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木结构构件

/timber members/
条目作者熊海贝

熊海贝

最后更新 2024-12-03
浏览 189
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以木材为主要材料制成的建筑结构体系的基本单元。

英文名称
timber members
所属学科
土木工程

如现代木结构中的木柱(木组合柱)、木梁(木组合梁)、木格栅、木质墙体、木檩条、木楼(屋面)板等,以及中国传统木结构中的木柱、额枋、斗拱、椽条、地栿、望板等(图1)。木结构构件不同于装饰用的木装饰板材,其特点是承受外部荷载并将荷载有效传递到整个结构体系中。

木结构组件指两个及以上木结构构件组合而成的单元,与用途紧密相关,如现代木结构中的轻型木结构剪力墙、轻型木结构楼屋盖、齿板木桁架等。

图1 柚木屋顶结构构件图1 柚木屋顶结构构件

在中国浙江省宁波市的河姆渡遗址中,发现了距今5000~7000年的长江中下游文化,遗址清理出来木桩、木板、木柱、木梁、木枋等木结构房屋构件,有些构件上带有榫头和卯口,这是有史料证实的最早的木结构构件。榫头和卯口嵌入连接木结构构件是最具代表性的连接方式。早在公元前200年,木结构构件已发展到标准化加工和建造阶段,中国陕西省历史博物馆中展出的秦代木柱与木梁节点,采用了金属外包套接。记载最早的木结构建造手册是五代末至北宋初年的木匠喻皓所著的《木经》。宋代李诫在《木经》和《元祐法式》(宋元祐六年,1091)的基础上编制成《营造法式》,对木构件的材质、尺寸、连接方式、用途等做了严格的规定和清晰的说明,成为指导中国传统木结构构件和房屋建造的传世之作。中国建筑学家梁思成编著的《营造法式注释》对其加以诠释,使其发扬光大传承至今。

现代木结构中的构件和组件与中国传统木结构有明显不同。19世纪80年代,美国诞生了一批用小截面的针叶材为主要构件的轻型木结构房屋,北美近90%的独立小屋(三层楼以内的私人住宅)采用这种结构形式。其木构件和木组件主要有轻型木结构剪力墙、轻型木结构楼屋盖、齿板木桁架、现场拼接木柱和木梁等。20世纪60年代起,欧美木材加工技术得到迅猛发展,诞生了一批工程木产品,其成为建造公共建筑、大跨木结构展馆或体育场馆、桥梁或塔架的主要受力构件,并在世界范围得到推广和应用(图2)。

图2 凯德斯湾的以利亚·奥利弗之家图2 凯德斯湾的以利亚·奥利弗之家

木结构构件可以由天然木材经锯切而成,也可采用层板胶合木、正交胶合木、旋切板胶合木、平行木片胶合木、层叠木片胶合木和定向木片胶合木等现代工程木产品。天然木材是各向异性材料,表现为抗拉强度、抗压强度、剪切强度、弹性模量等力学指标在顺纹方向、横纹方向、横截面径向和切向各不相同。木构件设计时应尽量避免构件出现横纹受拉、顺纹剪切、横纹剪切等不利情况,发挥木构件顺纹抗拉和顺纹抗压能力。采用工程木产品制成的木构件,力学性能稳定可靠,截面和长度可根据工程需要设计和加工制作,有效避免了天然木材缺陷及尺寸受限的特点,成为现代大跨木结构或高层木结构的主要受力构件。

木结构构件是组成木结构组件和木结构房屋的基本元素,其构件截面尺寸和形式须经工程设计确定,应遵循国家或地方相关建筑法规和设计规范,除满足力学性能外,尚须考虑木结构构件的变形能力、工作环境和耐久性,并须满足抗火性能要求。

木结构构件可以与其他建筑材料构件共同组成混合结构体系。如木-土结构、木-石结构和木-砖结构等(图3)。这类混合结构的特点是以土、石或砖作为竖向承重墙体,以木梁、木格栅和木屋架等组成水平承重体系,充分利用木构件抗弯、抗拉性能好、自重轻且安装方便的特点。新型木-钢混合体系中,木质墙体嵌入钢框架中形成水平抗侧力体系;木格栅-木楼板或钢梁-木楼板形成混合楼盖体系。新型木-混凝土混合结构中,木构件或木组件常作为竖向承重或自承重构件,与提供抗侧向承载力的混凝土构件共同工作,如混凝土框架-木楼盖/木屋盖体系、混凝土核心筒-木框架/木剪力墙体系等。

图3 木石结构房屋图3 木石结构房屋

随着加工和装配技术的发展,木构件组成的结构受力部件与管线设备、保温墙体等集成,可形成模块化部品部件,成为装配式建筑发展的主要产品之一。凭借其可再生、高回收利用价值和良好的固碳、环保、健康等特点,木结构构件将得到更广泛的应用和发展。

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