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装配式木结构修建的应用现状及展望

分类：木建知识
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会见量：10

【提要形貌】为增进装配式木结构修建的生长，从环保、节能保温、清静、可一连性、设计和施工等六个方面系统总结了装配式木结构修建的主要特征，基于木结构修建在海内外的应用情形

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装配式木结构修建的应用现状及展望

【提要形貌】为增进装配式木结构修建的生长，从环保、节能保温、清静、可一连性、设计和施工等六个方面系统总结了装配式木结构修建的主要特征，基于木结构修建在海内外的应用情形

分类：木建知识
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　　摘要

　　为增进装配式木结构修建的生长，从环保、节能保温、清静、可一连性、设计和施工等六个方面系统总结了装配式木结构修建的主要特征，基于木结构修建在海内外的应用情形，总结制约我国木结构修建生长的三个因素，最后指出装配式木结构修建在中国辽阔的应用远景，并对我国装配式木结构修建的生长提出建议，展望未来装配式木结构修建的生长趋势。

　　要害词：装配式;木结构修建;现代木结构;轻型木结构;制约因素

　　小序

　　木结构是我国古代修建中的一种结构系统，它以木构梁柱为承重骨架，柱与梁之间多为榫卯团结，以砖石为体、结瓦为盖、油饰彩绘为衣，经能工巧匠全心设计、巧妙施工而成，集历史性、艺术性和科学性于一身，具有极高的文物价值和鉴赏价值[1]。木结构修建生长至今，已从古板重木结构修建进入现代木结构修建的新生长阶段[2]。现代木结构中，因其可工业化的制作模式，提出了预制装配式木结构修建的说法[3]。在钢材、混凝土、木料、石材四大常用修建结构质料中，木料是唯逐一种具有可再生特点的自然资源。中国正在鼎力大举推进生态文明建设，木料作为一种可再生的自然资源，制成工程木料后可高效使用。应用于修建领域的工程木料主要包括层板胶合木(Glulam)、平行木片胶合木(PSL)、单板层积胶合木(LVL)、层叠木片胶合木(LSL)、正交胶合木(CLT)。这些工程木料可填补新型修建质料、节能环保型质料的空缺，对节能减排、对建设行业的可一连生长有主要意义。木结构修建是生态修建的主要代表，为节能减排、绿色环保，减轻修建在制作、使用、拆除的全生命周期内对情形资源的压力，实现质料的循环使用和可一连生长，推广应用木结构已越来越成为全社会的共识。杨学兵[4]系统地先容中国《木结构设计标准》由20世纪50年月一直生长至今的历史历程，并对本标准历次的修订事情和修改的手艺内容做出剖析，并研究目今我国工程建设中木结构修建的应用现状，剖析我国木结构修建的未来生长趋势;蔡绍祥[5]较量了古板与现代木结构修建在质料使用上的优弱点以及在应用中的解决步伐，为未来木结构修建生长提供参考建议;陆伟东等[6]和娄万里等[7]划分剖析叙述了胶合木结构和轻型木结构的应用领域并指出在中国辽阔的应用远景;徐伟涛[8]先容木结构修建的特点及其在北美和我国的生长概况，并对我国木结构修建的生长提出建议;刘伟庆[9]和刘永健等[10]从质料性能及加工、构件性能及立异、毗连性能与希望、系统研究与开发、防火研究及需求等五个方面系统总结我国现代木结构的研究希望，剖析我国现代木结构的研究现状、保存的问题与生长趋势。

　　基于此，本文首先从六个方面总结了装配式木结构修建的主要特征，再通过研究木结构修建在海内外的应用情形提出三个制约我国木结构修建生长的因素，最后展望了未来我国装配式木结构修建的生长偏向与趋势。

　　1 、装配式木结构修建的主要特征

　　相较于钢筋混凝土结构或其他结构的修建，装配式木结构修建主要特征体现在以下六个方面。

　　1.1 环保性能

　　木结构修建在生产环节、建设环节和拆除环节都体现了其环保性能。

　　1.1.1 碳排放量最少

　　木料、钢材和水泥三种修建质料的碳排放系数划分为30、6470和1220 kg CO2/t[7]�？杉嘟嫌诟植暮退�，木料生产碳排放最少，不影响生态情形，而钢材和水泥生产释放的温室气体，为全球雾霾做出了重大孝顺，带来的情形污染有目共睹。

