可裝配式木結(jié)構(gòu)文獻(xiàn)綜述.doc

1、引言：與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，可裝配式木結(jié)構(gòu)具有高效，環(huán)保，清潔， 耐久等優(yōu)點(diǎn)，本文對(duì)新型可裝配式木結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行了分析，并與鋼筋混凝土，砌體等其他類型結(jié)構(gòu)作對(duì)比，參考相關(guān)文獻(xiàn)資料得出應(yīng)用裝配式結(jié)構(gòu)在抗震、施 工、節(jié)能、舒適、環(huán)保方面的優(yōu)越性。相較于國(guó)外可裝配式木結(jié)構(gòu)的大量運(yùn)用，如美國(guó)每年建造的150萬(wàn)棟房屋，70%用木材建造，我國(guó)木結(jié)構(gòu)建筑一直被排除在主流建筑之外，而木材是極少數(shù)環(huán)保且可再生的建筑材料，因此，在我國(guó)研究新型可裝配式木結(jié)構(gòu)尤為重要。相較 于目前的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，木結(jié)構(gòu)在抗震、施工、節(jié)能、舒適、環(huán)保等方面具有得天獨(dú)厚的 優(yōu)越性。一、 抗震2008年5月12日，突如其來(lái)的汶川大地震造

2、成建筑物大量倒塌或嚴(yán)重破壞. 然而經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，木結(jié)構(gòu)建筑表現(xiàn)出優(yōu)越的抗震性能 ，僅有少數(shù)年久失修的 木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)生倒塌及部分木結(jié)構(gòu)民居破壞嚴(yán)重 ，絕大部分木結(jié)構(gòu)建筑只發(fā) 生輕微破壞甚至完好無(wú)損。可以說(shuō)木結(jié)構(gòu)在汶川地震中的表現(xiàn)是十分優(yōu)秀 的，體現(xiàn)了木結(jié)構(gòu)相對(duì)于鋼筋混凝土和砌體在抗震方面的優(yōu)越性，那么，木結(jié)構(gòu)為何會(huì)有這么優(yōu)異的抗震能力呢？眾所周知，地震造成的地面運(yùn)動(dòng)使建筑物產(chǎn)生的側(cè)向慣性力集中作用于建筑 中質(zhì)量最大的部分，如屋蓋和各層樓蓋。屋蓋和樓蓋的側(cè)向力應(yīng)由墻體承受， 且房屋的整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)適當(dāng)?shù)剡B接在基礎(chǔ)之上。木框架建筑的以下各部分對(duì)于 其抗震能力至為關(guān)鍵：與基礎(chǔ)的錨固；墻體的強(qiáng)度及延性：水平樓

3、蓋、屋蓋和天花板的強(qiáng)度及連續(xù)性：所有框架構(gòu)件的相互連接。以下是木框架建筑的一些特性：1、強(qiáng)度和剛度地震產(chǎn)生的側(cè)向力會(huì)使建筑物扭曲，使墻體變形（不再方正）。帶撐墻或剪 力墻的木結(jié)構(gòu)在地震時(shí)會(huì)提供關(guān)鍵的抗變形能力。用膠合板或定向刨花板為 面板的墻體，在地震時(shí)具有極為有效的抗變形能力。在可能發(fā)生強(qiáng)震的地 帶，可使用較厚的結(jié)構(gòu)面板，較多或較大的釘子，以增強(qiáng)墻體的剛度和抗變 形能力。此外，研究和經(jīng)驗(yàn)還表明，些“非結(jié)構(gòu)”構(gòu)件也有助于增強(qiáng)建筑物 的側(cè)向抗力。例如，內(nèi)墻飾面、隔墻以及多種外墻覆層，都有助于增強(qiáng)建筑 物的側(cè)向抗力。2、延性砌體和混凝土等建筑材料需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)及細(xì)部處理，才能保證較好的 抗震性

