濟(jì)南防腐木別墅、休閑小木屋

輕型木結(jié)構(gòu)介紹
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   中華人民共和國建設(shè)部和國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2002年4月25日聯(lián)合發(fā)布了關(guān)于國家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》的發(fā)布通知。該規(guī)范于2002年7月1日正式實(shí)施。在這本新出的施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范以及今后將要出版的《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中，都新增加了“輕型木結(jié)構(gòu)”一章。這樣，作為一種較新的結(jié)構(gòu)體系，輕型木結(jié)構(gòu)從設(shè)計和施工質(zhì)量驗(yàn)收上都有了規(guī)范體系的法律保障。

    目前，輕型木結(jié)構(gòu)在世界上不少國家地區(qū)的住宅以及商業(yè)和工業(yè)項(xiàng)目中獲得了廣泛地應(yīng)用。單在北美，約有85%的多層住宅和95% 的低層住宅采用輕型木結(jié)構(gòu)體系。此外，還有約50%的低層商業(yè)建筑和公共建筑，如餐館，學(xué)校，教堂，商店和辦公樓等，都采用這種結(jié)構(gòu)體系。 

    輕型木結(jié)構(gòu)體系，是將小截面構(gòu)件按一定的間距等距離平行排列形成框架，然后在框架外根據(jù)受力需要，包上結(jié)構(gòu)面板，形成建筑物的墻體，樓蓋和屋蓋等基本構(gòu)件。整個結(jié)構(gòu)體系就是由這些墻體，樓蓋和屋蓋構(gòu)成的箱形建筑體系。作為一種高次超靜定的結(jié)構(gòu)體系，輕型木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度通過主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件（框架）和次要結(jié)構(gòu)構(gòu)件（墻面板，樓面板和屋面板）的共同作用得到。
    本文通過對北美的輕型木結(jié)構(gòu)所用的材料以及建筑構(gòu)造特點(diǎn)的介紹，使得讀者對輕型木結(jié)構(gòu)有進(jìn)一步的了解。

輕型木結(jié)構(gòu)的材料 

規(guī)格材（Dimension Lumber） 

    輕型木結(jié)構(gòu)的框架，或者說骨架，包括樓蓋擱柵，屋蓋椽條，天棚擱柵以及墻體中的墻骨柱等（見圖1），一般采用規(guī)格材。所謂規(guī)格材是指按一定尺寸和模數(shù)制成的實(shí)心鋸材，截面寬度一般為38 mm （名義尺寸2”），64 mm （名義尺寸3”），89 mm （名義尺寸4”）。截面高度分為從38mm 到286mm （名義尺寸12” ）之間幾種不同的規(guī)格。規(guī)格材雖然有三種不同的寬度規(guī)格，但輕型木結(jié)構(gòu)框架最常用的是截面寬度為38 mm （名義寬度2”）的構(gòu)件。規(guī)格材的長度一般為600 mm 為進(jìn)級單位。

    木材是天然材料，在生長過程中不免會產(chǎn)生種種天然缺陷，例如節(jié)子，腐朽，振裂和干裂，蟲眼，斜紋和扭曲等，此外，木材在加工過程中會產(chǎn)生加工缺陷，包括鈍棱，漏刨等。所有這些缺陷，都會影響到木材的強(qiáng)度。所以，在使用之前，必須對木材進(jìn)行分等分級。在美國，規(guī)格材的分等分為目測分等和機(jī)械分等。用于輕型木結(jié)構(gòu)的規(guī)格材主要采用目測分等。對于規(guī)格材分等的標(biāo)準(zhǔn)稱作“分等分級標(biāo)準(zhǔn)”，由分等機(jī)構(gòu)編寫。規(guī)格材生產(chǎn)時，在鋸木廠由分等員負(fù)責(zé)分等，由作為第三方的分級機(jī)構(gòu)進(jìn)行不定期的質(zhì)量抽檢控制。經(jīng)過分等的規(guī)格材，如符合質(zhì)量要求，都會打上等級標(biāo)識（見圖2），標(biāo)識內(nèi)容包括： 
 (a). 分級機(jī)構(gòu)的名稱或標(biāo)識 
 (b). 生產(chǎn)廠家代號 
 (c). 規(guī)格材的等級。 
 (d). 樹種或樹種組合名稱 
 (e). 干燥狀態(tài)（19% 含水率以下稱干燥狀態(tài)） 
美國所有的建筑規(guī)范規(guī)定，用于輕型木結(jié)構(gòu)的所有規(guī)格材必須有等級標(biāo)識。 
 
