的整体性较差,地震时容易引起墙体倒塌或开裂,从而导致木架结点松动,柱脚滑移,乃至个别木柱折断,从而引起更严重的破坏。因此,加强木结构构件的日常维护保养是保证其抗震能力的根本措施。对于木结构的抗震加固主要是改善结构的整体性能和增加木构件的强度。下面分述之。
对于木结构房屋在抗震加固时,应注意不应采用木柱与砖柱或石柱或砖(石)墙等混合承重的结构类型,若原结构是采用此种类型,应考虑改善其传力途径,采用纯木柱承重的方式。对于木屋架,采取加强其结点连接的措施,并在可能时通过增设垂直剪力支撑来改善其纵向稳定性。对于空旷房屋,每一纵向柱列间设置 1~2 道剪力墙或斜撑,以提高房屋的整体稳定性。木柱是木结构的主要抗侧力构件,木柱柱脚与基础的锚固不足时应加强。现在已有多种加固方式可供采用,如采用局部做成钢板或混凝土柱脚等。维护墙与柱之间拉结不足时,应增加可靠拉结措施,改善墙体的性能。
木构件常见的补强加固方法有增加约束法,增大截面法,增设拉杆法,增设销钉法和混合的方法。
3.1 增加约束法
增加约束法主要是针对木构件产生的顺纹开裂破损,这些开裂主要是因为木构件长期处于潮湿―干燥状态所致,所谓增加约束主要是在构件横向增加约束,限制裂缝顺缝继续开展。
常见增加的约束有铁丝缠绕,U 形铁和玻璃钢等。铁丝缠绕是用 8 号镀锌铁丝密排缠绕木构件的开裂处。通常,为提高补强效果宜先在构件的裂缝中灌注乳胶,然后用铁丝缠绕。铁丝缠绕是工程中常见的限制裂缝开展的处理措施。本措施的特点是简单易行,其不足之处是:在较多的情况下,处理效果不甚理想。这是因为,经过一段时间的使用后,铁丝由于木材的胀缩经常发生松动的现象,因此影响其防裂作用。
因此,欲充分发挥其作用需要做到:经常检查,发现松动及时加紧,与此同时,要注意防止木材直接受水影响,注意温度的影响等。
U 形铁的加固方法是用螺栓将 U 形钢材紧固在木材之上,防止裂缝开展的处理方法。用 U 形铁的加固方法较铁丝缠绕的效果好,在实际工程中应用的也较多。用 U 形铁加固时应注意 U 形铁的间距,一般来说其间距不宜大于被加固构件的最小尺寸,玻璃钢缠绕的意义与铁丝缠绕和 U 形铁的意义相同,在起约束作用的同时,玻璃钢包起来的构件受水腐蚀的问题也同时得到解决,因此是一种比较理想的处理方法,但是处理的费用较高。
3.2 增大截面法
增大截面法主要用于受压杆件的加固,也可用于受拉杆件的加固,这种方法既可以用于构件强度的补充也可以用于增加杆件的稳定性。现在常用的增大截面法主要是用与原构件材料相同的木材进行加固,也可用钢材和混凝土外包加固。
外包混凝土主要用于木柱的加固,目前在实际工程中用的相对较少;用钢材增大木结构截面的方法可参考外包钢加固法,其加固所采用的形式基本相同。新加部分与原构件的连接可采用螺栓、钉、U 形铁以及辅助胶粘的方法。增大截面法也可用于原结构木夹板损坏的更换处理。
3.3增设钢拉杆
增设钢拉杆主要是用于屋架木制下弦的加固以及其他受拉构件的加固,其作用是利用钢材抗拉强度高的特点部分或全部顶替受拉木构件的作用。钢拉杆可以通长设置,亦可分段设置,通长设置亦应间隔一段距离设置 U形箍起稳定作用。
3.4销栓加固
销栓加固主要用于抗剪不足和裂缝的处理,通常是使用钢制螺栓穿透被加固截面,利用螺栓起到销栓作用提高截面的抗剪能力,利用拧紧螺栓所提供的压力限制裂缝的开展。
3.5纤维束加固
使用复合纤维是指长纤维(几厘米以上)与环氧树脂的胶合体。用于结构修复加固的增强纤维主要有碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)和芳纶纤维(AFRP)。碳纤维的。使用纤维束加固具有以下优点:(1)材料强度高,。(2)体积小、重量轻,不增加构件尺寸。(3)耐腐蚀。(4)耐火性能好。(5)防水性能好。安装简单,(6)符合木结构古建筑围护要求“暗”的手法。
4 结束语
为了更好地保护好它们,做到既不破坏建筑本身原有的历史文化信息,又要
使其结构破损部位得到加固修复,就必须研究目前已有的一些古建筑木结构加固修复方法,找到适合古建筑木结构加固修复的行之有效的方法,这样才能使古建筑长久地传承下去。随着科技的发展,不断改进完善的古建筑木结构加固修复新方法将会在徽州古建筑的加固修复工作中发挥积极的作用。
参考文献
[1] 薛建阳,张鹏程,赵鸿铁. 木结构古建筑抗震机理的探讨.2008(9):8-11.
