梁恩虎

1 概述

縱觀建筑歷史,木結(jié)構(gòu)因其結(jié)構(gòu)性能及美學(xué)價(jià)值,留下了許多不朽之作,我國古代建筑更以木結(jié)構(gòu)為主體,形成了風(fēng)格獨(dú)特的建筑體系。近年,我國由于森林管理不善,濫砍濫伐,以致材源枯竭被限制使用,幾乎不再建造木結(jié)構(gòu)房屋,從而在這方面是個(gè)盲點(diǎn)。中國的木結(jié)構(gòu)停頓了20年,而這正是國際上木結(jié)構(gòu)發(fā)展最快的時(shí)期,從實(shí)木、原木結(jié)構(gòu)到膠合木結(jié)構(gòu),再到復(fù)合木結(jié)構(gòu),直至更新型的木質(zhì)材料,木結(jié)構(gòu)已不是大家傳統(tǒng)概念上的木結(jié)構(gòu),在建筑上已經(jīng)達(dá)到可以替代鋼材的程度。在歐美發(fā)達(dá)國家,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了森林資源利用的良性循環(huán),實(shí)現(xiàn)了科學(xué)采伐。

2 材料特性

輕型木結(jié)構(gòu)的主要組成部分是規(guī)格鋸材。它構(gòu)成了封閉及分割房屋空間的結(jié)構(gòu)外殼,同時(shí)也為裝修材料提供了內(nèi)襯。除鋸材以外,其他木制品也經(jīng)常用于建造結(jié)構(gòu)外殼,以及內(nèi)部和外部的裝修。所有這些產(chǎn)品都有其特定的用途,并且是按特定的標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)?？蚣芡ǔＳ玫氖且?guī)格鋸材,此外還有支承板、木板及裝飾鋸材等木材分類,分述如下。

2.1 規(guī)格材

規(guī)格材是按輕型木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求,木材截面的寬度和高度按規(guī)定尺寸加工的規(guī)格化鋸材,輕型木結(jié)構(gòu)用規(guī)格材的材質(zhì)等級分為七級(見表1)。

當(dāng)采用進(jìn)口規(guī)格材時(shí),進(jìn)口規(guī)格材應(yīng)有中文標(biāo)識,認(rèn)證等級應(yīng)附有說明,并應(yīng)符合我國商檢規(guī)定,進(jìn)口的熱帶木材,還應(yīng)附有無活蟲蟲孔的證書,并按國別、等級、規(guī)格分批堆放,不得混淆,儲存期間應(yīng)防止木材霉變、腐朽。

表1 材質(zhì)等級

2.2 工程木制品

除了規(guī)格材以外,各種工程木制品也被用于木結(jié)構(gòu)房屋建筑中。這些產(chǎn)品的性能一般等同于或優(yōu)于規(guī)格材,而且生產(chǎn)中所用的木材(來自生長迅速的小徑級木材)較少。工程木制品有多種,它包括工字形木格柵和結(jié)構(gòu)復(fù)合材等產(chǎn)品。

工字形木格柵是用結(jié)構(gòu)復(fù)合材作翼緣,木基結(jié)構(gòu)板作腹板,用耐水膠將翼緣和腹板粘合生產(chǎn)出的具有已知工程特性的、尺寸穩(wěn)定的輕型產(chǎn)品。此產(chǎn)品的剛度和強(qiáng)度都比較均勻,且重量輕,這些特征使它廣泛地應(yīng)用在住宅和商業(yè)建筑的大跨度的格柵和椽木中。

結(jié)構(gòu)復(fù)合材可用于輕型木結(jié)構(gòu)的樓蓋主梁、屋脊梁,包括旋切板膠合木和旋切片膠合木。旋切板膠合木(LVL)是將旋切的厚單板(厚度2.5 mm～6.4 mm)順木紋層疊膠合熱壓而成。旋切片膠合木是由旋切木片(厚度2.5 mm～6.4 mm,長度至少為厚度的150倍)順木紋膠合熱壓而成,它包括兩種性能類同的產(chǎn)品:平行木片膠合木(PSL)和層疊木片膠合木(LSL)。

