1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

轻型木结构的特点及防护

摘要：本文通过木结构的发展，引出轻型木结构，介绍了轻型木结构的概念、特点以及性质。详细的对轻型木结构受力性能和抵抗自然灾害性能做了研究报告，并且提出当前中国轻型木结构存在的问题，给出了相关的改进措施，最后的出结论。

关键词：轻型木结构 特点 防护

引言: 木材工业在我国有60多年的发展历史，在20世纪60年代之前，我国建筑结构体系中，木结构和木混结构始终处于主导地位，之后木结构逐渐被边缘化，但是大量民居依然采用木混结构。80年代后，我国引进了不少国外木结构房屋，人们开始有机会接触到西式木结构建筑[1]。随着人们生活水平的提高，崇尚自然、注重健康、提倡环保的消费观念越来越被认同，木结构得到了前所未有的青睐。

1 轻型木结构房屋结构体系简介

在美国和加拿大，目前有95%的居民居住在这种木结构的别墅中。我国的上海、北京，深圳，大连，苏州，杭州，武汉，宁波，沈阳，成都等地区已经悄然流行一股木结构住宅热[2]。

1.1轻型木结构房屋的定义

在我国规范中,轻型木结构房屋是指”由木构架墙、木楼盖和木屋盖系统构成的结构体系,适用于三层及三层以下的民用建筑”。在加拿大木结构手册中,轻型木结构房屋是”指用由间距较密的规格材和覆面材料或用钉子连接组成结构构件的一种木结构房屋体系”[3]。

1.2 轻型木结构房屋的施工方法

我国木结构设计规范中所指的轻型木结构亦称”平台式框架结构”[4]。平台式框架结构是一种更精确的表达方式,它描述了此种建筑结构的施工技术及方法。

轻型木结构房屋通常采用混凝士基础,基础完成后将木材和楼面板制成的楼盖锚固在基础上,就形成了一层地面,同时也为一层墙体框架的施工提供了工作平台。墙体框架也是由木材和墙面板组成,每个墙肢相互连接,同时与楼盖连接在一起,从而形成一层房屋。建造两层房屋时,将第二层楼的楼盖锚固在第一层楼的墙顶,从而为建造第二层墙体框架提供工作平台。对于三层楼的房屋,可重复第二层楼的建造工序。最后将由木材和屋面板制成的屋盖安装在顶楼的墙顶上,并与墙顶紧固在一起,这就形成了完整的房屋[5]。

2 轻型木结构的主要特点

2.1 轻型木结构的主要材料

轻型木结构主要由木产品构成。木材产品用作框架中的主要结构部件,包括墙骨、搁栅、梁、椽条及析架。木基结构板材通常用作框架的覆面板,覆盖在整个建筑物上,在结构上所起的作用是将荷载传至主要结构构件。

轻型木结构的主要材料包括规格材、特殊木材产品、工程木产品、木基结构板材和连接件[6],下文将分别作以叙述。

2.1.1 规格材料

用于建造轻型木结构房屋的厚度在士士之间的木材称为规格材相应的英制尺寸为和。规格材生产过程是先将已去皮的原木纵向切割为板块或方料,然后将这些粗制产品切边后,再次进行切割至特定的规格及长度。见表1

表1 规格材的常用树种和英文缩写

木木材组合合	英文缩略语语	树种名称称
花花旗松一落叶松松	D.Fir-L	花旗松、西部落叶松松
铁铁杉一冷杉杉	Hem=-Fir	太平洋海岸铁杉、香脂冷杉杉
云云衫一松木一冷衫衫	S-P-F	各种云杉、短叶松、香脂冷杉、高山冷杉杉
北北部树种种	Nor	红雪松、波罗地海红松、北美黄松、西部和和东东东东部白松、颇杨、大齿杨、香脂冷杉等等等

2.1.2 特殊木材产品

（1）机械应力分级材：机械应力分级材伽的强度取值是经过机械应力分等设备定级的规格材,加拿大的有生产其生产应该符合《特殊产品标准》。每根木材都经目测检查并用机械方式来测量其刚度。机械应力分级材比目测分级材的设计强度取值要高。

