木结构是人类文明史上最早的建筑形式之一,这种结构形式以优良的性能和美学价值被广泛推广应用。我国木结构建筑的发展经历了以下几个阶段: 我国木结构历史可以追溯到3500年前,其产生、发展、变化贯穿整个古代建筑的发展过程,也是我国古代建筑成就的主要代表。最早的木框架结构体系采用卯榫连接梁柱的形式,到唐代逐渐成熟,并在明清时期进一步发展出统一标准,如《清工部工程做法则例》。始建于辽代的山西省应县木塔是中国现存最高最古老的一座木构塔式建筑,该塔距今近干年,历经多次地震而安然无恙;故宫的主殿太和殿是我国现存体形最大的木结构建筑之一,它造型庄重,体型宏伟,代表了我国木结构建筑的辉煌成就。
木结构是人类文明史上最早的建筑形式之一,这种结构形式以优良的性能和美学价值被广泛推广应用。我国木结构建筑的发展经历了以下几个阶段:
我国木结构历史可以追溯到3500年前,其产生、发展、变化贯穿整个古代建筑的发展过程,也是我国古代建筑成就的主要代表。最早的木框架结构体系采用卯榫连接梁柱的形式,到唐代逐渐成熟,并在明清时期进一步发展出统一标准,如《清工部工程做法则例》。始建于辽代的山西省应县木塔是中国现存最高最古老的一座木构塔式建筑,该塔距今近干年,历经多次地震而安然无恙;故宫的主殿太和殿是我国现存体形最大的木结构建筑之一,它造型庄重,体型宏伟,代表了我国木结构建筑的辉煌成就。
1949年新中国成立后,因木结构具有突出的就地取材、易于加工优势,当时的砖木结构占有相当大的比重。特别是“大跃进"时期,我国的砖木结构建筑占比达到46%。
20世纪50、60年代,我国实行计划经济,提出节约木材的方针政策,国外经济封锁又导致木材无法进口,这对木结构建筑发展产生了很大束缚。20世纪70年代,基于亘内生产建设需要,国家提出“以钢代木"、“以塑代木"的针,木结构房屋被排除在主流建筑之外。
从20世纪80年代起,为了发展经济对森林大肆采伐,导致森林资源量急剧下降,到80年代末我国的结构用材采伐殆尽,当时国家也无足够的外汇储备从国际市场购进木材。党中央、国务院针对我国天然林资源长期过度消耗而引起生态恶化的状况,做出了实施天然林资源保护工程的重大决策,并相继出台了一系列木材节约代用鼓励性文件。此外,我国快速工业化带来的钢铁、水泥等产业的大发展,促进了钢混结构建筑的推广。这造成中国发展了几干年的传统木结构体系逐渐解体,新的砖砌体、砖混结构逐渐成为新建农村住宅的主要结构形式。大专院校停开木结构课程,并停止培养研究生,原来从事木结构的教学和科技人员不得不改弦易辙,木结构学科消亡,木结构人才流夫严重,飞得我区木结构建筑研究和应用处于停滞状态。
中国加人WTO后,与国外木结构建筑领域的技术交流和商童活动迅速增加。1999年,我国成立木结构规范专家组,并开始全面修订《木结构设计规范》。从2001年起,我国木结构进口实行零关税政策,越来越多的国外企业开始进入中国市场,并将现代木结构建筑技术引进中国,木结构建筑进入新一轮发展阶段。
近年来,我国现代木结构建筻市场发展呈上升态势,木结构建筑保有量约1200万~1500万m2。截至2013年底我国木材加工规模以上企业数量达1416家。2014年至国木材产业总产值2.7万亿元,进出口总额1380亿美元,就业人口1000万人。我国现有的木结构建中,轻型木结构是主流,占比近70%,重型本结构占比约16%,其他形式木结构(包括重轻木混合、井干式木结构、木结构与其他建筑结构合等)占比约17%。木结构别墅占已建木结构建筑的51%,仍是目前木结构建筑应用的主要市场。
随着时代和科技的发展,现代木结构建筑采用新材料、新工艺和工厂化的精确化生产,与传统木结构建筑相比更具绿色环保、舒适耐久、保温节能、结构安全等优势,具有优良的抗震、隔声等性能,比钢筋混凝土结构和砌体结构更具优越性。
现代木结构集传统建筑材料和现代加工、建造技术于一体。现代木结构建筑采用标准化设计、构件工厂化生产和信息化管理、现场装配的方式建造,施工周期短,质量可控,符合建筑产业化的发展方向。以原木结构建筑为例,从原料的获取→构件加工制作→现场装配,整个工艺流程全部机械化。在工厂制作加工装配式木构件、部品,包括内外墙板、梁、柱、楼板、楼梯等,然后运送到施工现场进行装配。
生产工艺流程
标准构配件模数配置及集成化的设计,统一预制加工生产,通过工具化的构造,简易快捷地形成木质构配件产品的组合集成化。
现代木结构建筑结构体系分为轻型木结构、胶合木结构和原木结构体系,以及木结构与其他结构的组合体系。
轻型木结构体系