关键词:轻型木结构;结构与施工;探究
现在轻型木施工在很多国家都已经被普遍应用,其主要来自美国,有着近百年的历史。在美国的市场中起着主导地位的就是结构住宅,在此应用木材使用量为美国生产软木量的百分之六十,我国古代的建筑主要就是木结构,近些年来我国对木结构住宅进行建筑,这被许多的人喜欢,本文对轻型木结构建筑进行了相应的探究。
一、木结构建筑住宅所具有的特点
(一)原材料具有资源环保和可回收再利用特点
木材是可以再生的自然资源,在对木材进行使用时一定要科学的管理森林资源、合理使用森林资源,这样原材料的使用就会充足。一定要合理开采树木、合理种植树木,这和砖瓦、砂石和混凝土相比,木材的再生产能力最强,一般情况下生产周期是50到100年;现在林业在发展、木材加工业也在飞速的发展,建筑结构中就出现了很多的速生材,这样其生产周期就被缩短了[1]。
(二)不但有短的工期而且还方便维修
轻型木结构中有些材料是经过工厂生产完之后才运输到施工现场的,如:木屋架、墙骨柱、房梁等。工地主要的责任就是进行基础施工,对所有材料进行拼装,所以在一个工程同时进行很多的施工,这样就会使施工的速度加快,其工期也就相对缩短了。一般情况下砖混结构的施工工期为木结构的2倍。其中想要完成200至250平米的住宅,其中包括对其进行精确装修,这只需要8个工人在50天内就能够完成,其中木结构住宅有方便维修、方便翻盖等等特点。
(三)具有节能保温的特点
木结构建筑的特点中还包括隔热效果好、保温效果强。很多人员对其进行保温研究,同样的保温效果,需要木材的厚度比混凝土要求厚度薄十五之四,比刚材的厚度薄百分之九十多。假如保温材料选择泡沫塑料,这样同样的木结构保温效果就会比刚结构高出百分之十五到七十,这样建筑物的能源消耗就会有二分之一的降低。在保温中应用夹层进行保温、对空气进行屏蔽保温。其中保温效果最好的就是木结构住宅。
(四)不足之处为防火性能差、防潮性能不强、防腐性能不佳
木结构建筑中其防火性能、防潮效果、防腐能力等方面效果都不是非常的强,这样想让以上性能得到提高可以将木材进行相应的防腐处理,还可以对整体应用防潮建材。
二、对木结构墙体结构和施工进行介绍
墙体木框架可以与很多的结构规格相吻合,例如:木屋架、支撑系统、吊顶、挂瓦条及屋面板等。其中墙体有承重墙与非承重强。
在对墙体部件进行构建时可以在楼面地板处进行构建,将底梁板和顶梁板按照一定的间距在墙柱上进行逐一的排列,并用钉进行固定,在门的空洞和窗的孔洞处应用的骨柱要是双墙的,其中要将托柱进行定位安装,将门窗过梁进行安装时也要定位。在对外墙板材进行检查时,一定要检查其对角线,还要检查其是否平整,检查之后在对其进行设计,之后对防潮纸应用U型钉进行固定,这步就要应用气枪。在墙体正立之后,在楼板框架的所有构件上将墙板用钉固定底梁板,并要设计出支撑点作为临时支撑,这样就可以把外墙板经过反复重复全部的立起来,之后就是对内墙框架进行制作,在对内墙板进行正立[2]。当内墙板和外墙板的都被立起之后,这是就可以应用钉对梁板进行整体链接了。在进行上下层梁板链接时要有一个骨柱的距离被预留,其应该把接缝处固定在骨柱之上。
三、对木结构楼面的结构与施工进行介绍
其中楼面板、石膏板和搁栅共同构成了木结构住宅中的楼盖。
在对楼面进行施工时应该先安房梁再安楼板,先安主梁在安搁栅的安装顺序,在安装的过程中如果遇到主梁,就应该对主梁进行制作和安装,之后在对木搁栅进行相应的固定。当木梁的侧面有搁栅对其进行支承时,就可把其转移到金属架之上[3]。其中墙头上放置的搁栅两边一定要有支撑木对其进行支撑,其要比搁栅高出15毫米,可以将其作为圈梁,想要使工字梁的侧面不移动,这就可以把剪刀撑设置在搁栅间。在以上情况都完成后,就可以对楼板进行铺设。楼材的长度方向要垂直于搁栅、宽与搁栅平行交错,其要在同一搁栅上进行楼板链接,板间距离应该为3毫米。把弹性胶涂在搁栅和楼板间,这样楼板的刚度就会增加,相邻楼板间也就不会出现翘起现象,楼板也就不会发生震动,也就很少发出声响了。