4、能。與這些材料相比，木結(jié)構(gòu)體系得天獨(dú)厚，具有較好的延性。延性 是指建筑結(jié)構(gòu)可以屈服、變形而不倒塌的能力。在經(jīng)受地震這種突然荷載 時(shí)，房屋具備一定的柔性是最為理想的，因?yàn)槿嵝钥梢栽试S房屋耗散部分能量。眾多釘節(jié)點(diǎn)使木框架 房屋具有十分有效的延性。3、重量木框架建筑的重量較輕。使用絕熱混凝土模板建造的混凝土墻約是一般 木制框架墻7倍重。由于地震力與結(jié)構(gòu)的重量成正比，精心設(shè)計(jì)和施工的 輕質(zhì)木框架房屋便可在地震中有上佳表現(xiàn)。4、冗余性擁有較多傳力路徑的房屋一般被認(rèn)為在結(jié)構(gòu)上具有冗余性。他們?cè)诘卣鹬锌?以提供額外的安全性。由沉重的框架支撐的建筑結(jié)構(gòu)依靠較少的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和 連接。于是，設(shè)計(jì)或施工中的任何缺陷都

5、可能導(dǎo)致相鄰的傳力路徑超載。而 典型的木框架建筑是由數(shù)以百計(jì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件和數(shù)以千計(jì)的釘節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)成 的。這意味著，如果某一個(gè)傳力路徑受到破壞，它所承擔(dān)的荷載可由鄰近的 構(gòu)件或節(jié)點(diǎn)予以承擔(dān)。5、連接性覆有木基面板的墻體除了能抵抗地震力外，房屋的設(shè)計(jì)與施工還應(yīng)能防止 房體的滑動(dòng)或傾覆。無(wú)論是哪一種情況，都應(yīng)將房屋適當(dāng)?shù)剡B接在基礎(chǔ)之 上。墻體、樓蓋和屋蓋框架的相互連接，使得房屋成為一個(gè)堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)單 元，這對(duì)于房屋在地震中保持完整是十分重要的。而國(guó)外的許多案例也表明了木結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性：SanFemando Earthquake h 1971該次地震發(fā)生在洛杉磯北郊，大量的獨(dú)戶住宅以及醫(yī)院和商業(yè)建筑受到影

6、響。用無(wú)筋砌體與鋼筋混凝土建造的醫(yī)院和辦公樓有的倒塌，有的受損程度 嚴(yán)重而只能拆除。大多數(shù)木框架房屋卻表現(xiàn)出色，尤其是從保護(hù)生命安全 角度來(lái)看，圣費(fèi)爾南多地區(qū)舊住宅的損壞情況從表面受損到部分坍塌，情況 不一。受損嚴(yán)重的包括：房體滑離基礎(chǔ)、管線空間的“矮墻”坍塌、房屋附 加結(jié)構(gòu)單元（如門廊）倒塌以及砌體煙囪坍毀。底層有大面積開(kāi)孔的一幢較 新的兩層公寓受到嚴(yán)重影響，這類公寓樓的底層一般都是車庫(kù)。由于車庫(kù)的一面墻體是敞開(kāi)的，所以這類樓層便成為“軟弱層”。通過(guò)這次 地震，人們認(rèn)識(shí)到堅(jiān)固的墻體與穩(wěn)固的基礎(chǔ)連接的重要性。建筑規(guī)范隨后也 做了相應(yīng)的更新。Northridge Earthquake 41199

7、4北嶺地震于1994年1月17日襲擊了洛杉磯北部人口稠密的圣費(fèi)爾南多谷 地。此次地震雖是中等強(qiáng)度（6.7級(jí)），但其地面峰值加速度卻是有史以來(lái) 所記錄到的最高的，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于當(dāng)時(shí)建筑規(guī)范中所給出的加速度8。為數(shù)眾多 的房屋在地震中倒塌，其中很多是大型建筑。幸虧地震發(fā)生的時(shí)間較好， 造成的傷亡人數(shù)有限。人們對(duì)1994年北嶺地震進(jìn)行了廣泛的研究。結(jié)果表 明，絕大多數(shù)木框架房屋在地震中表現(xiàn)良好。而且這類房屋遭受的大部分損 壞不是結(jié)構(gòu)性的，易于修復(fù)E 11 o2、 施工1、施工方便，周期短木結(jié)構(gòu)房屋的施工期大約是傳統(tǒng)房屋的 50% ,為開(kāi)發(fā)商提供了最快的資金 回籠時(shí)間。傳統(tǒng)房屋的施工期是 6-10個(gè)月，由于