轻型木结构是由规格材、木基结构板材或石膏板制作的木构架墙体、楼板和屋盖系统构成的单层或多层建筑结构(见图2)。墙骨柱、楼盖格栅、轻型木桁架或椽条之间的间距一般为 600mm,当设计特别要求增加桁架间距时,最大间距不超过1200mm。
外墙的墙骨柱内侧为石膏板,外侧为定向刨花板(OSB 板)、胶合板、外挂板或其他饰面材料,墙骨柱之间填充不燃保温材料。
构件之间可采用钉、螺栓、齿板连接及通用或专用金属连接,以钉连接为主。轻型木结构可建造居住、小型旅游和商业建筑等。
轻型木结构体系
胶合木结构体系
胶合木结构是采用20~45mm厚的锯材胶合而成的层板胶合木构件制造的房屋结构体系。
胶合木结构指承重构件采用层板胶合木制作的单层或多层建筑结构,也称层板胶合木结构。木材通过工业化生产、加工,利用化学黏合高压成型和材料改性满足结构要求。
胶合木房屋的墙体可以采用轻型木结构、玻璃幕墙、砌体墙以及其他结构形式。构件之间主要通过螺栓、销钉、钉、剪板以及各种金属连接件连接。胶合木结构适用于单层工业建筑和多种使用功能的大中型公共建筑,如大空间、大跨度的体育场馆。
胶合木结构体系
加拿大列治文椭圆速滑馆
原木结构体系
原木结构采用规格及形状统一的方木、圆形木或胶合木构件叠合制作,是集承重体系与围护结构于一体的木结构体系。
其肩上的企口上下叠合,端部的槽口交叉嵌合形成内外围护墙体。木构件之间加设麻布毡垫及特制橡胶胶条,以加强外围护结构的防水、防风及保温隔热。
原木建筑具有优良的气密、水密、保温、保湿、隔声、阻燃等各项绝缘性能,原木建筑自身具有可呼吸性,能调节室内湿度。
原木结构适用于住宅、医院、疗养院、养老院、托儿所、幼儿园、体育建筑等。
原木结构住宅
木结构组合体系
木结构组合建筑指由木结构或其构、部件和其他材料(如钢、钢筋混凝土或砌体等不燃结构)组成共同受力的结构体系。上部的木结构与下部的钢筋混凝土结构通过预埋在混凝土中的螺栓和抗拔连接件连接,实现木结构中的水平剪力和木结构剪力墙边界构件中拔力的传递。
与下部钢筋混凝土结构相比,上部木结构质量轻,抗侧刚度较小,具有下重上轻、下刚上柔的非均匀结构特点。
木结构组合建筑可采用以下2种形式:①上部为木结构,下部为其他结构的组合结构形式,若下部为4层钢筋混凝土结构,上部为木结构,简称 “4+3”组合结构;②在混凝土结构、砌体结构或钢结构中,采用轻型木楼盖或轻型木屋盖作为水平楼盖或屋盖的组合结构形式,如轻型木桁架用在平屋面改坡屋面工程中。
尽管木结构建筑的允许层数最高为3层,但作为木结构组合建筑则可建到7层,即上部木结构建筑仍为3层,下部钢筋混凝土或砌体等不燃结构为4 层。这增加了木结构的应用范围,是一种可行的组合结构形式。
某轻木—混凝土上下组合建筑
目前针对我国各地区经济发展不平衡,木结构产业基础不一的现状,采取多措并举的方针。
(1)重点推进具备条件的特色地区、旅游度假区、园林景观等低层建筑,以及平改坡、棚户区改造工程因地制宜地采用木(竹)结构建筑。在经济发达地区农村自建住宅、新农村居民点建设中推进木结构农房建设。政府投资的学校、幼托、敬老院、园林景观等新建低层公共建筑采用木结构。
(2)积极研发木质框架结构墙体和木质非承重墙体并推进其在建筑工程中的应用。鼓励各地将轻木结构建筑中的木质框架结构墙体和重木结构建筑中的木质非承重墙体列入《新型墙体材料目录》之中。鼓励建设单位在新建、扩建、改建建筑工程中使用木质新型墙体。
(3)大力开展木结构建筑关键技术研究,探索研究适应于不同地区的现代木结构技术体系和配套部品体系。鼓励现代木结构建筑关键技术研发,建立符合我国国情的以本土林产工业为支撑的技术体系。加大对现代木结构建筑技术开发研究的支持力度,尽快缩小与国际先进水平的差距。将木结构建筑相关研究纳入国家重大研究专项、科技重点项目和科技支撑计划项目框架内。鼓励行业骨干企业建立技术研究机构和试验室,成为国家或地方某工程领域专项技术研发基地。
(4)组织重点领域和关键技术的研究。针对木材特性、结构安全、防火安全、热工性能、耐久性能等方面开展系统研究。针对速生林木材应用、胶合木的加工与应用、环保墙体材料等绿色建材、多层木结构技术等多个领域开展研究。重点加强对现代木结构建筑节能、环保、抗震、防火、安全监控、既有建筑改造等关键技术的研究。研究大跨度、多层木结构技术体系,特别要逐步定型木-钢、木-混凝土组合结构体系和节点技术等。
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知识点: 新型木结构建造生产方式
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