木質(zhì)工程材料在木結(jié)構(gòu)建筑中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

趙俊齡

（佛山市順德建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司 廣東省佛山市 528300）

0 引言

木結(jié)構(gòu)建筑屬于一種框架式的結(jié)構(gòu)體系，起到關(guān)鍵作用的部分包括外墻、樓蓋等，對(duì)建筑物的整體穩(wěn)定性及強(qiáng)度等存在直接影響，是設(shè)計(jì)此類建筑時(shí)難度較高的部分。所以，合理應(yīng)用木質(zhì)工程材料，針對(duì)外墻、樓蓋等開展有效設(shè)計(jì)十分重要。

1 木質(zhì)工程材料概述

此類材料是現(xiàn)階段我國建筑行業(yè)在開展木結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)操作的過程中，應(yīng)用較為廣泛的材料之一，尤其在南方地區(qū)。膠合木具體是利用板材或小型的方材，結(jié)合木纖維平行的方向，于厚度、長度等方面，經(jīng)由膠合的方式制作的木材產(chǎn)品。大片刨花板主要指厚度、長度等均一定的大片刨花。

在一個(gè)平面的結(jié)構(gòu)上方，通過隨機(jī)開展鋪裝操作的方式，建造而成的可用于建筑工程的單板層積材也叫做切片。定向刨花板存在強(qiáng)度高、握定力高以及結(jié)合力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。定向刨花板在具體制作過程中，需要利用到小徑材、木間伐材，經(jīng)由指定設(shè)備進(jìn)行加工，形成長條刨花再開展后期的各環(huán)節(jié)操作[1]。

2 木質(zhì)工程材料在木結(jié)構(gòu)建筑中的設(shè)計(jì)

南方建筑工程為以建造嶺南建筑為地區(qū)特色，木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用是嶺南建筑的主要傳統(tǒng)表現(xiàn)手法，體現(xiàn)出中國的嶺南情調(diào)和神韻。南方主要?dú)夂蛱卣魇窍募狙谉幔邷爻掷m(xù)時(shí)間長，伴隨環(huán)境潮濕、自然光充足，嶺南建筑風(fēng)格重視建筑物開敞通透，通過充分應(yīng)用木結(jié)構(gòu)，能夠充分體現(xiàn)嶺南建筑風(fēng)格特色及與戶外園林設(shè)計(jì)的無暇接合。在實(shí)用功能上木結(jié)構(gòu)也可以實(shí)現(xiàn)防暴雨、保溫等多種基本圍護(hù)結(jié)構(gòu)和使用等功能要求。該部分，本文選擇樓蓋結(jié)構(gòu)、外墻結(jié)構(gòu)對(duì)此進(jìn)行分析。

2.1 樓蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以完全應(yīng)用輕型木結(jié)構(gòu)建造樓蓋體系的木結(jié)構(gòu)建筑為例，可選取工字型的木擱柵，并將樓蓋擱柵間的距離設(shè)計(jì)為600mm，利用竹大片刨花板作為覆蓋面材料，以低層跨度值最大的部分為對(duì)象，開展具體的強(qiáng)度驗(yàn)算操作。

2.1.1 主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

樓蓋主要分為三層，基于工字梁設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，開展相關(guān)設(shè)計(jì)的過程中，可優(yōu)先預(yù)留孔洞，便于后期穿插管道。利用15mm厚的竹大片刨花板作為覆蓋面，木擱柵的跨長為4.8m，樓層結(jié)構(gòu)以混凝土基礎(chǔ)作為支持。

2.1.2 設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

將托梁的凈荷載設(shè)計(jì)為0.48kPa、其余房間及臥室的活荷載分別為1.92kPa、1.44kPa，合理擇選適宜類型的工字梁開展樓蓋建設(shè)操作，EI為285×106IN2-LBS，中心的間隔距離為S，設(shè)計(jì)值為600mm。

2.1.3 最大跨度計(jì)算

剪力限制跨度最大值：設(shè)計(jì)剪力為Q=ql/2，因此，跨度的最大值為Lmax=2Q許用/q=2×（875×4.44822）/（2.4×1000×0.6）=5.4m＞4.8m。

撓度限制跨度最大值：針對(duì)荷載分布均勻的簡支梁來講，撓度的最大值為fmax=5qL4/384E1，因此，Lmax=[（384EIfmax）/（5qS）]1/3，通過相關(guān)調(diào)查得知，在間隔距離為610mm的條件下，最大跨度是17′-6″=5.3m＞4.8m。

針對(duì)底層跨度最大的部位開展撓度和剪力跨度最大值計(jì)算，以及相關(guān)驗(yàn)算可以得知，工字梁設(shè)計(jì)跨長4.8m符合撓度最大值要求，和材料設(shè)計(jì)要求及標(biāo)準(zhǔn)相符[2]。

2.2 外墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

開展外墻結(jié)構(gòu)建設(shè)的過程中，需要用到數(shù)量較多的釘子，將各覆面板連接在一起，形成蒙皮效應(yīng)，以達(dá)到強(qiáng)化結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的目的，進(jìn)而提高墻體結(jié)構(gòu)牢固程度。和樓蓋相比較而言，針對(duì)外墻的設(shè)計(jì)，繁瑣程度相對(duì)更低，通常只需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)開展各環(huán)節(jié)施工便可。

