可装配式木结构文献综述.docx

引言：与传统的钢筋混凝土结构相比，可装配式木结构具有高效，环保，清洁，耐久等优点，本文对新型可装配式木结构的性能进行了分析，并与钢筋混凝土，砌体等其他类型结构作对比，参考相关文献资料得出应用装配式结构在抗震、施工、节能、舒适、环保方面的优越性。相较于国外可装配式木结构的大量运用，如美国每年建造的150万栋房屋， 70%用木材建造，我国木结构建筑一直被排除在主流建筑之外，而木材是极少数环保且可再生的建筑材料，因此，在我国研究新型可装配式木结构尤为重要。相较于目前的传统结构，木结构在抗震、施工、节能、舒适、环保等方面具有得天独厚的优越性。一、 抗震2008年5月12日，突如其来的汶川大地震造成建筑物大量倒塌或严重破坏.然而经调查发现,木结构建筑表现出优越的抗震性能,仅有少数年久失修的木结构建筑发生倒塌及部分木结构民居破坏严重,绝大部分木结构建筑只发生轻微破坏甚至完好无损。可以说木结构在汶川地震中的表现是十分优秀的，体现了木结构相对于钢筋混凝土和砌体在抗震方面的优越性，那么，木结构为何会有这么优异的抗震能力呢？众所周知，地震造成的地面运动使建筑物产生的侧向惯性力集中作用于建筑中质量最大的部分，如屋盖和各层楼盖。屋盖和楼盖的侧向力应由墙体承受，且房屋的整个结构应适当地连接在基础之上。木框架建筑的以下各部分对于其抗震能力至为关键：l 与基础的锚固；l 墙体的强度及延性：l 水平楼盖、屋盖和天花板的强度及连续性：l 所有框架构件的相互连接。以下是木框架建筑的一些特性：1、 强度和刚度地震产生的侧向力会使建筑物扭曲，使墙体变形（不再方正）。带撑墙或剪力墙的木结构在地震时会提供关键的抗变形能力。用胶合板或定向刨花板为面板的墙体，在地震时具有极为有效的抗变形能力。在可能发生强震的地带，可使用较厚的结构面板，较多或较大的钉子，以增强墙体的刚度和抗变形能力。此外，研究和经验还表明，些“非结构”构件也有助于增强建筑物的侧向抗力。例如，内墙饰面、隔墙以及多种外墙覆层，都有助于增强建筑物的侧向抗力。2、 延性砌体和混凝土等建筑材料需要经过严格的设计及细部处理，才能保证较好的抗震性能。与这些材料相比，木结构体系得天独厚，具有较好的延性。延性是指建筑结构可以屈服、变形而不倒塌的能力。在经受地震这种突然荷载时，房屋具备一定的柔性是最为理想的，因为柔性可以允许房屋耗散部分能量。众多钉节点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较轻。使用绝热混凝土模板建造的混凝土墙约是一般木制框架墙7倍重。由于地震力与结构的重量成正比，精心设计和施工的轻质木框架房屋便可在地震中有上佳表现。4、 冗余性拥有较多传力路径的房屋一般被认为在结构上具有冗余性。他们在地震中可以提供额外的安全性。由沉重的框架支撑的建筑结构依靠较少的结构构件和连接。于是，设计或施工中的任何缺陷都可能导致相邻的传力路径超载。而典型的木框架建筑是由数以百计的结构构件和数以千计的钉节点连接构成的。这意味着，如果某一个传力路径受到破坏，它所承担的荷载可由邻近的构件或节点予以承担。5、 连接性覆有木基面板的墙体除了能抵抗地震力外，房屋的设计与施工还应能防止房体的滑动或倾覆。无论是哪一种情况，都应将房屋适当地连接在基础之上。墙体、楼盖和屋盖框架的相互连接，使得房屋成为一个坚固的结构单元，这对于房屋在地震中保持完整是十分重要的。而国外的许多案例也表明了木结构的优越性：SanFernando Earthquake in 1971该次地震发生在洛杉矶北郊，大量的独户住宅以及医院和商业建筑受到影响。用无筋砌体与钢筋混凝土建造的医院和办公楼有的倒塌，有的受损程度严重而只能拆除。大多数木框架房屋却表现出色，尤其是从保护生命安全角度来看，圣费尔南多地区旧住宅的损坏情况从表面受损到部分坍塌，情况不一。受损严重的包括：房体滑离基础、管线空间的“矮墙”坍塌、房屋附加结构单元（如门廊）倒塌以及砌体烟囱坍毁。