　　1.1.2 情形污染最小

　　(1)建设环节

　　建设历程中钢筋混凝土修建爆发的修建垃圾要比木结构修建多得多，且较难处置惩罚，对情形造成污染。

　　(2)拆除环节

　　木结构修建拆除后的木料易于处置惩罚，可循环再使用，无需填埋占用耕地，差别于钢筋混凝土和金属结构质料在拆除后爆发大宗固体放弃物。

　　1.2 节能保温性能

　　由于木质的导热系数小，木质墙体的保温隔热好，可大大镌汰为了保温、隔热而需要消耗的能量，因此木结构修建的节能环保性能好。

　　1.3 清静性能

　　1.3.1 抗震清静性

　　木结构修建由于自身的质量小，地动时吸收的地动力也相对较少。木结构的韧性大，关于瞬间攻击载荷和周期性疲劳破损有很强的对抗能力，可以吸收并消逝能量。因此木结构的抗震性优良。

　　1.3.2 防火清静性

　　木结构构件的耐火能力，得益于碳化层的�；ぷ饔�。在火势凶猛的情形下木料通常以每分钟0.7mm的速率碳化。碳化层自然地将木料与外界隔离并且提高木结构可遭受的温度。因此，在一场一连30min的大火中，胶合木的每个袒露外貌只有19mm因碳化而损失，余下绝大部分原始横截面则完整无损，其燃烧速率可控，这给职员的清静撤离提供了足够的时间。

　　木结构修建还可通过装置自动喷淋系统、增添防火距离、控制修建物之间的消防距离等步伐，来提高防火能力。

　　1.4 可一连性

　　木料是唯一可以再生的修建质料，具有重复使用的特点。只要科学治理，合理砍伐，就能以树木的成才周期(少则5~6年，多则20~30年)为循环，周而复始地源源一直地获得上等的、可一连使用的修建质料。

　　1.5 设计无邪、刷新利便

　　木结构设计无邪，能够突破木料自身的尺寸限制，实现州差别的设计。在施工历程中能够随时调解和更改空间结构、洞口位置，相较于钢筋混凝土结构更易改扩建。

　　1.6 装配化施工

　　工厂化生产、装配化施工。木结构修建大宗构件能够通过工厂预制成型，工地现场装配，结构件和毗连件的生产和施工可以在整年任何天气条件下举行，施工周期只需一律规�；炷两峁剐藿ǖ�1/3~1/2[11]。镌汰了施工所需的劳动力，降低了操作强度，节约了劳动本钱，提高了施工质量。现代木结构修建可举行的框架整体预制及剪力墙等大片板式构件预制，提高木结构修建的工业化水平，推动了装配式木结构修建生长。

　　2 、木结构修建在海内外应用概况

　　2.1 外洋应用概况

　　在北欧、北美、日本、澳大利亚、新西兰等蓬勃国家和地区木结构的应用相当普遍，如住宅、体育馆、机场、火车站、桥梁、游泳馆、学校修建、商业修建、教堂、博物馆等。

　　2.1.1 住宅

　　在北美，住宅建设衍生出集设计、制作、装置、装修、整体厨卫为一体的集成住宅工业，工厂标准化生产，工地现场装置。北美轻型木结构住宅是一种将小尺寸木构件按不大于600mm的中心间距密置而成的结构形式(见图 1)，占北美住宅的85%以上，无论是在东部照旧西部，均可见到大宗的木结构住宅。

　　

装配式木结构修建的应用现状及展望_1

　　图 1 轻木结构住宅

　　Fig.1 Light Wood Structure Residence

　　2.1.2 体育馆

　　1981年建成的美国塔科马穹顶体育馆穹顶直径162m，横跨地面达45.7m，可容纳观众达26000人。穹顶屋面的主要受力构件为414根截面尺寸为200mm×762mm的胶合木梁，每根胶合木梁凭证穹顶外貌的曲线被弯成曲线形，并通过金属毗连件毗连形成球形的单层网壳结构(见图 2)。屋面檩条与曲线形胶合木肋梁搭接，屋面板接纳2mm×6mm凹槽拼合的冷杉板覆面。