（2）指接材：指接材是将较短的规格材末端加工成指形并胶合在一起制成的。每根指接材的长度不限,可以在特殊和重要的场合应用。

（3）方木：方木一般用于梁柱式木结构而不是轻型木结构结构,其最小厚度为表中的木材均可用于制作方木,但是尺寸较大的方木往往只限于采用花旗松-落叶松或者铁杉-冷杉。

（4）防腐材：防腐材是指用化学防腐剂经加压处理可抵御真菌和包括白蚁在内的昆虫的侵袭的木材。木结构设计规范要求所有直接与砌体、混凝土接触的木构件都要进行防腐处理。

2.1.3 工程木产品

工程木产品是经二次加工的木材产品和构件,它比传统的结构用木材有更广泛的用途。一般来讲,工程木产品的木材利用率高,并且更为坚固,可以加工成长度较长的构件应用于跨度较大的建筑中。工程木产品的设计和生产可以满足特殊的性能要求。

2.1.4 木基结构板材

木基结构板材有两种胶合板和定向木片板,可用作轻型木结构房屋的楼面板、墙面板和屋面板。这两种板材均是采用薄木板或薄木片热压胶合而成的,它们的规格相同,均使用防水结构胶,都属于经二次加工的木材产品。

2.1.5 连接件

轻型木结构房屋中,金属连接[7]是最主要的连接方式。轻型木结构中最常用的连接件有钉子、螺钉、型钉、螺栓、框架连接件和锚栓。底层墙体通过螺栓锚固于混凝土基础上,屋面板、墙面板通过钉子固定在规格材上,楼面板用钉子或螺钉,通常也结合结构胶加以固定。房屋框架各构件之间通常用钉子以及各种规格的金属连接板连接。

2.2 轻型木结构的构造特征

2.2.1 墙体的构造特征

墙体的作用是承受竖向荷载并将屋盖和楼盖荷载传至房屋基础[8],并且承担由地震和风荷载引起的侧向力。采用木基结构板材的墙体是轻型木结构房屋中主要的抗侧力构件,因此墙体多数时候被称为”剪力墙”。从建筑功能上讲,外墙控制热量、潮气和空气在建筑物内外的流动内墙分隔室内空问,并容纳机械、电器和管道部件。