由于跨度大且房屋服務(wù)性強(qiáng),工程木制品為設(shè)計(jì)帶來了巨大的靈活性。此外,當(dāng)用于屋頂結(jié)構(gòu)時(shí),這些產(chǎn)品能容納更高的保溫程度。

2.3 木基結(jié)構(gòu)板

木基結(jié)構(gòu)板是以木材為原料(旋切材、木片、木屑等)通過膠合壓制成的承重板材,包括結(jié)構(gòu)膠合板和定向木片板。

結(jié)構(gòu)膠合板是按相鄰層纖維方向互相垂直組坯膠合而成的板材,組成膠合板的單板通常為奇數(shù)層。膠合板按加工后膠合板上可見的材質(zhì)缺陷和加工缺陷分成四個(gè)等級:特等、一等、二等、三等。結(jié)構(gòu)膠合板厚度小,但強(qiáng)度、硬度較高,耐沖擊性、耐久性較好,垂直于板面的握釘力較高,便于各種加工,因此用途廣泛。

定向木片板(OSB)是將長度不小于30 mm的薄木片施膠分層定向鋪裝加壓制成的木片板,定向木片板中的木片以機(jī)械方式定向,外層薄木片的定向與板的長度方向平行、內(nèi)層薄木片則隨機(jī)鋪設(shè)或相互交叉。定向木片板主要用于屋頂或墻覆面、樓面底板、護(hù)墻板以及木制工字格柵腹板。

用作屋面板、樓面板和墻面板的木基結(jié)構(gòu)板材應(yīng)滿足GB 50206-2002木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范以及相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,進(jìn)口木基結(jié)構(gòu)板材上應(yīng)有經(jīng)過認(rèn)可的認(rèn)證標(biāo)識、板材厚度以及板材的使用條件等說明。

3 輕型木結(jié)構(gòu)住宅的性能

3.1 抗震性能

作為一種結(jié)構(gòu)材料,木材在地震性能表現(xiàn)上明顯優(yōu)于其他材料,木材質(zhì)硬且最輕,因而地面加速度在木建筑物上所產(chǎn)生的能量沒有其他建筑物大。木框架系統(tǒng)的另外一個(gè)額外優(yōu)勢是其柔韌性優(yōu)于其他材料,可以吸收并消散能量。

輕型木結(jié)構(gòu)開始于100多年前的北美。長期以來,無論在建筑物性能表現(xiàn)上還是在裝配它的行業(yè)技藝上,其業(yè)績已得到公認(rèn)。北美各地的許多20世紀(jì)初建造的木結(jié)構(gòu)便是這種系統(tǒng)可靠性的有力證明。這種北美系統(tǒng)在其他地區(qū)也證明有同樣好的表現(xiàn)。毀壞性最大的近代地震之一是1995年的日本神戶地震。這場里氏6.8級,財(cái)產(chǎn)損失超過1 000億美元的地震對所有受到嚴(yán)重的橫向和豎向地震力的建筑物來說都是一次殘酷的考驗(yàn)。在這場地震中,以傳統(tǒng)日本式梁柱風(fēng)格建造的較舊房屋都被摧毀。以北美抗震標(biāo)準(zhǔn)建造的新房屋則幾乎未受影響。

調(diào)查報(bào)告表明在地震中倒塌的北美式木建筑非常少。觀察到的為數(shù)不多的幾處倒塌一般是由于多層建筑中一樓脆弱所致。許多現(xiàn)代房屋在其一層外墻上有很大的洞口(如大窗戶、露臺門、車庫門),無論是什么樣的建筑,洞口都會削弱這些墻的強(qiáng)度。

抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:1)解決一層脆弱問題。2)在穩(wěn)定的地基上建造牢固的基礎(chǔ)。3)墻體與基礎(chǔ)需緊密結(jié)合。4)其他木部件與墻骨間需恰當(dāng)釘合。

