钢-胶合木组合结构的发展与应用前景

董福东 （东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040）

1 胶合木的研究与发展

胶合木，也称层板胶合木，或称结构用集成材，是以厚度为20mm～45mm的板材，经干燥、刨平等加工，按一定的截面组合方式平叠，施胶加压而形成的一种绿色环保的建筑材料[1]。

1.1 胶合木的特点

因胶合木与其它板材相比，具有优良性能和普遍适用性，所以在各国得到了大量的应用，同时也得到了各国民众的认可，胶合木的优点主要表现在以下几方面。

①物理力学性能优良。由于胶合木的制作过程中将原木中有缺陷的部分剔除，这就使得与其他板材相比，具有较高的强度及弹性模量。②截面形式丰富。胶合木通常采用指接和胶接施工工艺进行制作，这就使得胶合木的截面形式不受限制，可根据人们的实际需要，制作出不同尺寸和形状的构件。③绿色环保。胶合木的制造利用天然原料，完成使用功能后可回收再利用，废弃后也对环境无害。④抗震性能良好。以胶合木为主要材料建造的房屋，其自重要比传统房屋小很多，因此具有良好的抗震性能。

1.2 胶合木的发展与应用

据美国工程木材协会介绍，早在20世纪初期，德国和瑞士就发布了第一批胶合木专利，随后德国又注册了曲线胶合木结构方面的专利，标志着胶合木在建筑中的应用真正开始[2]。随着人们可持续发展理念的深入、环保意识的增强、人们对建筑材料品质要求不断的增加，这就使得胶合木在世界各国得到了广泛的应用。胶合木的应用主要体现在以下两方面，一方面，胶合木被用于工业和商业用房的梁、柱及桁架上，另一方面，胶合木被用在公路桥，海洋建筑结构体系中。“十三五”规划以来我国经济的快速发展，科技水平的不断进步，胶合木作为一种优良的木结构产品，必将在我国拥有十分广阔的发展前景。

2 冷弯薄壁型钢的研究与发展

随着钢结构的发展，冷弯薄壁型钢作为一种具有特殊截面形式、高效经济的材料已经受到国内外工程界普遍的关注，冷弯型钢一般是以热轧或冷轧带钢为原料,在常温状态下,经过拉拔、冲压、折弯或辊式弯曲成型机组加工,弯曲成各种断面形状的型材[3]。

2.1 冷弯薄壁型钢的特点

冷弯薄壁型钢具有如下优点。

①截面经济合理。冷弯薄壁型钢可根据实际需要制作成不同的截面形式，在同样负荷下，可减轻结构重量，节约材料。②轻质高强，抗震性能良好。③冷弯薄壁型钢能按照施工要求进行工厂化预制生产，冷弯薄壁型钢的施工不受季节的限制，施工周期短，进度快。④使用后可回收再利用，有效减轻对环境污染。

2.2 冷弯薄壁型钢的发展与应用

欧美等国家冷弯薄壁型钢结构设计标准的颁布，推动了冷弯型钢在建筑行业的应用。虽然冷弯薄壁型钢在我国起步较晚，但发展速度比较快，尤其在20世纪60年代末，颁布了冷弯薄壁型钢结构的设计、施工规范后，使得冷弯薄壁型钢结构系得到了广泛的应用。目前，冷弯薄壁型钢在我国房屋建筑中既用于框架、桁架、网架、梁、柱等主要承重构件,又用于檩条、墙体梁、柱、屋面板、墙板、龙骨、门窗等次要受力构件和围护结构[3]。未来冷弯薄壁型钢作为一种截面形状合理、受力性能良好、运输方便的环保型建筑材料，将在现代建筑行业中具有广泛的应用和发展前景,并会越来越受到国内外钢结构建筑方面的专家、学者所推崇。

3 冷弯薄壁型钢-胶合木组合结构

冷弯薄壁型钢-胶合木组合结构是指运用冷弯薄壁型钢通过结构胶粘剂与胶合木进行界面结合，通过可靠的联接方式形成冷弯薄壁型钢-胶合木组合构件，使得两者能协同工作。冷弯薄壁型钢受拉性能好，将其放在受拉区，胶合木受压性能好，将其放在受压区，合理利用这两种材料的特点，使得两者所形成组合结构在受力性能和综合指标方面更具有优势，从2016年起，国家开始大力发展装配式建筑，冷弯薄壁型钢-胶合木组合结构可进行工厂化预制生产，符合这一要求，且与传统的钢筋混凝土结构相比，在绿色环保、抗震性能等方面更具优势。

3.1 冷弯薄壁型钢-胶合木组合结构的特点

冷弯薄壁型钢-胶合木组合结构可以充分发挥二者性能，其组合结构的优点如下。

①承载力高。这种组合结构冷弯薄壁型钢作为受拉构件，胶合木作为受压构件，两种材料协同工作，共同受力，组合构件的承载力与单一构件相比，承载力有很大的提升。②构件能进行工厂预制，成品化精度高。③变形性能好、延性好。④整体工作性好。⑤原料绿色环保，可回收再利用，不会对环境造成污染。

3.2 冷弯薄壁型钢-胶合木组合结构形式

目前，房屋建造组合梁的组合形式主要有：钢筋混凝土梁、型钢混凝土梁、钢木组合梁等，将组合梁与单一梁进行对比，可以看出，在受力分配、结构形式上要比单一材料的梁好很多。如果将冷弯薄壁型钢、胶合木这两种材料进行合理组合，形成一种新型的组合梁形式，将其用在建筑结构中，不仅可以减少混凝土等高耗能建材的使用，还可以减轻建筑结构的自重，这符合我国当前建筑业的发展趋势。

冷弯薄壁型钢-胶合木组合梁的截面形式如图1所示。通过将二者组合，充分发挥胶合木的抗压和冷弯薄壁型钢的抗拉的优点，避免了木材脆性破坏和冷弯薄壁型钢易提前发生失稳的缺点，使得各项性能得到显著提高，因此，这种组合梁截面形式就可以更好的满足房屋对其的使用要求。

图1 冷弯薄壁型钢-胶合木组合梁截面形式

4 结语与期望

当前世界科技高速发展，各种各样的新型结构形式逐渐出现在人们的视野中。相比于传统的建筑结构形式，新型结构形式在受力性能、协调变形等方面将拥有更显著的优势，而且胶合木作为新型人造板材在节能环保、绿色可持续发展的大环境下必将拥有更大的用处。通过将原木进行干燥、粘接等施工工艺所形成的新型板材，既解决了原木因自身缺陷而导致的力学性能不足，又为建材行业提供了一种可靠的新型材料。同时，作为与胶合木相结合的薄壁型钢，因具有轻质高强、材质均匀、便于加工、截面形式多样等优点也备受人们关注。将两种材料进行合理的组合，形成新型组合梁，来取代传统的钢筋混凝土梁，这样既符合国家可持续发展的要求，也会减少建筑垃圾的产生，对环境保护贡献一份力量。

目前，我国有关胶合木在建筑工程中的相关理论技术还不成熟，因此在工程实践应用中受到很大约束，所以只在极少数地区的房屋建设中得到应用。胶合木与冷弯薄壁型钢所形成的组合结构正处于初步的研究利用阶段，承载力计算方法，组合构件的连接方式等问题都是当前亟待解决的关键问题。但随着我国社会发展和科技的进步，相信冷弯薄壁型钢-胶合木组合梁的发展必将迎来崭新的局面和美好的前景。