鋼-膠合木組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展與應(yīng)用前景

董福東 （東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 膠合木的研究與發(fā)展

膠合木，也稱(chēng)層板膠合木，或稱(chēng)結(jié)構(gòu)用集成材，是以厚度為20mm～45mm的板材，經(jīng)干燥、刨平等加工，按一定的截面組合方式平疊，施膠加壓而形成的一種綠色環(huán)保的建筑材料[1]。

1.1 膠合木的特點(diǎn)

因膠合木與其它板材相比，具有優(yōu)良性能和普遍適用性，所以在各國(guó)得到了大量的應(yīng)用，同時(shí)也得到了各國(guó)民眾的認(rèn)可，膠合木的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面。

①物理力學(xué)性能優(yōu)良。由于膠合木的制作過(guò)程中將原木中有缺陷的部分剔除，這就使得與其他板材相比，具有較高的強(qiáng)度及彈性模量。②截面形式豐富。膠合木通常采用指接和膠接施工工藝進(jìn)行制作，這就使得膠合木的截面形式不受限制，可根據(jù)人們的實(shí)際需要，制作出不同尺寸和形狀的構(gòu)件。③綠色環(huán)保。膠合木的制造利用天然原料，完成使用功能后可回收再利用，廢棄后也對(duì)環(huán)境無(wú)害。④抗震性能良好。以膠合木為主要材料建造的房屋，其自重要比傳統(tǒng)房屋小很多，因此具有良好的抗震性能。

1.2 膠合木的發(fā)展與應(yīng)用

據(jù)美國(guó)工程木材協(xié)會(huì)介紹，早在20世紀(jì)初期，德國(guó)和瑞士就發(fā)布了第一批膠合木專(zhuān)利，隨后德國(guó)又注冊(cè)了曲線(xiàn)膠合木結(jié)構(gòu)方面的專(zhuān)利，標(biāo)志著膠合木在建筑中的應(yīng)用真正開(kāi)始[2]。隨著人們可持續(xù)發(fā)展理念的深入、環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)、人們對(duì)建筑材料品質(zhì)要求不斷的增加，這就使得膠合木在世界各國(guó)得到了廣泛的應(yīng)用。膠合木的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下兩方面，一方面，膠合木被用于工業(yè)和商業(yè)用房的梁、柱及桁架上，另一方面，膠合木被用在公路橋，海洋建筑結(jié)構(gòu)體系中。“十三五”規(guī)劃以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科技水平的不斷進(jìn)步，膠合木作為一種優(yōu)良的木結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，必將在我國(guó)擁有十分廣闊的發(fā)展前景。

2 冷彎薄壁型鋼的研究與發(fā)展

隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，冷彎薄壁型鋼作為一種具有特殊截面形式、高效經(jīng)濟(jì)的材料已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外工程界普遍的關(guān)注，冷彎型鋼一般是以熱軋或冷軋帶鋼為原料,在常溫狀態(tài)下,經(jīng)過(guò)拉拔、沖壓、折彎或輥式彎曲成型機(jī)組加工,彎曲成各種斷面形狀的型材[3]。

2.1 冷彎薄壁型鋼的特點(diǎn)

冷彎薄壁型鋼具有如下優(yōu)點(diǎn)。

①截面經(jīng)濟(jì)合理。冷彎薄壁型鋼可根據(jù)實(shí)際需要制作成不同的截面形式，在同樣負(fù)荷下，可減輕結(jié)構(gòu)重量，節(jié)約材料。②輕質(zhì)高強(qiáng)，抗震性能良好。③冷彎薄壁型鋼能按照施工要求進(jìn)行工廠化預(yù)制生產(chǎn)，冷彎薄壁型鋼的施工不受季節(jié)的限制，施工周期短，進(jìn)度快。④使用后可回收再利用，有效減輕對(duì)環(huán)境污染。

2.2 冷彎薄壁型鋼的發(fā)展與應(yīng)用

歐美等國(guó)家冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的頒布，推動(dòng)了冷彎型鋼在建筑行業(yè)的應(yīng)用。雖然冷彎薄壁型鋼在我國(guó)起步較晚，但發(fā)展速度比較快，尤其在20世紀(jì)60年代末，頒布了冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工規(guī)范后，使得冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)系得到了廣泛的應(yīng)用。目前，冷彎薄壁型鋼在我國(guó)房屋建筑中既用于框架、桁架、網(wǎng)架、梁、柱等主要承重構(gòu)件,又用于檁條、墻體梁、柱、屋面板、墻板、龍骨、門(mén)窗等次要受力構(gòu)件和圍護(hù)結(jié)構(gòu)[3]。未來(lái)冷彎薄壁型鋼作為一種截面形狀合理、受力性能良好、運(yùn)輸方便的環(huán)保型建筑材料，將在現(xiàn)代建筑行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景,并會(huì)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)建筑方面的專(zhuān)家、學(xué)者所推崇。