四、对木结构楼盖结构和施工进行介绍
楼盖可以通过工厂预定来制作,也可以在现场进行制作。假如要在现场进行制作,这就需要放样和喂机两个平台,平台的设定要依据房屋的大小来制作,一般情况下的平台为12m*4m,其中喂机台中有很多的滑轮,压辊机在其端头放置。对房架制作图进行研究再根据其对尺寸的规定、对杆件长度的规定、对杆件规定的角度切割等等,把其放在放样拼装台之上进行翻样,对所有腹杆进行切割,应用浅钉对杆的所有节点进行链接,之后把其传给喂机平台进行辗压,将杆节点上的所有交接处压实无缝,这样房架片就做成了。
预定的房架用人工进行捆绑和提升到指定位置。房架定位安装在承重墙上之后,用木方在架间进行固定链接,这样房架就会形成稳定的结构体系,其中在进行房架安装时其间距离不应该超出610毫米。进行屋面板铺设时,应用到所有板的纹理都应该和框架垂直。要将板材交错排列在框架构件之上,这样屋顶的连接才会更好,其中板材的边缘距离应该保持在2至3毫米间[4]。这样就不会因为空气潮湿而使板材变形,用H型金属夹来固定板边缘缝隙。
结 语:
本文通过对轻型木结构建筑的结构特点进行了研究和介绍,在此基础上研究了轻型木结构建筑中住宅的结构特点,对住宅的墙体、楼盖和楼面的结构和施工进行了介绍,其主要说明了轻型木结构在建筑中起这非常重要的作用。
参考文献:
[1] 刘晶波,刘祥庆,刘阳冰等.轻型木结构建筑体系典型结构施工做法[J].施工技术,2008,37(3):110-112.
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[关键词] 黑龙江省 林业木材 生产应用 技术研究
一、概述黑龙江省林产工业现状
黑龙江省林产工业产业,经过半个多世纪的发展建设,由最初单一的锯材、胶合板产品生产,发展成由锯材、人造板、家具、木制品、制浆造纸、林产化工等七大类产品所组成的林产工业体系,并在各个不同的历史时期为我省乃至全国做出了不可磨灭的重要贡献。然而近十多年来,我省林产工业的发展确远远滞后于全国林产工业的发展速度,更落后于木材资源匮乏的山东、江苏等省。我省每年有数百万木材采伐量,这是我省的地域优势,也是发展林产工业的资源条件。另外,我省有着与俄罗斯毗邻的地域优势,利用其木材资源发展我省的林产工业是历史的必然。
二、国内外轻型木结构房屋的发展现状
然而随着人们生活水平的不断提高,人们对居室环境的要求越来越高,人们开始追求反朴归真、接近自然的高质量生活,在世界各地已广泛应用并有广阔市场的木结构住宅,正是适应这种要求发展起来的新型住宅建筑,为我国的住宅产业提供了可借鉴的发展方向。目前日本新建住宅房屋中,有一半以上是木结构。在北欧的芬兰和瑞典,居民住房的90%为一层或二层的木结构建筑。
近十几年来,由于我国经济的发展和生活水平的提高,人们更加注重居住环境和功能,对木结构房屋的需求在增加。特别是近几年来,大批留学人员回国和大量外国机构的工作人员进入中国,他们对木结构房屋的需求也刺激了我国木结构住宅建设的发展。为了配合我国木结构建筑房屋材料国产化工作,国家科委、建设部和国家林业局拨专款,在中国林科院、北京林业大学等研究机构开展以落叶松、杉木和竹材为原料的轻型木结构用木质工程材料国产化研究工作,黑龙江省林产所承担了以落叶松为原料的板材型材料的国产化研究开发工作。