　　

装配式木结构修建的应用现状及展望_2

　　图 2 美国塔科马穹顶体育馆

　　Fig.2 Tacoma Dome Stadium, USA

　　1997年建成的日本大树海体育馆接纳双向胶合木杆件和支持构件组成的三维桁架结构，其长边的上下弦杆与短边杆通过方钢管毗连件和螺栓毗连，形成一个178m(长)×157m(宽)×18.3m(高)的大跨度穹顶空间。屋顶的拱形构架是秋田杉木的构件，表皮接纳聚四氟乙烯的白色半透明质料，与杉木构架的团结给人亲热恬静的感受，该体育馆也成为外地的地标性修建(见图 3)。

　　

装配式木结构修建的应用现状及展望_3

　　图 3 日本大树海体育馆

　　Fig.3 Dashuhai Stadium, Japan

　　除上述大型体育馆之外，木结构还经常用于篮球馆、羽毛球馆、溜冰馆、网球馆及健身中心等中小型体育设施中。

　　2.1.3 机场

　　菲律宾的Mactan-Cebu国际机场是现在亚洲第1个大跨度全木结构的国际机场。该机场屋面设计为跨度23m的全胶合木屋顶，面积达65000m2，如图 4所示。

　　

装配式木结构修建的应用现状及展望_4

　　图 4 Mactan-Cebu国际机场

　　Fig.4 Mactan-Cebu International Airport

　　2.1.4 桥梁

　　在外洋木结构桥梁不但应用于人行桥、景观桥，还被用于大型公路桥，美国就有7%左右的公路桥都为木结构桥[6]，如日本Karikobouzu公路桥、美国Alton Sylor Memorial桥和挪威的Tynset桥。其中2001年在挪威Hedmark县境内建成的Tynset桥(见图 5)，该桥共3跨，总长125m，跨径组合为7.5m+27.5m+70m，主跨矢高为17.3m，其主拱肋纵向、横向截面形式如图 6所示。

　　

装配式木结构修建的应用现状及展望_5

　　图 5 挪威Tynset桥

　　Fig.5 Tynset Bridge, Norway

　　

装配式木结构修建的应用现状及展望_6

　　图 6 主拱肋纵向、横向截面(单位：mm)

　　Fig.6 Longitudinal and transverse sections of main arch ribs (unit: mm)

　　2.2 海内应用概况

　　2.2.1 贵州省黔东南州游泳馆

　　该游泳馆用地为工具长132.4m，南北深112m长方形地块，接纳大跨度木拱屋架结构形式。上部屋盖接纳张弦木拱系统，跨度50.4m;木拱沿弧长分三段拼接，每段由2块截面为170mm(厚度)×1000mm(高度)胶合木构件组合拼装而成，并选用PRF结构胶黏剂粘接，外貌接纳环保型木料防腐液ACQ和防护型木蜡油举行二次涂装，有用提高了耐久性和防潮性。通过6根木撑杆与主索配合形成张弦结构，与纵向索和屋面索组成完整的稳固结构系统。自平衡的张弦木拱以滑移支座支持，消除了支座水平推力。

　　

装配式木结构修建的应用现状及展望_7

　　图 7 贵州省黔东南州游泳馆

　　Fig.7 Swimming Pool of Qiandongnan Prefecture, Guizhou Province

　　2.2.2 成都都江堰向峨小学

　　成都都江堰市向峨小学总修建面积为5290m2，学�？捎糜玫孛婊�16311m2。教学综合楼、宿舍楼均接纳轻木结构修建，是中国第一所全木结构校舍，如图 8所示。每个单体修建零标高以上外墙、内隔墙均接纳38mm×140mm内龙骨，外墙龙骨间距为406mm;楼面主要由楼面搁栅和楼面板组成，在下层墙顶标高处设置大梁，搁栅之间用填块增强毗连。

　　