8、木結(jié)構(gòu)板架與墻體以預(yù) 制構(gòu)件形式運(yùn)到工地組裝，因此施工期僅為3"個(gè)月。完工時(shí)，傳統(tǒng)房屋 j精選是毛坯房，而木結(jié)構(gòu)完工時(shí)是精裝修的，馬上可入住。木結(jié)構(gòu)房屋的墓礎(chǔ)施工 工期約需要14天,結(jié)構(gòu)部分一般為14天，室內(nèi)外裝修等在62天左右?？偟墓?期為90天。預(yù)制件如屋架，地板、板架和墻體可以在基礎(chǔ)架構(gòu)開(kāi)始施工的同 時(shí)生產(chǎn)，有人測(cè)算過(guò)，一棟3 0平方米房屋的屋架，地板、板架和墻體可以在 48小時(shí)內(nèi)完成。此特點(diǎn)給開(kāi)發(fā)商帶來(lái)了項(xiàng)目運(yùn)作周期短，少支付銀行利息，減 小資金壓力和降低市場(chǎng)變化風(fēng)險(xiǎn)的有利條件。另外，木結(jié)構(gòu)房屋施工簡(jiǎn)易，除土地配套設(shè)施外，施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有成堆的磚 頭、鋼筋、水泥和塵土 ,木結(jié)構(gòu)房

9、屋所用的結(jié)構(gòu)構(gòu)建和連接件都是在工廠22、建造成本低因現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的一次性投資成本較高，使得人們對(duì)其望而卻步，但人們忽略了這只是建筑耗費(fèi)的開(kāi)始。不同的建筑成本對(duì)比建筑類理！ 實(shí)際建造成本 房屋使用過(guò)程綜合測(cè)算傳統(tǒng)詰祖建筑木結(jié)構(gòu)建筑77% 腕 6%96.5%上表表明了不同結(jié)構(gòu)的總成本對(duì)比結(jié)果。從建造成本考慮，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)使 用工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)拼裝的方式，節(jié)約了大量的人力。從使用成本考慮，木 結(jié)構(gòu)具有保溫隔熱等節(jié)能特性，減少了大量的能源耗損、日常開(kāi)支等。從 維護(hù)成本考慮，木結(jié)構(gòu)可采用直接替換進(jìn)行更新，降低了大量的材料消耗。因此，與其它結(jié)構(gòu)相比，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)最具有成本優(yōu)勢(shì)出3、 節(jié)能木材的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，使其具有

10、吸收空氣的特征，所以它是一種良好的保溫隔 熱體。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究，在達(dá)到相同保溫效果的條件下，木材需要的厚度是混凝 土的1/15 ,鋼材的1400 ,鋁材的1/1600 o而且，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)特殊的墻體結(jié) 構(gòu)使其具有更加優(yōu)良的保溫隔熱性（如圖）。通常在墻板、屋頂板、內(nèi)墻板夾 層中分別設(shè)置10 cm或5 cm厚的保溫隔熱層，總墻體約15cmi5 cm厚就可 滿足建筑熱工的需求。具體來(lái)說(shuō)，如果使用同樣的玻璃纖維或泡沫塑料作為保 溫材料時(shí)，木結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)的保溫性能高15%-17% ,隔熱效果比空心磚墻建筑 局3倍。檢測(cè)結(jié)構(gòu)及能量匯總項(xiàng)目一一一_實(shí)測(cè)采暖耗熱量CW/n )折算標(biāo)準(zhǔn)年單位采暖耗熱量(W/m'

11、;)采暖季耗煤最(kg/n/a)主體墻傳熱系粼w/m& K)屋頂傳熱系數(shù)(計(jì)算值“W/加 K)單玻雙框塑鋼窗傳熱系數(shù)(W/m 7、)名稱 輕型木 砧混復(fù)合俁結(jié)構(gòu)住宅 溫結(jié)構(gòu)住宅25. 3821. 6120. 87 (L244 0.300 <1 4on.7545. C738.22,；2.695上表是對(duì)輕型木結(jié)構(gòu)住宅與磚混復(fù)合保溫墻體結(jié)構(gòu)住宅節(jié)能及空調(diào)供熱系 統(tǒng)檢測(cè)與對(duì)比研究試驗(yàn)，結(jié)果表明輕型木結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)采暖耗熱量(25.38W /m2) 比磚混復(fù)合保溫結(jié)構(gòu)住宅(43.75W /m2)節(jié)省41.99% ,折算到標(biāo)準(zhǔn)年單位采暖 耗熱量節(jié)省了 45.40% ,采暖季耗煤量節(jié)省了 45.40

