轻型木结构现状

【摘 要】随着我国经济的发展和人们生活水平的提高,人们对居室环境的要求越来越高,具有优良性能的轻型木结构房屋越来越引起人们的重视.特别在一些大城市,由于国外技术的引进和开发商的参与,木结构房屋的建设成为一个新热点.本文分析了轻型木结构研究现状,提出了建议.

【关 键 词】轻型木结构；研究；建议

1.国外研究现状

木结构在北美、欧洲的近50年中得到了较大的发展,伴随着现代高科技的发展,木结构从取材,加工,设计以及安装均注入了高科技的成分.现代木结构建筑已成为传统营造概念和高新技术的结合物,被广泛运用到各类建筑中,尤其是三层以下的住宅、办公楼、学校、工厂甚至体育馆,应用率达90%,木制品被开发商,建筑师,建造商设为主要的结构材料,被用来满足任何建筑造型和最长达到25m的空间跨度要求,而同时要保持足够的强度和合适的高度.在许多优秀的木结构建筑中建筑师所设计的自由平面、丰富的空间概念和结构形式令人回味无穷.

近年来,不少研究者在轻型木结构结构性能研究方面,特别是轻型木结构剪力墙抗侧性能领域做了大量的工作.

Gatto与Uang进行了不同加载方案的剪力墙试验,试件尺寸为2.4m×2.4m,探讨了不同加载方案对剪力墙性能的影响,发现加载序列对剪力墙受力性能有较大影响,循环次数多的加载方案（如SPD）将导致钉的断裂,使剪力墙的极限承载力与变形性能降低.

Stewart进行了剪力墙低周期循环往复加载与振动台加载研究,试件尺寸均为2.44m×2.44m,发现伪静力加载试件的强度小于动力加载试件,同时认为强度提高的原因是动载下钉节点强度的增加.

Dinehart与Shenton[3]进行了剪力墙静力加载以及动力加载试验.发现动载时最大荷载略小于静载时的最大荷载；动载试验时墙体延性比静载试验时延性要小,静载时墙体的破坏特征是覆板脱离木骨架、覆面板钉子拔出,而动载时墙体的破坏特征却是覆板钉子拔出、疲劳直至最终破坏.

2.国内研究现状

近年来我国工程界开始重视木结构房屋的发展和研究,建设部组织编制的《木结构设计规范》、《木结构工程施工质量验收规范》、《木结构实验方法标准》等相继于2003年颁布施行,这是木结构在中国的一件大事.各研究机构、高等院校的科研人员也开始把研究目光转向木结构,并取得了一些成果.

王厚军,耿绍辉[4]通过实验数据及有关资料,论述了轻型木结构用胶合板覆板的的特点,并介绍了相关产品的质量和性能要求.覆面板的特点：（1）结构用覆面胶合板,需要具有良好的耐水性能、耐候性和耐老化性能,生产中应采用酚醛树脂胶为胶粘剂；（2）覆面胶合板的幅面规格尺寸通常为1220×2440mm,特殊规格有1200×2400mm.（3）覆面胶合板的厚度随产品用途（墙面板、屋面板或楼面板）及规格材（木制搁栅等）的跨距不同而变化,常用的厚度规格为6.0-18.5mm.当墙骨、搁栅等跨距为600mm时,墙面板的最小厚度为7.5mm,屋面板的最小厚度为12.7mm,楼面板的最小厚度为18.5mm；当墙骨、搁栅等跨距为400mm时,墙面板的最小厚度为6.0mm,屋面板的最小厚度为9.5mm,楼面板的最小厚度为15.5mm.

赵均海[5]教授以西安东门城楼木结构为实例,对我国古建筑应用变刚度单元方法进行了动力分析,为古建筑的结构动力分析提供了新思路.其通过大量研究,将城楼简化成杆系单元和变刚度单元组合的梁—柱体系.在未加入变形刚度前共有110个节点,208个单元；加入变刚度单元后,有238个节点,336个单元.有限元计算时根据椽卯连接形式来决定是否加入边刚度单元,柱卯不加入,而梁端加入,最终得出了此木结构的一阶和二阶固有频率,讨论了椽卯节点刚度对固有频率的影响.其成果对今后木结构的研究具有借鉴作用.

张舵[6]教授以一座木结构古塔为研究对象,利用有限元结构分析软件,通过定义梁单元组来模拟木结构中的斗拱,建立了能够反映木塔较细结构的有限元计算模型,地基采用刚性地基相似,柱子与基础之间设定为铰接,计算模型中的构件采用弹性各向异性材料模型,用集中质量代替结构中的附加质量,用集中质量单元把每层质量均匀分配到内外槽柱顶部,共确定了13046个单元,最后经过计算得到了木塔的弯曲振动模态.而对木塔的地震响应计算结果表明,在地震作用下,木塔的第二、第三层是整个结构的最容易产生破坏的部位,也就是说木塔有一个相对软弱的腰部,这应该作为对木塔进行修缮和维护的重点.

3.建议

由于我国在轻型木结构研究方面起步较晚,研究力量相对分散、研究成果也相对独立,故难以相互对照、支持,与实际应用有较大距离,因此,在开发和应用中还有许多研究工作要做.

目前国内的研究成果,仅限于物理力学性能—弹性模量、静曲强度、徐变等,只考虑了集中静载作用,既没有考虑均布荷载,也没有考虑冲击荷载；在轻型木结构有限元分析方面,只局限在单一的梁、板、柱的研究,并未考虑整体结构在静力和动力下的反应.

我国杨木、杉木等速生林资源丰富,现有杨木林面积已超过一亿亩,是世界上杨树人工林面积最大的国家,每年可生产木材一亿立方米以上.苏北是意杨之乡,意杨有较大工业利用,但主要用作装修用胶合板、造纸,资源并未得到充分利用,只发挥了生态效益,未充分发挥经济效益.因此如果杨木结构胶合板能够用于轻型木结构楼、屋、墙面板,可以解决我国小径材、劣质材的出路,带动相关产业的发展,创造更多的就业机会,产生极大的经济效益.　[科]

【参考文献】

［１］GattoK,CMUang.EffectsofLoadingProtocolontheCyclicResponseofWoodframeShearwalls.JournalofStructuralEngineering,2003．

［２］StewartWG.TheSeiicDesignofPlywoodSheathedShearWalls.Ph.D.Thesis,DepartmentofCivilEngineering,UniversityofCanterbury,NewZealand,1987．

［３］DinehartDW,HWShentonⅢ.ComparisonofStaticandDynamicResponseofTimberShearWalls.JournalofStructuralEngineering,1998．

［４］王厚军,耿绍辉.轻型木结构建筑用覆面胶合板的产品特点及性能要求.人造板通讯,2004．

［５］赵均海,俞茂宏等.中国古代木结构的弹塑性有限元分析.西安建筑科技大学学报,1999.

［６］张舵,卢芳云.木结构古塔的动力特性分析.工程力学,2004．