2.2.1 主結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

選用輕型木構(gòu)建的典型墻體，外層設(shè)計(jì)厚度是15mm的竹大片刨花板，最里層應(yīng)用厚度為10mm的防火石膏板。

2.2.2 墻骨柱強(qiáng)度驗(yàn)算

所用材料為紅松方木，挑選截面的尺寸是10×10cm，根據(jù)順紋方向，允許的最大壓力為[σa]=10N/mm2，基于此條件下，構(gòu)件長度和細(xì)度比是：λ=l0/r=l0/0.289h=110.7＜120，和主要受壓構(gòu)件設(shè)計(jì)要求相符。軸心部位的受壓構(gòu)件，設(shè)計(jì)穩(wěn)定系數(shù)為φ＝2800/λ2=0.228，基于此[σa]=10N/mm2，可以選擇上述截面。

2.3 具體設(shè)計(jì)

本文在充分考量輕型木結(jié)構(gòu)墻體特征的基礎(chǔ)上，針對(duì)外墻結(jié)構(gòu)開展設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。基于建筑物荷載要求，通過計(jì)算得知，建筑屋頂軸向荷載為每米4947N，底層軸向荷載為每米19324N。挑選底層房間荷載和高度均為最大值的位置，開展墻骨柱的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度的驗(yàn)算操作，得知，壓縮正應(yīng)力的最大值為抗壓強(qiáng)度相比，相對(duì)較小，因此，選用10×10cm截面材料符合要求。

3 具體應(yīng)用

3.1 應(yīng)用位置

該材料具有較為良好的力學(xué)性能，較為符合樓板覆面板要求，同時(shí)，由于能夠直接充當(dāng)建立墻板使用，因此，也可以作為墻板負(fù)面板。

3.2 應(yīng)用模式

在具體應(yīng)用此類材料的過程中，需要對(duì)擱柵間的設(shè)計(jì)距離加以充分考量，對(duì)板材的實(shí)際鋪設(shè)方式、方向等進(jìn)行分析，研究地板覆面板的鋪裝以及實(shí)際的接頭方式。

3.3 操作順序

首先，對(duì)試件的尺寸以及彈性模量進(jìn)行測(cè)量，其次，將材料彈性模量的平均值計(jì)算出來，并精確到10MPa，最后基于相關(guān)計(jì)算可以得知，此類材料的彈性模量見表1。

基于表1可知，隨著跨距的增加，試件的彈性模量會(huì)降低，因此，支撐跨距是可對(duì)此類材料彈性模量造成顯著影響的因素之一。

表1 不同跨距試件彈性模量

3.4 地板覆面板鋪設(shè)

結(jié)束基礎(chǔ)施工以后，需要直接將底層地板的擱柵，于地梁板上方開展鋪設(shè)操作，再將覆面板置于上方，結(jié)合板材的實(shí)際情況，及相關(guān)的鋪設(shè)原則，再具體開展相關(guān)操作，其中，確保開口及邊界等結(jié)構(gòu)變化位置的板材的寬度均保持在300mm以上。

3.4.1 保溫

對(duì)于木結(jié)構(gòu)建筑來講，其桁架、擱柵之間，由于距離較長，所以空間相對(duì)較大，可以實(shí)現(xiàn)各類保溫材料的存儲(chǔ)，因此，利用夾層保溫的方式，在木結(jié)構(gòu)建筑中較為常見。實(shí)際進(jìn)行墻體保溫操作的過程中，可選取內(nèi)、外保溫兩種形式，其中，外保溫主要發(fā)揮優(yōu)化內(nèi)保溫效果的作用，具體是利用聚苯板玻纖網(wǎng)格布聚合物砂漿體系等，和我國其他結(jié)構(gòu)的保溫方法類似。內(nèi)保溫是現(xiàn)階段在木結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用較為廣泛的一種方式，通常是將保溫材料直接置于墻板覆面板之間。

3.4.2 防火

利用竹大片刨花板建設(shè)的建筑，在實(shí)際開展防火處理操作的過程中，可通過結(jié)構(gòu)防火以及材料防火兩種方式。其中，結(jié)構(gòu)防火具體指直接在木結(jié)構(gòu)的內(nèi)部開展防火間距及隔斷的設(shè)計(jì)操作，應(yīng)用于防火隔斷的材料可以是加筋混凝土或者規(guī)格材等。在設(shè)置防火隔斷時(shí)，通常會(huì)選擇水平與豎直的構(gòu)件之間，或者樓蓋位置。防火間距則主要指不同建筑間之間的距離，通常要求大于或者等于4m。材料防火主要是指對(duì)所應(yīng)用建筑材料開展阻燃處理，和結(jié)構(gòu)防火相比較而言，較為復(fù)雜，因此使用結(jié)構(gòu)防火。

4 結(jié)束語

綜上所述，竹大片刨花板可應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)建筑屋頂、地板等覆面板的建造中，在鋪裝過程中，需要遵循所規(guī)定的鋪設(shè)原則，倘若應(yīng)用厚度為12mm的板材，則需要將擱柵間距控制在650mm之內(nèi)。墻體保溫過程中，需要優(yōu)先考慮內(nèi)保溫，并有效發(fā)揮外保溫的輔助功能。