轻型木结构建筑选材及结构分析

2020-01-07田芳芳马艳梅

建材与装饰 2020年3期

严睿赵港田芳芳马艳梅

（北京科技大学天津学院天津市 301830）

1 轻型木结构的起源及发展

现在世界上很多国家都在大力发展轻型木结构建筑，在美国，其在木结构建筑当中的耗材比要占到美国木材生产总量的60%。日本的住宅大多为轻型木结构建筑，并处在整个建筑行业的领先水平，一般使用胶合木、木材以及水泥刨花板建造[1]。

我国古代木结构建筑多以重型木结构为主，在建筑耗材上偏大，且费时费力，建筑施工周期长。建国后，由于我国木材成品少，人口基数相对较多，因此政府实施了一系列的禁令来减少木材的使用，而提倡钢筋混凝土结构以及砖混结构，导致我国木结构建筑发展停滞不前。近几年来，我国开始提倡绿色环保，随着人们生活的日益改善，也追求更加健康的生活，轻型木结构建筑物的需求也愈加高涨。最近的研究表明，木结构建筑相比于钢筋混凝土结构和钢结构等在能耗、环保、抗震等方面具有明显的优势[2]，虽然我国木材资源稀少，但现阶段国家鼓励木材进口，如北京、上海等地已经有成品的轻型木结构建筑投入使用。

2 轻型木结构

轻型木结构建筑是把构件断面较小的面板和规格材紧密连接组成的。

一般用400～600mm规格材紧密连接制成轻型木结构的骨架，其骨架可以作为结构的受力构件，也可以用作为支撑构件，使其成为外墙面和内墙面以及楼面的面层和屋面的面层部分构件。这种结构形式能够使得构件之间能够相互作用，可靠性、构件的合理性都要优于梁柱结构[3-5]。

3 选材分析

本项目拟建于天津市武清区，根据天津市地质勘察报告以及水文条件，建设地点在地理位置上位于中纬度欧亚大陆东岸，春季干旱多风，夏季炎热，所以在选材上应当注意防火及防风化。

木材的选择有以下几种：

（1）规格材

规格材是一种实心锯材，是按照规定的尺寸以及模数制作而成的，其截面宽度一般为38mm，而长度一般为600mm。

（2）胶合木

胶合木一般是用防水性胶水将锯材两两粘接在一起制作成的木结构建筑用材，在制作时分为两种尺寸，一为固定尺寸，二为非固定尺寸，因其设计尺寸不同，所以在建筑的应用类型上也会有一定的区分。

（3）轻型木桁架

轻型木桁架是用来代替屋盖椽条和楼盖搁栅，一般使用其作为轻型木结构的屋盖和楼盖。根据屋盖桁架不同的屋面形状，会形成不同的坡度。

（4）木基结构板材

木基结构板材是一种结构构件，通常作为轻型木结构的墙体、屋盖以及楼盖的面板使用，面板一般承载由重力、地震和自然天气引起的荷载，所以命名为结构板材，用以表示和不承重构架的区别。

3.1 屋顶屋盖的设计及选材

在轻型木结构的屋顶设计中，规格材椽木和屋顶的搁栅主要用于普通的负载和跨度，在搁栅和椽木的预制时最长长度不可超过12m。此次工程选择规格材，将其制作成轻型木桁架，用于轻型木结构的屋盖和楼盖。规格材机械应力与材料的性质在《木结构设计规范》（GB 50005—2017）中属于软材，其强度等级为TC17-TCll。屋顶覆层，可以增加屋顶的刚性，支撑物面，在选材时宜采用定向刨花板，且边沿有支撑，其横椽间距采用400mm，材料厚度采用16mm。根据《建筑工程监理工程一本通》以及相关验算，间距400mm厚度16mm符合国家标准，且能够更好地加强屋顶的刚性，防止垮塌。

在楼顶的建设过程中应当铺放防水卷材，并在木材的表面涂抹防水油漆，防止渗漏。屋顶坡度拟采用27°屋顶，既可以在下雨天作为排水作用，也可以在屋顶铺设光伏电板用以发电，起到节能减排的作用，更能体现绿色环保建筑的理念。

3.2 墙体的选材

采用锯材和胶合板用作墙体的面板、墙骨和墙体的覆层材料。可以承载竖向重力荷载和由风和地震荷载引起的侧向荷载的传递和承载。由于现阶段房屋建筑中增加了保温空间，所以墙骨大小设置为38×140mm，墙骨高度要延伸至整个楼层高度，以此来增强整体的支持强度。

表1为墙体的墙骨选材及相关数值。

表1

4 结构分析

木结构在抗震防震方面更优于钢结构房屋，本工程主体框架选材为进口的软木材料。因为木材具有多孔性质，可以吸收并缓解由外部引起的冲击力，所以能够很好的避震；而在建筑过程中使用的木材一般都会经过加工处理，以便拥有更好地耐腐蚀性。

木桁架结构体系和椽檩结构体系是轻型木结构建筑的主要屋架结构，在我国现阶段的木结构建筑中一般都采用现场制作，现场搭建，这种方法的主要缺点是工期过长，耗时耗材，且工程质量不能保证；而且在施工时更加考验施工人员的技术。本工程拟采用模块建筑法，即装配式建筑法，在工厂加工好各个模块到现场组装，最大限度的减少环境污染。因国内运输条件限制，所以在制作模块时要考虑是否符合国家《道路大型物件运输管理办法》。综合场地条件以及经济高效、便利施工等条件，本次工程采用木桁架结构体系。

屋顶构建如图1所示。