3.2 防火性能

建筑物防火規(guī)范規(guī)定了不同類型的建筑物可以使用不同的防火安全材料。一種材料可能有防火性,但在火災(zāi)中卻仍可能有很大問題。

在防火方面,生活在木結(jié)構(gòu)房屋中與生活在其他材料建造的房屋中是一樣安全的。通過利用建筑物特點(diǎn)分離建筑物部件,可以使火和煙霧隔間化。依據(jù)建筑物的用途,規(guī)范已明確了墻體、地板和天花板能抵抗火災(zāi)的時(shí)間長短。擋火板是為封鎖這些孔隙作為輸送路線而設(shè)置的建筑材料,火與煙霧也可以穿過向整個(gè)建筑物提供空氣的管道設(shè)施,建筑物內(nèi)的火警被觸發(fā),防火擋板就會在管道中各就其位,阻擋火與煙霧的蔓延。

輕型木結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計(jì),應(yīng)遵照GB 50016建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范和GB 50005-2003木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中相關(guān)章節(jié)的規(guī)定執(zhí)行。輕型木結(jié)構(gòu)房屋剖面如圖1所示。

3.3 防潮性能

人們通常認(rèn)為水是木材的敵人,其實(shí)不然。在多雨或潮濕地方的木造建筑物可以有極好的性能表現(xiàn)。關(guān)鍵在于在設(shè)計(jì)和建造以木材為基礎(chǔ)的建筑產(chǎn)品時(shí)需懂得如何處理水分。

事實(shí)上,與其他常用建筑材料相比,如熟石膏板、干墻、非木質(zhì)地板覆蓋材料、吸聲天花板、瓷磚及室內(nèi)陳設(shè),木材更不容易偶爾浸濕而受到永久損壞。一般來說,一棟建筑物中唯一需要完全防潮的部分是建筑物外殼,特別是屋頂薄膜——它應(yīng)盡可能排水,但在蓄水時(shí)需保持防水性能。如果建筑物面層可以很好地排水,那么建筑物中的其他建筑部件則不一定需要防水。在建筑物外殼完好無損的建筑物中,木材可能遇到唯一一種潮濕是水蒸氣。這種無色無味的氣體總是少量地存在于空氣之中,對木材來說這并不是問題。只是當(dāng)木材接觸到液體水時(shí),危險(xiǎn)才會出現(xiàn)。但即使在這種情況下,木材仍可以吸收大量的水分,而不會達(dá)到維持腐蝕菌生存的含水率。

3.4 防蟻性能

白蟻是噬食纖維素的體小色淡的昆蟲:它們的食物包括任何由木材、紙張或纖維造成的東西。白蟻在百萬年前就存在了,它的歷史比人類長,當(dāng)然也比人類的建筑物長。然而,雖然白蟻在數(shù)字上有優(yōu)勢,但人類卻有大腦優(yōu)勢。我們不必將白蟻從地球上滅絕;只要采取預(yù)防措施,就可以智勝它們。

傳統(tǒng)對付白蟻的方法主要是依賴土壤化學(xué)品——在建筑物周圍的一圈地上撒滿對白蟻有長期毒性的物質(zhì)。但是,隨著管理環(huán)境的不斷改變,“化學(xué)隔離”已不再是防白蟻的首選策略。當(dāng)今,可以結(jié)合其他方法對建筑物進(jìn)行防白蟻保護(hù)工作。物理屏障已取代過去的化學(xué)屏障。有兩種選擇:一種是稱作 Termi-Mesh(TM)的纖細(xì)的不銹鋼網(wǎng)眼,另一種是成為屏障砂粒的纖細(xì)的像礫石一樣的材料。夏威夷和澳大利亞等白蟻活躍地區(qū)都在使用這兩種技術(shù)。屏障砂粒的大小為1.7 mm～2.4 mm,大的使白蟻無法推開而小的又使白蟻無法擠身而過。

[1]CMHC.加拿大木框架房屋建筑[M].北京:加拿大木業(yè)協(xié)會,1995.

[2]CMHC.房屋建筑術(shù)語匯編[G].北京:加拿大木業(yè)協(xié)會,1997.

[3]GB 50005-2003,木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]GB/T 50329-2002,木結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].

[5]GBJ 16-87,建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[6]GB 50206-2002,木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[7]靳百川,黎 鐘.輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖集[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

[8]樊承謀.木結(jié)構(gòu)工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1996.

[9]中國建筑西南建筑設(shè)計(jì)院.木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1993.

[10]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn),木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].