底梁板：水平结构构件,与墙骨柱的底部连接并固定于楼面板和楼面板下的楼盖搁栅,由规格材制成。

墙骨柱：顶梁板和底梁板之间的垂直构件,由规格材制成,截面尺寸一般为40#215;90mm

顶梁板：墙骨柱顶端的水平结构构件,由规格材制成。一般为双层,上层顶梁板将墙肢连接在一起,并支撑搁置在其上面的楼盖搁栅或屋面析架。

门窗过梁：由规格材、工程木产品或组合梁制成,连接门窗洞口两边的墙骨柱起到横梁作用,并支承门窗洞口上部的短墙骨柱和顶梁板。

托柱：比全长墙骨柱短,规格材制成,支承门窗过梁。

窗台梁：由规格材制成,构成窗洞口的底部边框。

短柱：比全长墙骨柱短,由规格材制成,支承门窗过梁上方的顶梁板或底梁板上方的窗台梁。

墙面板：相邻竖直放置的结构面板,和墙骨柱外侧固定在一起,墙面板之间应有一定的空隙

2.2.2 楼盖体系的构造特征

搁栅：由一系列水平结构构件组成,用于支撑楼板、吊顶和屋盖。搁栅由规格材或工程木产品制成。

封头搁栅：和搁栅末端垂直,用来固定搁栅端部并连接上层墙体的底梁板和下层墙体的顶梁板,由规格材或工程木产品制造而成。

木底撑：一种水平支撑,固定于搁栅底部作为加劲杆之用。木底撑由小尺寸的规格材制成。

梁（组合梁）：较大规格的水平结构构件,为楼盖与屋盖搁栅提供中间支撑。梁由紧固在一起的规格材或工程木产品制造而成。

楼面板：水平铺设的结构面板,彼此相接,并固定于楼盖搁栅的顶部。楼面板由胶合板或定向木片板制成。

剪刀撑：在楼盖搁栅之间作为加劲杆的短交叉斜撑。由规格材制造而成。

地梁板：水平结构构件,采用经过防腐剂加压处理的规格材,通过螺栓锚固于基础墙顶部,并支撑搁置在其上面的楼盖搁栅。地梁板只存在于基础楼盖中。

地梁板锚栓：将地梁板锚固于混凝土基础上的形钢螺栓,以抵抗作用于结构构件上的上拔力及横向力。埋在混凝土中的钢螺栓的端头通常弯曲以确保钢螺栓和混凝土之间的锚固力。地梁板锚栓只存在于基础楼盖中。

2.2.3 屋盖的构造特征

屋盖按照建造方法的不同可以分为传统屋盖和木析架屋盖两种[10]。传统屋盖是指采用单个构件如椽条和搁栅等在现场组装构成的屋盖木析架屋盖是指在工厂预制好析架、运输到现场后安装析架和屋面板而成的屋盖。

①横跨外墙与屋脊梁的椽条,通常倾斜并带有中间支撑以帮助荷载传递。

②横跨墙体的顶棚搁栅,一般用连接板连接或者搭接。

③水平放置的屋脊板为椽条提供支撑,在屋脊板的连接处通常用支柱支撑。

④连接椽条的椽条连杆。

⑤椽条连杆的侧向支撑

为了节约现场工作时间和材料,现在多数屋盖采用析架建造。析架是工程木产品,可通过设计来满足雪载和屋盖自重等特定荷载。屋盖析架横跨两侧外承重墙,无需中间支撑,可适用于几乎任何形状的屋顶,也可用于屋面悬挑结构。木析架有中柱式、豪式、芬克式、剪刀式、高脚式等多种形式,具体采用哪种形式需要根据析架的跨度和建筑功能的要求确定。

3 轻型木结构的防护

随着人口的增长和经济的发展， 建筑及其运行的资源消耗和环境效应越来越多地对资源环境造成了影响[11]。减少建筑能耗和污染排放，实现建筑与自然和谐共存已成为迫切需要解决的问题。

3.1 节能方面的防护

3.1.1 轻型木结构节能的概念

结构节能就是阻断或减少热传递[12]。在冬季，热从屋内通过建筑物维护结构流向屋外，夏季则从屋外流向屋内。我们不可能完全阻止热流出入建筑物，但可以综合采用阻止热流动的各种材料以及各种方法，最大限度的降低热流动，这就是轻型木结构的节能。

作为轻型木结构来说， 节能主要是减少热传导，控制对流和避免冷凝。在建筑物的热损失中主要是通过构件热传导造成的。减少热传导， 主要是在木结构结构设计中采用能有效阻止热传导的框架设计，增加保温材料。控制对流就是提高结构的气密性，设置连续气密层。冷凝是由于空气湿度达到饱和造成的， 避免冷凝就是控制空气湿度， 在木结构施工中通过构造来解决。

3.1.2节能设计要点

墙面、 屋面、 地面架空层等节能应采用保温隔热材料[13]进行填充和覆盖。保温隔热材料可减低从热区域向冷区域的热传递速率， 其原理是降低通过材料中气孔而发生的热传导，并且通过保持气孔微小来减少对流。一般的保温隔热材料可采用各种材质，如矿物质( 岩棉等) 、 纤维( 玻璃棉等) 和发泡材料( EPS 板、 聚氨酯发泡等) 。矿物质、 纤维一般设置在结构空腔内， 要求应填满整个空间， 减少对流。发泡材料可以设置在结构空腔内， 也可以设置在结构外侧。