三、轻型木结构房屋的特点、发展优势及开发前景
轻型木结构房屋,在我国听起来是比较生疏的东西,可能有人认为木结构房屋是四面漏风,吱吱作响,很不牢靠,很不舒服的房子,或认为我国木材这样短缺,怎能用木材建造房子呢?这个认识会很普遍,其实这都是误解,由于木结构房屋在我国住宅上是一个盲点,一个空白,使国民经济支柱之一的建筑缺少了一个重要的分支――木结构建筑。
木结构房屋能够在世界上许多国家得到普遍的推广和应用,是因为其具有独特的优点:
1)木结构房屋的原料是可再生的资源,可以持续开发和供应,而金属、水泥和塑料等都是由矿产资源提炼加工制成的,其资源是有限的,一二百年后资源将会出现枯竭。木材的种植过程不但不会污染环境,还有很好的生态作用,而生产金属、水泥和塑料等,即污染环境又要消耗大量能源。
2)结构安全:木结构对于瞬间冲击和周期性疲劳破坏,具有良好的抵抗能力。如在美国旧金山、日本神户和台湾大地震中,绝大部分木结构房屋基本保持完好。另外,火灾中致人死亡的主要原因是由于装修材料燃烧后产生的有毒气体造成窒息,而建造房屋的木材经过严格防火处理,有阻燃、滞燃性能,保证木材不在短时间内燃烧,为消防救火赢得时间。
3)节能保温:木材与钢、铝、塑料相比,其生产中的能耗最小,假如把生产木材能耗设为1,则铝的能耗为300,塑料为34,钢材为27,水泥为5。而且木结构建筑还具有良好的隔热保温性能,研究表明:达到同样保温效果,木材需要的厚度是混凝土的1/15,是钢材的1/400。在使用同样保温材料时,木结构比钢结构的保温性能好15%~70%,可使建筑物的使用能耗大大降低。
4)施工周期短,维修方便:一般木结构建筑的施工周期只是同类砖混结构1/2~1/3,具有布局与造型灵活、维修和翻新方便的特点,木结构房屋进行维修或改造时所需的设备和材料相对简单,人员也较少。
5)环境友善:建筑物的一般寿命平均为50年左右。对被拆除的建筑物材料的处理,一直是困扰城市生态环境的大问题。为此,现代建筑材料应该朝着“4R”原则(Renew、Recycle、Reuse、Reduce)的方向发展,而木质材料基本符合上述要求。推行木质建筑材料房屋既顺应健康住宅的理念,又符合我国的建设生态住宅的产业政策。
四、木结构建筑具有很多优点,在我国推广应用具有现实意义
1)木结构房屋的推广,将改变砖混房屋大量使用粘土砖的状况。过去我国每年生产约7000亿块粘土砖,侵吞了10万亩以上我国十分宝贵的耕地。烧砖约用7000吨煤,造成大量废气污染和酸雨。虽然建设部、国土资源部已下文限时禁止生产、使用粘土砖,但大部分地区仍在使用。发展木结构房屋可以有助于减少粘土砖使用,节约了土地,减少了环境污染。
2)有利于减少水泥生产和使用对环境的污染。水泥是高能耗、高污染产业,国外发达国家一般都把水泥厂外迁。如近年来日本、韩国纷纷到中国投资办水泥厂。水泥工业过分发展,产量过高,对环境并非好事。我国2001年水泥产量6.4亿吨,人均年消耗502公斤,而世界水泥人均年消耗仅267公斤。我国远远高于世界平均消费水平,说明我国建筑依靠水泥的程度太高,若干年后房屋淘汰下来的废旧水泥残品也难于处理。发展木结构房屋,可以减少水泥的生产和消耗,也就减少对环境的污染。
3)为我国人工速生林木材的应用提供了广阔的市场,符合我国天然林少,大径优质材少,而人工林多的林业资源结构现状。研究、开发轻型木结构用木质复合工程材料,可以解决我国人工林的应用出路,并会带来巨大经济和社会效益,同时也有利于调整我国不合理的人造板消费结构。发达国家人造板用于建筑方面占40%~60%,我国仅占10%以下(不包括装修用)。目前人造板的主要用途是家具和装修等,市场已经饱和,所以必须改变人造板的消费结构,扩大其使用范围。