膠合木（Glulam） 

    膠合木是采用防水結(jié)構(gòu)膠，將鋸材粘接在一起形成的一種工程木產(chǎn)品。膠合木的截面尺寸包括定尺和非定尺尺寸，定尺的膠合木大部分用于住宅。非定尺的膠合木主要用于商業(yè)和公共建筑中。

    與規(guī)格材一樣，符合膠合木產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)出來的膠合木都附有由質(zhì)量認(rèn)證機(jī)構(gòu)提供的標(biāo)識（見圖4），表明產(chǎn)品經(jīng)過一系列嚴(yán)格的檢測和認(rèn)證，符合相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。圖中所示標(biāo)識是由美國APA工程木協(xié)會提供的認(rèn)證標(biāo)識。 
 
結(jié)構(gòu)復(fù)合木材（Structural Composite Lumber） 

    結(jié)構(gòu)復(fù)合木材主要指兩種產(chǎn)品，即單板層積材（LVL）（中國的《木結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50206-2002 中也稱旋切板膠合木）和旋切片膠合木（PSL）。單板層積材是將木材單板平行放置，熱壓成型。而旋切片膠合木則將單板切成條狀，然后采用結(jié)構(gòu)膠沿構(gòu)件長度方向粘接。結(jié)構(gòu)復(fù)合木材用的膠粘劑都是室外用防水膠。 

    結(jié)構(gòu)復(fù)合材被廣泛地用在輕型木結(jié)構(gòu)中梁，柱，過梁以及重型木結(jié)構(gòu)的構(gòu)件中。結(jié)構(gòu)復(fù)合材在加工過程中，對原材料的缺陷進(jìn)行了分離，提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示：結(jié)構(gòu)復(fù)合材的抗彎強(qiáng)度是標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度等級的規(guī)格材的三倍。剛度高30% 。 

工字木擱柵（Wood I-joist） 

    工字木擱柵是一種可以有效代替實(shí)木規(guī)格材擱柵的工程木產(chǎn)品。工字木擱柵一般采用規(guī)格材或單板層積材(LVL) 作翼緣，結(jié)構(gòu)膠合板或定向刨花板（OSB）作腹板。因?yàn)楣ぷ帜緮R柵采用了高強(qiáng)度的工程木，所以與傳統(tǒng)的實(shí)木規(guī)格材擱柵相比，它的跨度更大（單跨一般可以達(dá)到18 米）選。 
 
輕型木桁架 (Truss)

    輕型木桁架可用于輕型木結(jié)構(gòu)的屋蓋和樓蓋，代替屋蓋椽條和樓蓋擱柵。屋蓋桁架根據(jù)屋面形狀的不同，有不同的坡度。而樓蓋桁架為上下玄桿平行的桁架。生產(chǎn)時，桁架的桿件一般采用截面寬度為38mm 的機(jī)械分等規(guī)格材。桿件在節(jié)點(diǎn)處，采用金屬鍍鋅齒板從桁架兩側(cè)壓入，將所有桿件連接在一起（見圖7）。目前在美國，約有75%的住宅的屋蓋系統(tǒng)采用輕型桁架。 
 
木基結(jié)構(gòu)板材（Wood-based Structural Panels） 

    我們一般所說的木基結(jié)構(gòu)板材包括結(jié)構(gòu)膠合板（Plywood ）和定向刨花板（OSB）。木基結(jié)構(gòu)板材在輕型木結(jié)構(gòu)中用作樓蓋，屋蓋和墻體的面板。作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，面板除了承載豎向重力荷載外，更主要起到傳遞和承載由風(fēng)和地震荷載引起的側(cè)向荷載。所以稱作結(jié)構(gòu)板材，以示與不承重的非結(jié)構(gòu)板材的區(qū)別。

輕型木結(jié)構(gòu) 

    歷史上，輕型木結(jié)構(gòu)分成兩種，即全高框架式與平臺框架式兩種（見圖8 和圖9）。全高框架式輕型木結(jié)構(gòu)主要用在20 世紀(jì)的早期，墻體框架構(gòu)件在兩層樓高范圍內(nèi)沿豎向連續(xù)?，F(xiàn)在，這種結(jié)構(gòu)除了在建筑物的局部采用外，已經(jīng)不作為主要的結(jié)構(gòu)形式了。從20 世紀(jì)后期開始，平臺框架式輕型木結(jié)構(gòu)主導(dǎo)了北美的住宅市場并廣泛地用于商業(yè)和輕型工業(yè)建筑。這種輕型木結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是每層樓蓋作為一個平臺，支承于下層的墻體上，該平臺同時為上層墻體的施工提供工作面?，F(xiàn)代的平臺框架式輕型木結(jié)構(gòu)與50 年前比較，在所用材料和施工方法上都有很大的不同。 
 