3 冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結(jié)構(gòu)

冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結(jié)構(gòu)是指運(yùn)用冷彎薄壁型鋼通過(guò)結(jié)構(gòu)膠粘劑與膠合木進(jìn)行界面結(jié)合，通過(guò)可靠的聯(lián)接方式形成冷彎薄壁型鋼-膠合木組合構(gòu)件，使得兩者能協(xié)同工作。冷彎薄壁型鋼受拉性能好，將其放在受拉區(qū)，膠合木受壓性能好，將其放在受壓區(qū)，合理利用這兩種材料的特點(diǎn)，使得兩者所形成組合結(jié)構(gòu)在受力性能和綜合指標(biāo)方面更具有優(yōu)勢(shì)，從2016年起，國(guó)家開(kāi)始大力發(fā)展裝配式建筑，冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結(jié)構(gòu)可進(jìn)行工廠化預(yù)制生產(chǎn)，符合這一要求，且與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，在綠色環(huán)保、抗震性能等方面更具優(yōu)勢(shì)。

3.1 冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮二者性能，其組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下。

①承載力高。這種組合結(jié)構(gòu)冷彎薄壁型鋼作為受拉構(gòu)件，膠合木作為受壓構(gòu)件，兩種材料協(xié)同工作，共同受力，組合構(gòu)件的承載力與單一構(gòu)件相比，承載力有很大的提升。②構(gòu)件能進(jìn)行工廠預(yù)制，成品化精度高。③變形性能好、延性好。④整體工作性好。⑤原料綠色環(huán)保，可回收再利用，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

3.2 冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結(jié)構(gòu)形式

目前，房屋建造組合梁的組合形式主要有：鋼筋混凝土梁、型鋼混凝土梁、鋼木組合梁等，將組合梁與單一梁進(jìn)行對(duì)比，可以看出，在受力分配、結(jié)構(gòu)形式上要比單一材料的梁好很多。如果將冷彎薄壁型鋼、膠合木這兩種材料進(jìn)行合理組合，形成一種新型的組合梁形式，將其用在建筑結(jié)構(gòu)中，不僅可以減少混凝土等高耗能建材的使用，還可以減輕建筑結(jié)構(gòu)的自重，這符合我國(guó)當(dāng)前建筑業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

冷彎薄壁型鋼-膠合木組合梁的截面形式如圖1所示。通過(guò)將二者組合，充分發(fā)揮膠合木的抗壓和冷彎薄壁型鋼的抗拉的優(yōu)點(diǎn)，避免了木材脆性破壞和冷彎薄壁型鋼易提前發(fā)生失穩(wěn)的缺點(diǎn)，使得各項(xiàng)性能得到顯著提高，因此，這種組合梁截面形式就可以更好的滿(mǎn)足房屋對(duì)其的使用要求。

圖1 冷彎薄壁型鋼-膠合木組合梁截面形式

4 結(jié)語(yǔ)與期望

當(dāng)前世界科技高速發(fā)展，各種各樣的新型結(jié)構(gòu)形式逐漸出現(xiàn)在人們的視野中。相比于傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)形式，新型結(jié)構(gòu)形式在受力性能、協(xié)調(diào)變形等方面將擁有更顯著的優(yōu)勢(shì)，而且膠合木作為新型人造板材在節(jié)能環(huán)保、綠色可持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境下必將擁有更大的用處。通過(guò)將原木進(jìn)行干燥、粘接等施工工藝所形成的新型板材，既解決了原木因自身缺陷而導(dǎo)致的力學(xué)性能不足，又為建材行業(yè)提供了一種可靠的新型材料。同時(shí)，作為與膠合木相結(jié)合的薄壁型鋼，因具有輕質(zhì)高強(qiáng)、材質(zhì)均勻、便于加工、截面形式多樣等優(yōu)點(diǎn)也備受人們關(guān)注。將兩種材料進(jìn)行合理的組合，形成新型組合梁，來(lái)取代傳統(tǒng)的鋼筋混凝土梁，這樣既符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的要求，也會(huì)減少建筑垃圾的產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)一份力量。

目前，我國(guó)有關(guān)膠合木在建筑工程中的相關(guān)理論技術(shù)還不成熟，因此在工程實(shí)踐應(yīng)用中受到很大約束，所以只在極少數(shù)地區(qū)的房屋建設(shè)中得到應(yīng)用。膠合木與冷彎薄壁型鋼所形成的組合結(jié)構(gòu)正處于初步的研究利用階段，承載力計(jì)算方法，組合構(gòu)件的連接方式等問(wèn)題都是當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。但隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展和科技的進(jìn)步，相信冷彎薄壁型鋼-膠合木組合梁的發(fā)展必將迎來(lái)嶄新的局面和美好的前景。