底层有大面积开孔的一幢较新的两层公寓受到严重影响，这类公寓楼的底层一般都是车库。由于车库的一面墙体是敞开的，所以这类楼层便成为“软弱层”。通过这次地震，人们认识到坚固的墙体与稳固的基础连接的重要性。建筑规范随后也做了相应的更新。Northridge Earthquake in1994北岭地震于1994年1月17日袭击了洛杉矶北部人口稠密的圣费尔南多谷地。此次地震虽是中等强度(6.7级），但其地面峰值加速度却是有史以来所记录到的最高的，远远高于当时建筑规范中所给出的加速度8。为数众多的房屋在地震中倒塌，其中很多是大型建筑。幸亏地震发生的时间较好，造成的伤亡人数有限。人们对1994年北岭地震进行了广泛的研究。结果表明，绝大多数木框架房屋在地震中表现良好。而且这类房屋遭受的大部分损坏不是结构性的，易于修复1。二、 施工1、 施工方便, 周期短木结构房屋的施工期大约是传统房屋的50%, 为开发商提供了最快的资金回笼时间。传统房屋的施工期是6 -10 个月, 由于木结构板架与墙体以预制构件形式运到工地组装, 因此施工期仅为3-4 个月。完工时，传统房屋是毛坯房, 而木结构完工时是精装修的, 马上可入住。木结构房屋的墓础施工工期约需要14 天, 结构部分一般为14 天, 室内外装修等在62 天左右。总的工期为90 天。预制件如屋架, 地板、板架和墙体可以在基础架构开始施工的同时生产, 有人测算过, 一栋3 0 平方米房屋的屋架, 地板、板架和墙体可以在48 小时内完成。此特点给开发商带来了项目运作周期短, 少支付银行利息, 减小资金压力和降低市场变化风险的有利条件。另外, 木结构房屋施工简易, 除土地配套设施外, 施工现场没有成堆的砖头、钢筋、水泥和尘土, 木结构房屋所用的结构构建和连接件都是在工厂按标准加工生产, 再运到工地, 稍加拼装即可建成一座漂亮的木房屋。2、 建造成本低因现代木结构的一次性投资成本较高，使得人们对其望而却步，但人们忽略了这只是建筑耗费的开始。不同的建筑成本对比上表表明了不同结构的总成本对比结果。从建造成本考虑，现代木结构使用工厂预制、现场拼装的方式，节约了大量的人力。从使用成本考虑，木结构具有保温隔热等节能特性，减少了大量的能源耗损、日常开支等。从维护成本考虑，木结构可采用直接替换进行更新，降低了大量的材料消耗。因此，与其它结构相比，现代木结构最具有成本优势3。三、 节能木材的蜂窝状结构，使其具有吸收空气的特征，所以它是一种良好的保温隔热体。经实验研究，在达到相同保温效果的条件下，木材需要的厚度是混凝土的1/15，钢材的1/400，铝材的1/1600。而且，现代木结构特殊的墙体结构使其具有更加优良的保温隔热性（如图）。通常在墙板、屋顶板、内墙板夹层中分别设置10或5厚的保温隔热层，总墙体约15厚就可满足建筑热工的需求。具体来说，如果使用同样的玻璃纤维或泡沫塑料作为保温材料时，木结构比钢结构的保温性能高15%-17%，隔热效果比空心砖墙建筑高3倍。检测结构及能量汇总上表是对轻型木结构住宅与砖混复合保温墙体结构住宅节能及空调供热系统检测与对比研究试验，结果表明轻型木结构实测采暖耗热量（25.38W/）比砖混复合保温结构住宅（43.75W/）节省41.99%，折算到标准年单位采暖耗热量节省了45.40%，采暖季耗煤量节省了45.40%。所以，木结构墙体材料的保温御寒性与砖混结构相比可大大节省空调数量、空调用电和采暖煤气。现代木结构就好像一座天然的空气调节器，相比其他结构，冬暖夏凉、热舒适性更好。从节能角度考虑，木结构的优越性不言而喻4。四、 舒适由于国内多年来使用实心黏土和混凝土建造房屋，所以人们更偏爱砖混住宅。但走进木结构住宅去感受一下，就会现其优势。例如：砖混住宅无论装修如何豪华，隔一段时间不用就会有阴冷潮湿之感，而木结构住宅使用的配套建材都具有环保特性。生活在木结构住宅里，仿佛置身于大自然，使人受益于潜移默化之中。所以，西方对木结构住宅有强烈的偏爱。