4)1978年到2010年,城镇人均住宅建筑面积从6.7平方米提高到30平方米以上。农村人均住房面积从1978年的8.1平方米提高到2009年的33.6平方米以上。“十五”期间,全国城乡住宅累计竣工面积57亿m2,其中城镇住宅27亿m2。但目前新建住房大部分为钢筋混凝土结构,只有不到1%为木结构建筑,满足不了不同层次人们的需要。
目前在我国的上海、北京、深圳、大连、广州等大城市,对于别墅型木结构房屋具有一定的需求。这反映了我国人们生活水平提高后的要求,特别是数量超过4千万的中产阶层的要求。另外,由于居住习惯原因,一些外籍人士对于木结构房屋也情有独钟,这些都是潜在的消费群体。
五、大力开展木结构房屋及材料的国产化研究
我们应该抓住木结构房屋的发展机遇,以国产人工林或俄罗斯进口材为原料,研究开发木结构房屋用木质复合工程材料,以此促进我省的林业产业发展,从而带动化工、机械等相关行业的发展,形成一个新的经济增长点。
然而木结构建筑在我国已停滞二十多年,其后果是极其严重的,目前我国较全面掌握木结构并且长期或断断续续从事木结构科技工作的仅有7人且年事已高。另一严峻的局面是大多数人对木结构房屋还缺乏应有的认识,这将使木结构房屋研究、设计、推广和应用及材料的国产化具有一定的难度。我们应结合我省的资源、设备和技术现状积极开展工作。
1.积极开展国际交流,学习国外先进的木结构设计、生产和应用技术,通过科技智力引进渠道,消化吸收国外的先进技术为我所用。
2.开展广泛的科学研究,以我省的落叶松、杨木等资源为原料,研究开发满足木结构房屋应用的木质复合工程材料,提高木材利用率,降低产品成本,实现轻型木结构房屋材料的国产化。
关键词:轻型木结构;建筑装饰;择木而伐
木结构建筑一度是中国古代建筑的唯一模式,但近百年来,木结构几乎退出中国建筑舞台,一直以来大家对木业建筑有一些传统上的误解。有人认为木建筑是属于老式落后的建筑,认为木建筑防火性不高,不牢固,容易腐烂、易遭到白蚁侵蚀等等。其实这些误解都源于大众目前对这个产业不甚了解,在现代技术和工艺制造条件下,通过新型材料的加入这些弱点正逐步被克服。而且当代的轻型木结构房屋可以和我们现有的常用的钢筋混凝土结构、钢结构、砖石混合结构等结构形式完美结合,创造出全新的木混合结构建筑体系。两者可取长补短相得益彰,能将木结构建筑灵活高效的特点发挥的淋漓尽致。
一.轻型木桁架外露实例
1.1.轻型木桁架特点
轻型木结构的主要结构材料为规格材,因天然材料的局限性,规格材截面及长度不能无限扩大,桁架是大跨结构的首选形式。作为超静定结构体系,桁架具有经济、大跨、制作灵活等特性,工程中广泛的应用于楼面及屋面桁架。常见的芬克和豪式屋架具有水平下弦,利于石膏板吊顶的安装,对于住宅类建筑非常适用。随着轻木结构的发展与人们认知的不断提高,轻木结构构件外露成为众多木结构爱好者的追求,成为低碳建筑新的风向标。
1.2.外露屋架实例
苏州太湖温泉1858售楼处地处风景秀丽的太湖湖畔,总建筑面积445m2,售楼大厅框架为4m×8m,采用胶合木框架体系,屋面采用50该坡屋面跨度7.410m,两侧外挑1.26m和1.93m,单根构件下料长度10.64m。按照屋面恒载0.8 kPa,活载0.5 kPa设计屋面桁架。上弦采用38 mm×235mm规格材,跨中处添加38mm×89mm腹杆支承体系,齿板双面加压,形成倒三角的独特受力体系。采用外观精美、节疤较少的规格材用作外露桁架的杆件;同种规格且精确定位的齿板将杆件连为一体,形成可以承受荷载的结构体系。35榀桁架依次排列,巧妙地将上弦杆件接长,达到具有独特木结构气质的装饰效果,透出自然的低碳建筑味道。