装配式木结构修建的应用现状及展望_8

　　图 8 都江堰向峨小学

　　Fig.8 Dujiangyan Xiangye Primary School

　　2.2.3 苏州胥江木结构桁架拱桥

　　苏州胥江木结构桁架拱桥全长108m，宽6m，主拱跨度为75.7m的胶合木桁架拱系统，主拱截面高度1.2m，制作这座木拱桥共使用了400m3的木料，是现在天下单孔跨度最大的木结构桥梁，如图 9所示。该桥接纳高硬度松木，由7cm宽、3cm厚、2m左右长度的小木条拼接胶合而成，设计承载力4.5kN/m2，总承载力为195t。

　　

装配式木结构修建的应用现状及展望_9

　　图 9 苏州胥江木结构桁架拱桥

　　Fig.9 Suzhou Xujiang wooden truss arch bridge

　　2.3 制约中国木结构修建生长的因素

　　总体上外洋装配式木结构修建在民用、工业用、农业上皆有应用，除农业用比例最小和价值小外，工业和民用木修建在现实生涯中都是“大手笔”的修建作品。但在海内，我们险些未见工业用的木修建，如木厂房、木车间、木客栈，除了一些规模较较小的园林景观修建外，也很少建设其他类非住宅型木修建，诸如地标修建、商业修建、纪念堂、大型体育或休闲娱乐或宗教类等修建。制约中国木结构修建生长的主要因素为以下三个方面。

　　2.3.1 木结构设计规范限制

　　修建层高、修建层数的划定限制了木结构修建的生长。消防规范过于严肃，与外洋的消防理念有较大差别。外洋重点是确�；鹪质敝霸鼻寰�，中国除了人之外，还需要确保工业不受损失。因此许多设计计划，在外洋行得通，于海内审查却无法过关。

　　2.3.2 上下游工业链不完善

　　近几十年来，砖石、钢筋混凝土结构风行一时，导致修建用木料的处置惩罚手艺和现代木料工业障碍。工程木料的相关研究也落伍于蓬勃国家。

　　2.3.3 公共看法的制约

　　公共仍停留在古板木料的看法上，以为木结构修建易着火、腐败快及防白蚁。历史上兵荒马乱、杀人纵火，衡宇容易被人一把火烧了，照旧砖石、钢筋混凝土结构可靠。这些过失看法需要指导并消除。实质上，太过依赖砖石、钢筋混凝土结构也有问题，钢筋、砂石、水泥资源有限，不环保、不可一连，许多地方砂石开采已经紧迫。

　　3 、我国装配式木结构修建生长展望

　　木结构是中国几千年修建历史上最主要的修建形式。但自上世纪60年月起，新建的木结构修建在我国占比很低，与蓬勃国家相比，有很大的差别，木结构的生长尚有很大的空间。随着国家标准《装配式木结构修建手艺标准》[12]和新版《木结构设计标准》[13]的公布实验，以及国家勉励装配式修建生长的政策推动，中国木结构修建行业将会泛起爆发式生长。特殊是我国经济一连高速增添，抗震要求高、或造型特殊的公共修建、栖身修建、桥梁工程等大批建设项目待建，为装配式木结构修建提供了辽阔的应用远景。对木结构修建的推广应举行科学指导，尽快形成木结构修建工业链，业主、设计、施工、制作等各方主体形成协力，配合推动我国木结构修建康健生长。

　　(1)多措并举，在天下规模内，鼎力大举推广装配式木结构系统。在地动区、地质灾难多发区、旅游度假区，重点推广木结构修建。提升农村木结构修建占比，争取旅游景物区木结构修建全笼罩。

　　(2)加速研究多层、高层现代木结构修建手艺，举行高层木结构修建试点树模。推动木结构修建在政府投融资公共项目中的应用，以及在平改坡、棚户区、历史风貌修建刷新中的应用。

　　(3)逐年增添木结构研发投入，一直攻克木结构应用的要害手艺难题。海内多家高等院校、研究机构、木结构制造企业，在解决工程木料的强度、防火、防潮、及耐久性方面，有了突破性希望，逐步为木结构修建的大面积推广应用扫清了障碍。

　　4 、结语

　　我国已具备鼎力大举生长现代木结构的条件，生长现代木结构是绿色低碳和修建工业化的主要途径，加速装配式木结构修建的生长，有利于修建业企业的转型升级。要以国家鼎力大举生长装配式修建为契机，尽快形成装配式木结构修建的工业链，加大工程木料的研发投入，在手艺上争取早日抵达天下领先水平。

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