輕型木結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ) 

    在美國，輕型木結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)主要采用地下室基礎(chǔ)，獨(dú)立或條形基礎(chǔ)以及混凝土礎(chǔ)現(xiàn)澆地坪。地下室基礎(chǔ)一般采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土或混凝土砌塊，在美國北部普遍采用?；炷连F(xiàn)澆地坪在美國南部和西部較為常見。

    除了上述三種基礎(chǔ)，還有一種地下室基礎(chǔ)采用經(jīng)加壓防腐處理木材建造的。這種基礎(chǔ)，除了地下室的底板采用混凝土外，周圍墻體采用經(jīng)過加壓防腐處理的規(guī)格材和木基結(jié)構(gòu)板材。施工時，基礎(chǔ)外墻位于地面以下部分應(yīng)有防潮層，同時在外墻的回填土中有排水措施。之所以采用這類基礎(chǔ)，是因?yàn)樵S多人不喜歡混凝土的感覺而希望地下室與上部結(jié)構(gòu)有同樣的建筑性能標(biāo)準(zhǔn)。 

    因?yàn)榛A(chǔ)墻體必須是永久性的，所以墻體的墻骨柱，墻面板以及連接件都必須耐腐。美國的建筑規(guī)范規(guī)定了墻體材料的具體耐腐要求。除了墻體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所有的連接件必須耐腐，例如可采用不銹鋼連接件。

輕型木結(jié)構(gòu)樓蓋 

    對于采用地下室基礎(chǔ)的輕型木結(jié)構(gòu)，底層的樓蓋一般由柱和梁支承，梁可以采用組合梁，膠合梁或工字鋼梁。組合梁一般由規(guī)格材組成。如采用底層架空獨(dú)立或條形基礎(chǔ)，底層樓蓋可采用同樣的支承體系。北美的輕型木結(jié)構(gòu)樓蓋體系中，樓蓋擱柵的中心間距一般為400mm 或610mm （即16 或24 英寸）。擱柵的尺寸與荷載，擱柵間距，跨度，樹種以及規(guī)格材等級有關(guān)。常用擱柵一般可采用截面尺寸為38 x 89 或38 x 235 （即2 X 8 或2 X 10 英寸）的規(guī)格材；預(yù)制工字木擱柵或平行鉉桿桁架的截面尺寸，根據(jù)不同的生產(chǎn)廠家。規(guī)格材的擱柵的經(jīng)濟(jì)跨度一般從3.6m 到4.8m。超過此跨度，可采用工字?jǐn)R柵或其他工程木產(chǎn)品。為了使工程技術(shù)人員較為簡便地計算擱柵的截面尺寸，一般在規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中都給出有關(guān)的跨度表。對于預(yù)制工字木擱柵或平行鉉桿桁架的承載力，可參見有關(guān)生產(chǎn)廠家的技術(shù)說明。 

    樓梯，壁爐以及煙道等樓蓋開孔會截斷一根或數(shù)根樓蓋擱柵。一般情況下，開孔方向盡量與擱柵的長度方向平行以減少被截斷的擱柵的數(shù)量。在結(jié)構(gòu)上，凡是被截斷的擱柵均由封頭擱柵支承，而封頭擱柵兩端由未截斷的樓蓋擱柵支承。開孔寬度1.2 m 以下時一般采用單根封頭擱柵，超過這一寬度，應(yīng)通過工程計算確定。另外，封頭擱柵兩端連接應(yīng)特別注意。 

    按規(guī)范要求，對于框架構(gòu)件的切割和鉆孔應(yīng)減小到**程度。經(jīng)切割或鉆孔的構(gòu)件，當(dāng)超過規(guī)范規(guī)定的范圍時應(yīng)采取相應(yīng)的加強(qiáng)措施。在集中荷載較大的部位，例如浴缸下，應(yīng)采用加強(qiáng)擱柵或其他有效地加強(qiáng)措施。如果樓蓋采用桁架或工字木擱柵，則樓蓋能達(dá)到的跨度比采用規(guī)格材的樓蓋跨度大許多，不需加額外的中間支座。除此之外，另一大優(yōu)點(diǎn)就是桁架的腹桿之間和工字?jǐn)R柵的腹板開孔都能很容易地安排管道走向。 

    樓面板除了承擔(dān)樓面豎向荷載外，還起到了橫向支撐的作用，傳遞風(fēng)荷載和地震荷載引起的剪力。所以也稱作剪力橫撐。樓面板為施工提供了工作平臺，也是樓面其他裝修材料的基層。美國早期的住宅一般采用實(shí)木板作樓面板，而現(xiàn)代的輕型木結(jié)構(gòu)住宅一般采用木基結(jié)構(gòu)板材作樓面板，主要包括結(jié)構(gòu)膠合板和定向刨花板。在施工時，根據(jù)不同位置的受潮濕程度的難易性，決定所用板材的暴露等級。例如靠近水管部位的樓板等等。 

    安裝樓面板時，一般板材的長度方向與擱柵垂直。板材的之間應(yīng)留有拼縫，寬度不小于3 mm， 主要是保證潮濕引起的少量收縮膨脹。 

輕型木結(jié)構(gòu)的外墻 

    除了山墻，輕型木結(jié)構(gòu)的外墻一般都是承重墻，承載樓蓋和屋蓋傳來的荷載。墻體的框架構(gòu)件主要包括豎向的墻骨柱和其他水平向構(gòu)件，這些水平構(gòu)件包括頂梁板，底梁板以及門窗洞上的過梁等。墻骨柱的截面尺寸一般為38 x 89, 38 x 114 或者38 x 140 mm 。墻骨柱之間的中心間距一般采用300，400 或610mm 。墻骨柱的截面尺寸根據(jù)墻體所受的荷載，外墻材料以及所需的墻體的保溫要求來定的。門窗洞口尺寸小于1.2 m 時過梁的截面尺寸一般為38 x 140 。為使得過梁與墻體的寬度一至，一般在兩根過梁間用填塊連接。除此之外，也可采用預(yù)制工字木擱柵或其他結(jié)構(gòu)復(fù)合材。施工時，從底層樓蓋安裝完畢開始施工第一層墻體。在多數(shù)情況下，先在樓蓋上水平施工，待整片墻體組裝完畢，然后豎起安裝到位。如果整片墻體太長，則可將墻體分成若干片，分別組裝安裝。

    在安裝墻體框架構(gòu)件時，特別應(yīng)注意交角和拐角處的墻骨柱的安裝，即提供內(nèi)部裝修材料的安裝基層。一般在隔墻與外墻的交接處，應(yīng)采用雙根墻骨柱，為隔墻提供支承。（見圖10）
 
    承重墻體的頂梁板一般為雙層，尤其當(dāng)屋面椽條或樓蓋擱柵的的支座位置在墻骨柱之間時，頂梁板必須雙層。上下頂梁板的拼縫應(yīng)錯開至少一個墻骨柱的間距。在風(fēng)力較大或地震烈度較大的地區(qū)，規(guī)范要求上下層墻體之間以及底層墻體與基礎(chǔ)之間都必須有可靠的錨固連接。 

    外墻面板材料一般采用木基結(jié)構(gòu)板材。和樓蓋用作剪力橫撐的道理一樣，作為一種箱形結(jié)構(gòu)，輕型木結(jié)構(gòu)的墻體承擔(dān)風(fēng)力和地震力引起的剪力，并將這種剪力傳至基礎(chǔ)。在輕型木結(jié)構(gòu)中，并不是要求所有的墻體都起到傳遞剪力的功能，對于具有傳遞剪力功能的墻體，我們稱作加撐墻或剪力墻。為了保證這些墻體本身的剛度用以傳遞剪力，墻體內(nèi)部必須有支承。而最常用和簡單的支承辦法就是利用墻面板，包括木基結(jié)構(gòu)板材和石膏墻板。除此之外，美國的規(guī)范還提供了其他幾種不同的加撐辦法，有興趣的讀者可參閱美國有關(guān)的建筑法規(guī)。

輕型木結(jié)構(gòu)的天棚和屋面 

    現(xiàn)在在美國，輕型木結(jié)構(gòu)的屋面體系一般有兩種，即傳統(tǒng)的擱柵-椽條體系以及輕型桁架。而后者的應(yīng)用現(xiàn)在越來越廣泛，已經(jīng)達(dá)到了75% 的市場占有率。 

    美國50 年代以前的建筑大部分采用擱柵和椽條體系。椽條一般一端支承在墻體的頂梁板上而另一端支承在屋脊板上。為了減少椽條對墻體的推力，椽條之間在底部支座處用天棚擱柵連接。而天棚擱柵同時與墻體的頂梁板連接。

輕型木結(jié)構(gòu)的附屬結(jié)構(gòu) 

    現(xiàn)在在美國，越來越多的住宅帶有露臺。露臺提供了室內(nèi)和室外的過度空間。露臺一般采用經(jīng)過防腐處理的木材建造。在美國，大部分露臺采用南方松防腐材建造。根據(jù)露臺的復(fù)雜程度，用戶可以請專業(yè)的施工單位或自己動手安裝。
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