二.轻型木结构墙骨柱外露实例
2.1.轻型木结构墙体设计特点
轻型木结构墙体采用规格材做墙骨柱,按406mm或610mm间距排列,节点处采用特制的80长金属麻花钉钉入,上下采用贯通的顶梁板和底梁板将竖向木墙骨柱固定并连为整体,保证墙骨柱两端铰接的力学假定;接头错开的双根顶梁板具有一定强度,将上部荷载按照均布荷载的假定传给墙骨柱。按照计算钉距采用60长麻花钉在墙骨柱两侧封木基结构板和石膏板,与边缘构件(墙骨柱)共同承担结构剪力。保温棉和水电管线可以安装在木基结构板和石膏板形成的空腔中,节能且不占空间。
2.2.墙骨柱外露实例
墙骨柱外露有两类,填充墙骨柱外露和结构墙骨柱外露。填充墙外露骨柱为非承重骨柱,外包覆石膏板、装饰板材或玻璃等隔断材料,区分建筑空间,增添空间的使用情趣。结构墙骨柱外露是将承重墙龙骨及木基结构板外露的一种装饰方式。依照结构计算结果排布骨柱,设置双龙骨或加设金属构件作加强的建筑形式。该外露墙体是苏州皇家办公楼会议室的北墙,为体现木结构公司特色,将公共会议室的墙体装修得富于木质气息。墙骨柱采用双根38mm×184mm,间距1200mm,双根规格材间加嵌拉丝金属盖板;单面采用外观级进口木基装饰板替代结构级定向刨花板,使建筑符合力学要求的同时体现美学需求。
2.3.外露墙骨柱装饰前景
轻型木结构墙骨柱外露在于将既定的建筑空间向外“借景”,延伸空间的宽度和深度,借助材料本身的特性展现独特而丰富的装饰效果,以外露的结构体系展现最简单最精致的美。墙骨柱外露的做法以其独特而经济的绿色装饰效果,在轻型木结构建筑中成就了一道亮丽的风景线。
三.楼面格栅外露实例
3.1.楼面格栅设计特点
轻型木结构楼面格栅采用38mm宽截面的规格材安装,通常截面高为184mm或235mm,间距406mm,以两端铰接的简支梁作为计算模型,支座为墙体或梁,宽度不小于40mm;采用80mm长的麻花钉连接于支座上,形成“铰”。经过设计可以实现栅形式的突破,譬如井字梁。上海梦加园木产品展示基地采用数层纵横向交叠井字形规格材楼面格栅,以1200 mm见方的双向跨距,实现建筑结构及绿色装饰双重功能,将低碳装修风潮完美展现。
3.2.楼面格栅外露
轻型木结构建筑的走廊跨度不大,进深相对较深,采用406mm间距的格栅外露可以形成较大规模体量,突显轻木构件的特质。融入装修的需求,外露的格栅自然缺陷不宜过多,可以做双片或三片,甚至可以双片中间夹小截面的规格材或夹金属板材等,例如双片38mm×235mm中间夹单片38mm×184mm规格材形成一个单元,天花板底面形成一个凹进的造型;还可以将原本拼成整体受力的两个规格材拆成两个单独的构件,分开50mm左右便于布置灯光及电线。
3.3.屋面格栅外露实例
在结构计算模型上,屋面格栅可以看作是有坡度的楼面格栅,屋面格栅同样可以外露。大挑檐的外廊格栅可以采用双片格栅实现,根据悬挑长度设置斜撑,外露格栅可以借助丰富多彩的木器漆及炭烧工艺呈现不同的建筑韵味,展示多元化的建筑风格。
四.结语
通过有关轻型木结构构件体现装饰效果的建筑实例的介绍,结合现场的照片,展示了轻木结构作为结构以外的功能,即兼顾装饰性,诠释低碳而崭新的建筑风格。这一特性可以突显轻木结构本身低碳建筑之美,绿色装饰之美,也为轻木构件在其他结构形式建筑装修中发挥功效打开了一扇门。轻型木结构是近年来新流行的建筑形式,有着绿色环保、保温隔热、轻质美观、建造方便、抗震性能优越等显著特点,旨在提供低碳节能的建筑空间,为国内绿色建筑与装饰寻求新的发展方向。
参考文献: