城镇建设中木结构房屋结构设计研究

2014-10-11丁爱民

中国高新技术企业 2014年21期

摘要：木结构房屋作为我国城镇建设的重要内容，对人们生活质量的提升起到积极作用。该结构体系可以有效改善房屋抗震效果，提升房屋环保效益，是房屋可持续发展建设的核心。文章从我国城镇建设中的常规木结构房屋出发，对木结构房屋的特点、优势、问题等进行全面分析，并在该基础上深入挖掘了我国城镇建设中木结构房屋结构的设计要求、设计方法等内容，对其设计体系进行了完善。

关键词：城镇建设；木结构房屋；结构设计；房屋框架；民用建筑

中图分类号：TU352 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0017-02

木结构房屋作为我国城镇建设的重要内容，对人们生活质量的提升具有非常积极的意义。该结构体系可以有效改善房屋抗震效果，提升房屋环保效益，是房屋可持续发展建设的核心。但由于技术水平的限制，我国城镇建设中的木结构房屋结构应用范围较小，其整体建设并不完善。如何改善木结构房屋结构设计现状，提升其设计规范性及科学性已经成为人们关注的焦点。

1 城镇建设中的木结构房屋结构概述

木结构房屋结构是一种新型城镇建设房屋结构，主要以木结构材料为主，通过该材料实现房屋框架的建设，具有非常高的环保价值。该结构主要应用于三层或三层以下民用建筑中，抗震及抗风效果非常显著。

从结构体系来看，我国城镇建设中的木结构房屋结构主要可以分为普通木结构、轻型木结构和胶合木结构三类。普通木结构房屋结构主要将原木作为建筑核心，通过原木构建房屋结构体系，例如梁柱式结构。这种木结构房屋结构只需要进行简单人工加工即可，材料处理及施工操作较为简单，施工周期较短，在传统城镇建设中应用较为广泛。但随着房屋结构发展的不断深入，普通木结构房屋结构承载效果欠佳、截面比较大等问题逐渐暴露出来，已经无法满足现代化城镇建设需求。轻型木结构房屋结构主要是通过轻型木结构体系构建的房屋结构核心，该结构常以一定的木构件为主体，将木构件进行适当搭配形成房屋结构框架，实现房屋承载。这种框架体系承载效果非常好，框架结构具有非常高的灵活性及安全性，在现代城镇建设中应用效果非常显著。轻型木结构房屋结构主要包括连续框架式结构和平台式框架结构两种，具体状况见图1。轻型木结构房屋结构体系对木结构要求较高，需要在设计中把握好木结构的连续性及合理性，否则非常容易出现结构问题，使房屋安全性受到影响。而胶合木结构体系主要以胶合木及胶合板作为主要木结构体系，通过该材料构建胶合结构，形成对应尺寸、结构的木结构房屋框架。胶合木结构在构建的过程需要对材料进行全面加工，将材料剪裁、涂胶、层叠、加压等，操作较为复杂，施工周期较长，在当前城镇建设中木结构房屋结构中主要为辅助材料，并非结构主体材料。

2 木结构房屋结构设计要求及方法

木结构房屋已经成为现代化城镇建设的趋势，该房屋结构部具有非常好的生态环保效果，经济效益较高，耐久性较好，对我国房屋建筑发展具有至关重要的作用。本次研究过程中笔者主要对城镇建设中的轻型木结构房屋设计内容进行分析，从设计要求及设计方法两方面对轻型木结构房屋设计进行深入挖掘。

2.1 木结构房屋结构设计要求

轻型木结构房屋设计的过程中要把握好房屋建筑环境，要依照城镇建设内容形成对应结构体系，依照城镇建设需求构建对应指标，从而提升木结构房屋结构的系统性、规范性和科学性，其具体设计要求包括：

2.1.1 木结构房屋结构高度不得高于三层：我国城镇建设中的木结构房屋结构发展非常迅速，尤其是近年来，技术体系已经得到了非常好的完善。但在上述发展过程中，其整体技术水平与欧美国家相比仍有一定差距，房屋建筑高度只能够达到三层左右。一旦超过上述高度，木结构房屋安全性将无法保障，这对城镇建设发展具有一定的限制。

2.1.2 木结构房屋结构要与环境相协调：木结构房屋结构设计的过程中要做好对城镇建设环境的分析，要把握好周围环境状况，确保设计内容与自然环境一致，真正实现建筑与生态的统一，提升城镇建设木结构房屋结构美感。

