金銀慧，朱建偉，付寧，閆培英，周海賓

（內(nèi)蒙古大興安嶺林業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所，內(nèi)蒙古牙克石022150）

1 引言

木質(zhì)工程材料在木結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用過程中存在的問題制約著木結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的發(fā)展，無(wú)法充分滿足木結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的使用要求，因此，需要加強(qiáng)對(duì)木質(zhì)工程材料的設(shè)計(jì)應(yīng)用研究，明確木質(zhì)工程材料應(yīng)用過程中需要注意的問題以及相關(guān)設(shè)計(jì)應(yīng)用的不足，并采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決，進(jìn)一步提高木質(zhì)工程材料的應(yīng)用效率和應(yīng)用價(jià)值。

2 木質(zhì)工程材料概述

2.1 木質(zhì)工程材料的類型

根據(jù)木質(zhì)工程材料的加工處理特點(diǎn)，可以將木質(zhì)工程材料分為膠合木結(jié)構(gòu)、膠合板、大片刨花板等多種類型。工程木質(zhì)材料保持了原有木材的無(wú)輻射、減震、調(diào)濕的優(yōu)勢(shì)，且能夠有效解決木材易發(fā)生火災(zāi)、易被蟲蛀以及容易變形的缺陷，也是當(dāng)前建筑行業(yè)進(jìn)行新型木結(jié)構(gòu)建設(shè)的首選材料。膠合木主要是采用小方材或者板材，按照木纖維的平行方向在長(zhǎng)度、寬度以及厚度方面通過膠合而制備成的木材產(chǎn)品。膠合木制造的構(gòu)件尺寸可以打破樹木尺寸的限制。膠合板普遍應(yīng)用于輕型木結(jié)構(gòu)房屋的墻面板、屋面板以及樓面板[1]。大片刨花板指的是長(zhǎng)度為7cm、寬度為2cm、厚度約為0.8mm的大片刨花。平面結(jié)構(gòu)上隨機(jī)鋪裝制成工程用單板層積材也被稱之為切片，膠合木質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐候性好，在工程建設(shè)領(lǐng)域有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。定向刨花板以木間伐材以及小徑材等為原料，通過專用設(shè)備加工成長(zhǎng)條刨花經(jīng)過定向鋪裝、施膠以及干燥之后，熱壓成型的人造板為定向刨花版。定向刨花具有線膨脹性小、結(jié)合力強(qiáng)、強(qiáng)度高、耐水性好以及握釘力高等多種優(yōu)勢(shì)。

2.2 木質(zhì)工程材料的力學(xué)性能

木質(zhì)工程材料的力學(xué)性能主要取決于原材料的加工方式以及原材料的種類，木質(zhì)工程材料的彎曲彈性模量以及彎曲強(qiáng)度一般指的是板材平板彎曲或表面彎曲的性能指標(biāo)。木質(zhì)工程材料的拉伸壓縮性能與材料的彈性模量有關(guān)，一般指的是材料表面的抗壓強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度。材料的順紋與橫紋方向的抗壓和抗拉性能有著較大的差異。所以，在材料設(shè)計(jì)過程中，需結(jié)合材料的使用場(chǎng)合及材料的使用要求進(jìn)行科學(xué)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。板材抗剪性能指的是木質(zhì)工程材料表面抵抗變形的能力，由于外部壓力的影響，會(huì)造成板材出現(xiàn)菱形形變，產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中可以參照材料的彎曲性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 木質(zhì)建筑材料的發(fā)展

在我國(guó)古代，建筑大量采用了木結(jié)構(gòu)和木質(zhì)建筑材料，故宮等就是其中的優(yōu)秀代表。而在現(xiàn)代，我國(guó)的木結(jié)構(gòu)建筑卻出現(xiàn)了一個(gè)斷層，木材的使用越來越少，木質(zhì)建筑材料行業(yè)的發(fā)展也相對(duì)滯后。我國(guó)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的使用分布，除邊遠(yuǎn)山區(qū)的簡(jiǎn)易木房，多用于一些景區(qū)的景觀建筑以及少數(shù)發(fā)達(dá)地區(qū)的別墅等，整體使用量非常少，與優(yōu)質(zhì)木質(zhì)建筑的高昂價(jià)格及占地面積較大有關(guān)，也與國(guó)內(nèi)落后的木質(zhì)建筑設(shè)計(jì)及木質(zhì)建材標(biāo)準(zhǔn)件的缺失相關(guān)。國(guó)內(nèi)的木質(zhì)建材主要只是應(yīng)用在門窗、地板等裝飾部分，木質(zhì)主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件相對(duì)缺失，而且木質(zhì)建筑材料沒有形成標(biāo)準(zhǔn)件，不能批量生產(chǎn)，成本不能有效降低。因而出現(xiàn)了木質(zhì)建筑材料行業(yè)整體發(fā)展滯后的現(xiàn)象。

