改良木结构住宅的节能减排设计

薛雪 陈红

1 研究背景

自2008年5月12日汶川大地震以来，我国地震灾区重建工作正在积极展开。其中，农房建设成为重建工作的重点项目。

农房建设有关政策指示，“在确保质量安全的前提下，需加快农房重建进度，同时要注意农房的风格风貌打造，风格风貌要有明显的地域特色和民族特色，色彩要和当地风貌和环境协调”。考虑到灾区时有余震，农民朋友急需住房以及建设政策和资金限制等因素，改良的传统木结构成为建筑及结构设计专家们首选的住宅形式。

在四川省青川、彭州等地震灾区，现已有大面积新建木结构农房建成入住，但是，这些农房绝大部分属于农民自建房，其工艺水平，构造细节及结构的合理性仍然存在着巨大隐患，其中最突出的问题有:1)选材不合理;2)用材浪费;3)保温隔热性能差;4)户型设计不合理，使用舒适度低。

这些问题造成了一系列如:木材、供暖能源、水、电等资源的浪费。在这样的背景下，科学的节能结构及构造设计研究成为木结构农房建设的热点。

我们的研究对象从灾区传统木结构住宅——穿斗木结构开始，将现代化的建造技术用入其中，将节能减排的具体措施融入其中，为农民朋友设计出美观舒适，节约能源、经济合理的现代化木结构农用住宅;为新农村建设提供可参考指导。

2 设计内容与具体构造

2． 1 户型改良

2．1．1 传统木结构的缺点

1)保温隔热隔音差，需消耗额外能量。2)光照不强，由于自身结构和户型的限制，开窗少。3)洁污分区不强，食物加工和剩余流线不清，人畜食物流线易交叉。4)防火，防腐性差。

2．1．2 户型改良手法

1)平面布置要点——保证山墙的尺寸和数量。a．平面形状大多采用矩形及其组合。b．平面布置简单、规整，避免凹凸。c．平面上柱网对齐。d．立面上柱网上下对齐。2)户型改良。a．住宅常用开间2 700～4 200。b．每个开间纵向尺寸大于横向尺寸。c．宜多开间组合，最好大于2个开间(推荐3～5开间)。d．使得总的平面外形纵横向比例适中。e．亦可两个方向垂直钉接。

2．1．3 户型改良后的优点

1)户型设计通风良好、朝向合理、充分利用太阳光，冬暖夏凉。2)光照充足，健康舒适。3)生活空间分区合理、洁污分区明显，生活水平提高。

2． 2 木结构建筑的优势

1)木材坚固而质轻，作用在房屋上的地震力较小。2)木框架结构有许多杆件和钉节点，有多种荷载路径吸收所施加的地震力。3)木框架结构建筑中的钉节点可以有效地耗散地震所产生的能量。4)房屋下部结构所承受的荷载小，可以用更少的材料来建造下部结构，节省材料。

2． 3 设计思路

通过对结构受力情况和抗震能力的优化，确保结构安全的同时，使用最少的材料、使用对环境最有利的材料，以此从另一方面诠释建筑节能减排技术。

2．3．1 结构优化

在传统的木结构形式的基础上采用穿坊式优化结构的性能及合理性，一方面使得结构更加稳固，另一方面也减少木材的大量浪费。

2．3．2 连接件优化

不再单独采用传统木结构榫卯连接的方式，采用大规模工业化生产的模式生产连接件，再以连接件连接各个木材，以此方式加固榫卯可以提高施工的效率，对于高效的灾后重建提供了一种可行且可靠的建造方式。

2．3．3 改良的木结构特点

1)每片山墙由木柱和木穿坊穿插构成，形成合理的受力结构。2)每片山墙有较强的承重和平面抗剪能力。3)山墙之间靠檩条、各层穿坊连接，保证受力的稳定。4)檩条直接支撑在柱上。5)节点的加固、钢材连接件的使用、工业化加工方式等增强的抗震性和建造方便性。

2． 4 保温隔热构造

2．4．1 热量传递的方式及解决方案

1)热辐射:利用遮阳、提高外墙表面反射性等措施解决。2)热传导:提高墙体及屋面的保温隔热性能。3)热对流:消灭各种缝隙和裂纹，防止外墙空气渗透。我国南方地震带建筑主要通过热辐射及热传导接受热能，结合木结构建筑特点，提高建筑整体的保温隔热性能可以从以下几个方面着手:

1)热辐射:外表面浅色处理。2)热传导:a．改良传统木结构的墙体砌筑形式。b．面层材料选用质轻的低导热率的现代板材。c．适当增加墙骨柱间距。d．在木结构墙体中结构胶合板或定向刨花板外侧贴防潮薄膜。e．内外墙之间添加保温隔热材料。f．屋顶采用复合屋面的做法进行保温隔热设计。g．采用双层木窗减少热损耗。

2．4．2 墙体保温设计

墙体是建筑物的重要组成部分，对于整个建筑的保温、隔热、隔声等性能起到至关重要的作用。研究表明，建筑物通过结构传热，其耗热量占整个建筑使用能耗的73%～77%，其中外墙耗能量占了30%。因此，降低围护结构特别是外墙保温隔热性能至关重要。

1)针对不同构造形式的墙体保温隔热具体措施:a．类型1:自制竹篱笆。b．类型2:木骨架贴合面板。2)面板选用。适用于木骨架的轻质面层材料种类:石膏板:防火、防潮、抗冲击。硅酸钙板:质轻，高强，防火，防潮，防蛀，防霉，可加工性好。水泥平板:良好的防火性能和隔声性能。3)增加墙骨柱间距。在保温材料和墙骨柱种类相同的条件下，随着墙骨柱间距的增加，墙体的热物理性能也相应提高。因此，在强度允许和结构安全的情况下，可以适当增大墙骨柱间距，以减少热损耗。4)添加保温隔热材料。a．玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，化学成分属玻璃类，是一种无机质纤维，具有成型好、体积密度小、热导率低、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀、化学性能稳定的特点。同样厚度的玻璃纤维岩棉，其保温效果是混凝土的8倍～12倍。b．墙体中选用乡土材料制作的保温隔热隔音材料作为填充。选用秸秆保温板不仅可以对当地农业废料进行重加工，使其在一定的科学处理下变废为宝，节约建造成本，减少建材使用量，达到节约资源的目的。5)贴防潮薄膜。在木结构墙体中结构胶合板或定向刨花板外侧贴有防潮薄膜，可防止水分湿气进入而使得墙体及内部材料产生霉变，避免墙体的保温性能的降低。

综上，木结构房屋对于抗震地区的作用十分明显，特别是改良后的新型木结构房屋，可以作为大面积推广。

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