2.1.3 木结构房屋结构要符合可持续发展观：木结构房屋结构设计过程中要对其材料、构件等进行科学选取，要保证材料、构件等内容能够与生态建设需求相同，从而提升房屋结构的生态效益和经济效益。当前木结构房屋材料过程中主要从温度、湿度、养分等方面进行防腐控制，通过结构设计完成木结构材料的保护。而在构件设计过程中主要从截面、尺寸等方面出发，通过该内容改善材料使用效益，提升材料经济价值，提升木结构房屋结构可持续发展效益。

2.1.4 木结构房屋结构要符合力学原理：城镇建设木结构房屋结构需要具有良好的抗震性及抗风性，要能够承受外力的冲击。在该结构设计过程中要做好力学原理分析，要对力学内容进行对应把握，从力学结构出发形成对应力学体系，如高次超静定结构体系、次要结构受力体系等。由该力学内容出发进行合理设计，最终确定木结构房屋结构刚度、整体性等。

2.2 木结构房屋结构设计方法

木结构房屋结构设计内容较为复杂，需要依照环境状况对设计方法进行对应选取，只有实现上述方法的合理运用，木结构房屋结构设计才能够真正符合城镇建设需求。我国城镇建设中的轻质木结构房屋结构设计方法主要为有限元分析法。

有限元分析法主要通过数学微分完成木结构房屋结构设计的分析及运算。该方法计算准确性和科学性较高，逻辑关系紧密，分析效益明显高于其他数学分析方法，是轻质木结构房屋结构设计的核心计算内容。有限元分析法在进行木结构房屋结构设计时依照数值分析内容及差分分析内容对设计中的数据进行处理，由该处理内容确定结构之间的关系，建立数学模型，形成对应模拟体系，从而明确木结构房屋结构的设计性质及设计效益。在设计数学分析过程中人员要做好以下四方面内容：第一，对设计内容进行划分。人员要依照具体木结构房屋结构状况进行分析划分，将结构划分为形状规则、内容单一的标准受力单元；第二，对单元内容特征进行分析。人员要依照有限元分析法对单元结构进行处理，由有限元分析处理确定单元之间受力状况及特征；第三，对单元进行组装，确定结构状态。人员要依照上述单元性质对其整体结构刚度进行明确，将初始状态及受力状况数据带入到微分方程中进行处理，确定最终设计结构效果；第四，实施CAD构图。由关系内容及数据内容确定CAD构图，以CAD系统确定最终设计方案。

除此之外，在木结构房屋结构设计的过程中人员还常使用边界元分析法及有限差分析法进行设计结构分析。上述两种方法也是主要通过数学建模及CAD系统进行分析，主体分析方法与有限元分析一致。

2.3 木结构房屋结构设计的其他注意事项

在木结构房屋结构设计的过程中人员要做好木结构材料设计单元的选取，要依照有限元分析结果及数学模型分析结果对单元类型进行对应优化，保证木结构房屋结构与建设性能需求一致。人员要对单元进行对应连接，依照木结构房屋状况形成系统化、规范化单元体系，从而改善系统受力分析状况，提升系统设计的有效性和规范性。

在木结构房屋结构设计的过程中，人员要对木结构材料属性进行明确，要在SAP2000系统中对其材料类型进行合理选取，形成最优设计方案。我国木结构房屋结构设计的过程中，部分人员常忽视结构材料属性，对其标注不够完善，部分系统中材料性质标注不全面，这均在一定程度上影响了木结构房屋施工质量。因此，在今后设计过程中要加大该问题的重视程度，要不断丰富SAP2000系统，提升设计材料标注效益，改善城镇建设木结构房屋结构经济效益。

3 结语

随着时间的推移，木结构房屋结构已经越来越被人们所重视，这类房屋结构绿色、环保、经济，具有非常广阔的市场空间。作为木结构房屋结构的核心因素，木结构房屋结构设计状况直接影响着房屋的安全质量和经济效益。因此，在今后的研究过程中，相关人员要加大对木结构房屋结构设计的分析，充分挖掘其设计内容，从根本上加速木结构房屋结构在城镇建设中的发展进程。

参考文献

[1] 匡星，赵艳敏，Kerry Haggkvist，王红珊.木结构施工课程教学方法探讨[J].中国现代教育装备，2014，（11）.

[2] 徐勇明.房屋结构设计中建筑结构的设计与优化[J].民营科技，2014，（5）.

[3] 苑素云.轻型木结构建筑特点及发展前景[J].新型建筑材料，2013，（9）.