木質工程材料在木結構建筑中的設計與應用

金銀慧，朱建偉，付寧，閆培英，周海賓

（內蒙古大興安嶺林業科學技術研究所，內蒙古牙克石022150）

1 引言

木質工程材料在木結構中的設計和應用過程中存在的問題制約著木結構建筑行業的發展，無法充分滿足木結構建筑行業的使用要求，因此，需要加強對木質工程材料的設計應用研究，明確木質工程材料應用過程中需要注意的問題以及相關設計應用的不足，并采取針對性的措施進行解決，進一步提高木質工程材料的應用效率和應用價值。

2 木質工程材料概述

2.1 木質工程材料的類型

根據木質工程材料的加工處理特點，可以將木質工程材料分為膠合木結構、膠合板、大片刨花板等多種類型。工程木質材料保持了原有木材的無輻射、減震、調濕的優勢，且能夠有效解決木材易發生火災、易被蟲蛀以及容易變形的缺陷，也是當前建筑行業進行新型木結構建設的首選材料。膠合木主要是采用小方材或者板材，按照木纖維的平行方向在長度、寬度以及厚度方面通過膠合而制備成的木材產品。膠合木制造的構件尺寸可以打破樹木尺寸的限制。膠合板普遍應用于輕型木結構房屋的墻面板、屋面板以及樓面板[1]。大片刨花板指的是長度為7cm、寬度為2cm、厚度約為0.8mm的大片刨花。平面結構上隨機鋪裝制成工程用單板層積材也被稱之為切片，膠合木質量輕、強度高、耐候性好，在工程建設領域有十分重要的應用價值。定向刨花板以木間伐材以及小徑材等為原料，通過專用設備加工成長條刨花經過定向鋪裝、施膠以及干燥之后，熱壓成型的人造板為定向刨花版。定向刨花具有線膨脹性小、結合力強、強度高、耐水性好以及握釘力高等多種優勢。

2.2 木質工程材料的力學性能

木質工程材料的力學性能主要取決于原材料的加工方式以及原材料的種類，木質工程材料的彎曲彈性模量以及彎曲強度一般指的是板材平板彎曲或表面彎曲的性能指標。木質工程材料的拉伸壓縮性能與材料的彈性模量有關，一般指的是材料表面的抗壓強度以及抗拉強度。材料的順紋與橫紋方向的抗壓和抗拉性能有著較大的差異。所以，在材料設計過程中，需結合材料的使用場合及材料的使用要求進行科學的產品設計。板材抗剪性能指的是木質工程材料表面抵抗變形的能力，由于外部壓力的影響，會造成板材出現菱形形變，產品設計過程中可以參照材料的彎曲性能進行設計。

3 木質建筑材料的發展

在我國古代，建筑大量采用了木結構和木質建筑材料，故宮等就是其中的優秀代表。而在現代，我國的木結構建筑卻出現了一個斷層，木材的使用越來越少，木質建筑材料行業的發展也相對滯后。我國現代木結構建筑的使用分布，除邊遠山區的簡易木房，多用于一些景區的景觀建筑以及少數發達地區的別墅等，整體使用量非常少，與優質木質建筑的高昂價格及占地面積較大有關，也與國內落后的木質建筑設計及木質建材標準件的缺失相關。國內的木質建材主要只是應用在門窗、地板等裝飾部分，木質主體結構構件相對缺失，而且木質建筑材料沒有形成標準件，不能批量生產，成本不能有效降低。因而出現了木質建筑材料行業整體發展滯后的現象。

一方面，由于我國在20世紀80年代開始種植人工林，進入21世紀后，逐漸迎來了砍伐期，木材年增量約為2.5×107m3；另一個方面，我國加入世貿組織后，進口木材關稅大幅下降，我國可以通過比較優惠的價格買到俄羅斯、新西蘭等盛產木材國家的木材，同時，可以吸收和學習國外對木材加工的許多高端技術，使木結構建筑和木質建筑材料行業得到了很快的發展。隨著人們經濟水平、生活水平、審美觀念和文化素養的繼續提高，對木質建筑材料的歡迎程度也會隨之而提升。在今后的發展過程中，木質建筑材料將會是建材行業里不可忽視的一員。

4 木質工程材料在木結構建筑中的設計和應用

4.1 木結構建筑局部的設計

木結構建筑屬于框架結構體系，外墻、樓蓋及屋蓋是建筑最為重要的結構部分，決定了建筑物的穩定性、剛度以及強度。在木結構的設計過程中，需要結合木結構的使用范圍及使用條件，首先，工程項目建設人員需要確定建筑外觀的物理尺寸，并進一步確定建筑結構的類型。然后，根據建筑外觀、尺寸等計算建筑的樓蓋、屋蓋以及外墻。設計過程中，應考慮建筑材料的類型以及結構布置的條件并對力學強度進行驗算，保證材料的剛度和強度。樓蓋和外墻的設計相對比較簡單，主要采用傾斜木結構墻體和樓蓋的結構類型。屋蓋的結構設計相對比較復雜，主要包括大木結構木屋架、輕型木結構木架以及膠合木結構木架3種類型。在進行屋蓋結構設計驗算的過程中，工作人員需要根據建筑物的外觀尺寸分別確定各部分結構的特征，分別按照制定的技術路線進行設計。屋面材料的選擇直接關系著整體結構的穩定性，因此，需要在對順水條、掛瓦條以及屋面板的強度進行運算之后再確定所承受的載荷。

4.2 磚石與木材結合

磚石砌體是一種重要的建筑材料，堅韌的木材和堅硬的磚石結合，能更好地發揮木材和砌體的功能。因為不同的材料具有不同的性質，在建筑設計中將石材與木材相結合，可以產生獨特效果，擁有更舒服的美學感受。磚石材料一般適用于地基和墻面，木材用于門窗、地板、樓梯和屋頂，木材的溫暖感和輕柔的特點，可以使人們感受到自然和新鮮。

4.3 混凝土與木材結合

混凝土是一種人造建筑材料，與金屬材料一樣有著堅硬、冰冷的特點，和木材的彈性、柔軟的特性對比強烈。在建筑中融合使用2種材料，在一定程度上會更自然，使建筑顯得理性、簡單。另外，木質材料和混凝土在結構特性方面可以互補，使建筑材料的選擇更加靈活。

5 結語

綜上所述，木質工程材料在木結構建筑中的設計與應用直接關系著木結構建筑的穩定性和安全性。因此，必須加強對木質工廠材料性能以及結構分析的研究，明確木結構建筑的設計方案以及建設標準，并采取有效措施提高木質工程結構的穩定性和可靠性，為木結構建筑物的持續穩定發展提供有效參考。