12、%。所以，木結(jié)構(gòu)墻體材料 的保溫御寒性與磚混結(jié)構(gòu)相比可大大節(jié)省空調(diào)數(shù)量、空調(diào)用電和采暖煤氣?，F(xiàn) 代木結(jié)構(gòu)就好像一座天然的空氣調(diào)節(jié)器，相比其他結(jié)構(gòu)，冬暖夏涼、 熱舒適性更好。從節(jié)能角度考慮，木結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性不言而喻口。4、 舒適由于國(guó)內(nèi)多年來(lái)使用實(shí)心黏土和混凝土建造房屋，所以人們更偏愛(ài)磚混住宅。 但走進(jìn)木結(jié)構(gòu)住宅去感受一下，就會(huì)現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)。例如：磚混住宅無(wú)論裝修如何 豪華，隔一段時(shí)間不用就會(huì)有陰冷潮濕之感，而木結(jié)構(gòu)住宅使用的配套建材都 具有環(huán)保特性。生活在木結(jié)構(gòu)住宅里，仿佛置身于大自然，使人受益于潛移 默化之中。所以，西方對(duì)木結(jié)構(gòu)住宅有強(qiáng)烈的偏愛(ài)。同時(shí)由于建筑材料自身 的特點(diǎn)，使木結(jié)構(gòu)外觀造型和室內(nèi)

13、布局設(shè)計(jì)十分靈活，可以充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師 的想象力和入居者的個(gè)性。在加拿大，即使大規(guī)模的住宅區(qū)也很難找到兩幢設(shè) 計(jì)相同的住宅，更沒(méi)有“兵營(yíng)式”的同房型小區(qū)，而這正是目前中國(guó)的房地產(chǎn) 業(yè)所缺乏的。加拿大的歐洲移民背景使其在建筑風(fēng)格上吸收了歐洲各國(guó)各時(shí)期 的建筑特色，擁有眾多的傳統(tǒng)及現(xiàn)代建筑風(fēng)格。例如，源于英國(guó)中世紀(jì)的“都鐸式”,田園情調(diào)的“鄉(xiāng)村式”，充滿浪漫色彩的“法蘭西式”，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?雅的“維多利亞式”等。中國(guó)的低層住宅在設(shè)計(jì)水平和品位上尚待提高，一個(gè)重要的障礙就是使用混凝土材料難以完成復(fù)雜靈活的建筑造型。 而木結(jié)構(gòu)住宅在這方面擁有極大的優(yōu)勢(shì)。不僅房屋設(shè)計(jì)可以隨心所欲，施工過(guò)程 中還能隨時(shí)調(diào)整和更改

14、房間的布局、門窗的位置等，甚至在使用過(guò)程中，也可 以輕易地?cái)U(kuò)建和改造。這些都是混凝土住宅所難以企及的。5、 環(huán)保在當(dāng)今的四大材料“鋼材、水泥、塑料、木材”中，木材是惟一可以再生， 又可多次循環(huán)利用的天然資源。木材是綠色生態(tài)建材，除了給人以舒適、美 感、回歸自然的感受外，還給人帶來(lái)健康的生活環(huán)境。作為生態(tài)建材具有以 下幾方面的優(yōu)勢(shì)：1、木材生產(chǎn)和使用能耗低樹(shù)木的生長(zhǎng)借助于自然界的土地、水分、陽(yáng)光而生長(zhǎng)成材，在所有的建筑 材料中，木材及其制品的獲取，包括生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、供應(yīng)，它所需要的能量最小。不像鋼材、水泥要?dú)v經(jīng)采掘、冶煉、燃燒消耗大量的熱能和 造成環(huán)境污染。木結(jié)構(gòu)具有良好的隔音性和保溫隔熱性

15、能，有研究表明： 若達(dá)到同樣的保溫效果，木材需要的厚度是混凝土的1/15 ,是鋼材的1400。在使用同樣的保溫材料時(shí)，木結(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)的保溫性能好15% - 70% ,這意味著不僅建筑能耗的大大降低，也可節(jié)約材料，而且居住環(huán) 境質(zhì)量將得到提高。另外，木材對(duì)熱、聲、電的傳導(dǎo)性都較低，把木材作 為木結(jié)構(gòu)的梁、板、柱和墻體材料是粘土磚和水泥制品所不可及。常用建筑材料熱I：參數(shù)指標(biāo)覽度對(duì))比熱£) 導(dǎo)熱系數(shù)蒂熱系數(shù)6)(kft/in 3)(kj/fcak) (W/ia -K) Z=Zlh-W 而二松和云杉垂rc木線55001742.512松和云杉平行木紋55003192.512木板31版谷蟹銀