同时由于建筑材料自身的特点，使木结构外观造型和室内布局设计十分灵活，可以充分发挥设计师的想象力和入居者的个性。在加拿大，即使大规模的住宅区也很难找到两幢设计相同的住宅，更没有“兵营式”的同房型小区，而这正是目前中国的房地产业所缺乏的。加拿大的欧洲移民背景使其在建筑风格上吸收了欧洲各国各时期的建筑特色，拥有众多的传统及现代建筑风格。例如，源于英国中世纪的“都铎式”，田园情调的“乡村式”，充满浪漫色彩的“法兰西式”，严谨典雅的“维多利亚式”等。中国的低层住宅在设计水平和品位上尚待提高，一个重要的障碍就是使用混凝土材料难以完成复杂灵活的建筑造型。而木结构住宅在这方面拥有极大的优势。不仅房屋设计可以随心所欲，施工过程中还能随时调整和更改房间的布局、门窗的位置等，甚至在使用过程中，也可以轻易地扩建和改造。这些都是混凝土住宅所难以企及的。五、 环保在当今的四大材料“钢材、水泥、塑料、木材”中，木材是惟一可以再生，又可多次循环利用的天然资源。木材是绿色生态建材，除了给人以舒适、美感、回归自然的感受外，还给人带来健康的生活环境。作为生态建材具有以下几方面的优势：1、 木材生产和使用能耗低树木的生长借助于自然界的土地、水分、阳光而生长成材，在所有的建筑材料中，木材及其制品的获取，包括生产、加工、运输、供应，它所需要的能量最小。不像钢材、水泥要历经采掘、冶炼、煅烧消耗大量的热能和造成环境污染。木结构具有良好的隔音性和保温隔热性能，有研究表明：若达到同样的保温效果，木材需要的厚度是混凝土的1/15，是钢材的1/400。在使用同样的保温材料时，木结构比钢结构的保温性能好15% -70% ，这意味着不仅建筑能耗的大大降低，也可节约材料，而且居住环境质量将得到提高。另外，木材对热、声、电的传导性都较低，把木材作为木结构的梁、板、柱和墙体材料是粘土砖和水泥制品所不可及。通过常用建筑材料热工参数指标(上表)可以比较得出作为墙体材料而言，红砖砌体的导热系数是松和云杉垂直木纹及胶合板材料的435倍，是干木板的13倍；钢筋混凝土是上述木质材料的869倍和26倍，由此可知木材和木制品作为墙体材料对建筑的冬季取暖和夏季空调的建筑能耗将大幅度的降低5。2、 木材对环境污染小木材的加工过程仅是改变形状的冷加工物理过程，不涉及到相变或其他复杂过程，不像水泥、红砖的烧成和钢材的冶炼排放CO2、SO2 和大量粉尘，对水体和空气的污染是很小的。水泥造成的水污染是木材的1.9倍，钢材的生产对水的污染是木材的120倍；木结构材料对水毒性的影响亦最低，钢结构为木结构的3.47倍，混凝土结构为木结构的2.15倍。木材在生长过程中吸收CO2，放出氧气，起到了净化空气的作用。钢结构产生的空气污染为木结构的1.7倍，混凝土结构为2.2倍；由于CO2 是温室效应的直接原因，科学家们提议为了减少空气中的CO2，我们应多种植树木。正在迅速成长的森林是吸收CO2的主体，可持续发展的林业所提供的永不枯竭的森林资源可使空气质量更加清新。另外，木材在加工过程中产生的废弃物和废木制品以及建筑木制品垃圾，可以综合利用和多次循环使用，不产生剩余物，对环境少污染6。总而言之，通过以上对木结构房屋的的介绍, 可以充分体现出木结构的特色: 木结构建筑可以产生更具冲击力的视觉效果, 取自大自然的天然材质使建筑具有一种特别的亲和力,消除建筑本身作为外来物的冰冷感觉; 木结构建造的灵活性可以充分发挥个性化、人格化特点。木材作为一种永恒的材质, 古老而又现代, 木结构建筑在风格特性上与城市特点遥相呼应, 彰显人文特点。因此, 木结构建筑将塑造的不仅仅是可供使用的建筑实体, 更可成为一座座人文景观, 木结构建筑完全是取自天然, 用之天然的建造手段, 是顺应环境的结构体系。，现代木结构从各个方面展现了其不可替代的优势，现代木材又给建筑增添了新的功能和作用。只要设计合理和防护良好，必然使得现代木结构成为我国建筑的主流。六、 结论：由于可装配式木结构具有质轻，可再生，抗震性能良好，工期短，环保节能等优点，所以其可以代替钢筋混凝土而被使用到各类现代建筑中，各