一方面，由于我國(guó)在20世紀(jì)80年代開始種植人工林，進(jìn)入21世紀(jì)后，逐漸迎來了砍伐期，木材年增量約為2.5×107m3；另一個(gè)方面，我國(guó)加入世貿(mào)組織后，進(jìn)口木材關(guān)稅大幅下降，我國(guó)可以通過比較優(yōu)惠的價(jià)格買到俄羅斯、新西蘭等盛產(chǎn)木材國(guó)家的木材，同時(shí)，可以吸收和學(xué)習(xí)國(guó)外對(duì)木材加工的許多高端技術(shù)，使木結(jié)構(gòu)建筑和木質(zhì)建筑材料行業(yè)得到了很快的發(fā)展。隨著人們經(jīng)濟(jì)水平、生活水平、審美觀念和文化素養(yǎng)的繼續(xù)提高，對(duì)木質(zhì)建筑材料的歡迎程度也會(huì)隨之而提升。在今后的發(fā)展過程中，木質(zhì)建筑材料將會(huì)是建材行業(yè)里不可忽視的一員。

4 木質(zhì)工程材料在木結(jié)構(gòu)建筑中的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

4.1 木結(jié)構(gòu)建筑局部的設(shè)計(jì)

木結(jié)構(gòu)建筑屬于框架結(jié)構(gòu)體系，外墻、樓蓋及屋蓋是建筑最為重要的結(jié)構(gòu)部分，決定了建筑物的穩(wěn)定性、剛度以及強(qiáng)度。在木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合木結(jié)構(gòu)的使用范圍及使用條件，首先，工程項(xiàng)目建設(shè)人員需要確定建筑外觀的物理尺寸，并進(jìn)一步確定建筑結(jié)構(gòu)的類型。然后，根據(jù)建筑外觀、尺寸等計(jì)算建筑的樓蓋、屋蓋以及外墻。設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮建筑材料的類型以及結(jié)構(gòu)布置的條件并對(duì)力學(xué)強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，保證材料的剛度和強(qiáng)度。樓蓋和外墻的設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，主要采用傾斜木結(jié)構(gòu)墻體和樓蓋的結(jié)構(gòu)類型。屋蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)比較復(fù)雜，主要包括大木結(jié)構(gòu)木屋架、輕型木結(jié)構(gòu)木架以及膠合木結(jié)構(gòu)木架3種類型。在進(jìn)行屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算的過程中，工作人員需要根據(jù)建筑物的外觀尺寸分別確定各部分結(jié)構(gòu)的特征，分別按照制定的技術(shù)路線進(jìn)行設(shè)計(jì)。屋面材料的選擇直接關(guān)系著整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，因此，需要在對(duì)順?biāo)畻l、掛瓦條以及屋面板的強(qiáng)度進(jìn)行運(yùn)算之后再確定所承受的載荷。

4.2 磚石與木材結(jié)合

磚石砌體是一種重要的建筑材料，堅(jiān)韌的木材和堅(jiān)硬的磚石結(jié)合，能更好地發(fā)揮木材和砌體的功能。因?yàn)椴煌牟牧暇哂胁煌男再|(zhì)，在建筑設(shè)計(jì)中將石材與木材相結(jié)合，可以產(chǎn)生獨(dú)特效果，擁有更舒服的美學(xué)感受。磚石材料一般適用于地基和墻面，木材用于門窗、地板、樓梯和屋頂，木材的溫暖感和輕柔的特點(diǎn)，可以使人們感受到自然和新鮮。

4.3 混凝土與木材結(jié)合

混凝土是一種人造建筑材料，與金屬材料一樣有著堅(jiān)硬、冰冷的特點(diǎn)，和木材的彈性、柔軟的特性對(duì)比強(qiáng)烈。在建筑中融合使用2種材料，在一定程度上會(huì)更自然，使建筑顯得理性、簡(jiǎn)單。另外，木質(zhì)材料和混凝土在結(jié)構(gòu)特性方面可以互補(bǔ)，使建筑材料的選擇更加靈活。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，木質(zhì)工程材料在木結(jié)構(gòu)建筑中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用直接關(guān)系著木結(jié)構(gòu)建筑的穩(wěn)定性和安全性。因此，必須加強(qiáng)對(duì)木質(zhì)工廠材料性能以及結(jié)構(gòu)分析的研究，明確木結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)方案以及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，并采取有效措施提高木質(zhì)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性，為木結(jié)構(gòu)建筑物的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展提供有效參考。