16、)2500X582.512鋼筋混凝土24001,5120.537布液混凝土1C000.4.70.754泡沫混凝土8000.2910.837軒frt漿粘十痔砌體17000.7560.879水濃眇漿0.930.837布棉木泥板塊190003490.S376000.1742.5124.LS71.62814,9454.7103.7459.01S10.06633代4.361通過(guò)常用建筑材料熱工參數(shù)指標(biāo)(上表)可以比較得出作為墻體材料而言， 紅磚砌體的導(dǎo)熱系數(shù)是松和云杉垂直木紋及膠合板材料的435倍，是干木板 的13倍；鋼筋混凝土是上述木質(zhì)材料的869倍和26倍，由此可知木材 和木制品作為墻體材料對(duì)建筑的

17、冬季取暖和夏季空調(diào)的建筑能耗將大幅 度的降低可。2、木材對(duì)環(huán)境污染小木材的加工過(guò)程僅是改變形狀的冷加工物理過(guò)程，不涉及到相變或其他復(fù)雜 過(guò)程，不像水泥、紅磚的燒成和鋼材的冶煉排放CO 2、SO 2和大量粉塵，對(duì) 水體和空氣的污染是很小的。水泥造成的水污染是木材的1.9倍，鋼材的生 產(chǎn)對(duì)水的污染是木材的120倍；木結(jié)構(gòu)材料對(duì)水毒性的影響亦最低，鋼結(jié)構(gòu) 為木結(jié)構(gòu)的3.47倍，混凝土結(jié)構(gòu)為木結(jié)構(gòu)的2.15倍。木材在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收 C02,放出氧氣，起到了凈化空氣的作用。鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的空氣污染為木結(jié)構(gòu)的L7倍，混凝土結(jié)構(gòu)為2.2倍；由于C0 2是溫室效應(yīng)的直接 原因，科學(xué)家們提議為了減少空氣中的C02,

18、我們應(yīng)多種植樹(shù)木。正在迅速 成長(zhǎng)的森林是吸收C 0 2的主體，可持續(xù)發(fā)展的林業(yè)所提供的永不枯竭的森林 資源可使空氣質(zhì)量更加清新。另外，木材在加工過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物和廢木 制品以及建筑木制品垃圾，可以綜合利用和多次循環(huán)使用，不產(chǎn)生剩余 物，對(duì)環(huán)境少污染61。總而言之，通過(guò)以上對(duì)木結(jié)構(gòu)房屋的的介紹，可以充分體現(xiàn)出木結(jié)構(gòu)的特 色：木結(jié)構(gòu)建筑可以產(chǎn)生更具沖擊力的視覺(jué)效果，取自大自然的天然材質(zhì)使建 筑具有一種特別的親和力，消除建筑本身作為外來(lái)物的冰冷感覺(jué)；木結(jié)構(gòu)建 造的靈活性可以充分發(fā)揮個(gè)性化、人格化特點(diǎn)。5相選木材作為一種永恒的材質(zhì)，古老而又現(xiàn)代，木結(jié)構(gòu)建筑在風(fēng)格特性上與城市 特點(diǎn)遙相呼應(yīng)，彰顯人文特點(diǎn)。因此，木結(jié)構(gòu)建筑將塑造的不僅僅是可供使 用的建筑實(shí)體，更可成為一座座人文景觀，木結(jié)構(gòu)建筑完全是取自天然，用 之天然的建造手段，是順應(yīng)環(huán)境的結(jié)構(gòu)體系。，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)從各個(gè)方面展現(xiàn) 了其不可替代的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)代木材又給建筑增添了新的功能和作用。只要設(shè) 計(jì)合理和防護(hù)良好，必然使得現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)成為我國(guó)建筑的主流。6、 結(jié)論：由于可裝配式木結(jié)構(gòu)具有質(zhì)輕，可再生，抗震性能良好，工期短，環(huán)保節(jié)能等