对于门窗保温应选用节能效果好的中空玻璃窗且框料要求整体性好、 不易渗漏， 建议采用整体性的成品塑钢窗，门应采用节能效果好的木质门。

减少由于对流造成的热损失， 应提高房屋整体的气密性，在外墙应设置气密层。

3.2 结构耐久性的措施

木结构提高耐久性[14]主要是采用不同的措施来保证结构不受到水和潮湿的侵害。建筑中潮湿产生的途径主要有以下几个方面:

1) 施工过程中产生的湿气;

2) 雨水侵入;

3) 空气冷凝;

4) 地下水侵入;
5) 日照所致的湿气侵入;

6) 居住者日常生活所产生的水分。

3.2.1施工过程中产生湿气的防治

施工过程中产生的湿气主要为建筑材料中所含的水分和施工过程中吸收的水分。其中建筑材料包括混凝土， 搬入现场未经干燥的或潮湿的木材，石膏板墙灰泥和喷涂饰面层以及水性密封剂和涂料。因此应在以下几个方面进行设计和施工制:

1) 存放和施工过程木材应加强防水措施，严禁淋雨或受潮;

2) 控制原材料的含水率， 并随时测定材料含水率( 可采用快捷式含水率电子检测仪快速检测材料表面含水率) ，在结构隐蔽前，材料应充分干燥并测定含水率;

3) 室内应设置通风系统， 加强通风和除湿;

4) 通过构造措施来促使建筑材料干燥，如组合梁和过梁的规格材之间增加间隔料，在每个墙骨空腔内上下设蒸汽扩散口等。

3.2.2控制雨水侵入的设计和施工措施

(1)折流，即改变雨水的排水途径。如屋面尽量采用挑檐形式并加大挑檐的跨度，在窗上口采用专用泛水板等措施，使雨水改变路径，不能直接淋到结构上。

(2)门窗在安装前门窗洞口应增加防水层，防水层应与外墙防水层连续。门窗安装后与洞口间的封闭应严密，可用聚氨酯发泡剂封闭处理。

(3)加强结构的通风措施，在外墙挂板或饰面结构内侧与外墙防水层外侧设置通风空腔，使侵入的雨水、湿气能够通过空腔内空气的流动排出。

(4)使用耐久性的材料。外墙的材料应使用耐久性的材料，这样不会因为材料破坏造成雨水侵入结构[15]。

3.2.3 日照所致湿气侵入的防治

由于雨水浸湿的外墙饰面层经日晒后产生的水蒸气进入墙体[16]， 在墙体内侧面产生冷凝。因此，在外饰面后设低渗透性的泡沫材料和通风空腔可以防止日照所造成水蒸气的侵入。

3.2.4 防止地下水侵入的措施

(1)基础外围填土应形成一定坡度或设置散水，减少雨水对地下水的补充。

(2)基础墙在架空层的内侧设置低渗透性的泡沫保温材料。

(3)基础架空层地面铺 0． 15 ～ 0． 25mm 厚的聚乙烯薄膜防潮层，并于

墙面密封，形成整体气密层。并且地面下应设置保温层。

(4)楼面以上至基础架空层墙面和地面设置连续气密，使地下湿气不能渗入上部结构空腔内。

(5) 基础外侧墙面设置防水防潮措施。

(6) 在基础外侧设置排水砂砾层以及盲沟等排水措施，使渗入地下的雨水能迅速排走。

(7) 基础架空层与室内连通，这样不仅可以方便检修设备( 架空层常作为设备层)，还可以通过空调通风系统减少架空层的湿度，避免冷凝的发生。

3.2.5 空气冷凝的防治

在木结构建筑中造成冷凝的原因为漏气和蒸汽扩散，其中蒸汽扩散为主要原因。冷凝可造成内外饰面的破坏，降低结构的耐久性和节能效果。所以，控制冷凝是木结构饰面构造设置的主要因素。

在木结构中针对漏气， 构造中常设置隔气层。针对蒸汽扩散，构造上应设置隔汽层( 即防潮层) ，它起到阻隔蒸汽的作用。一般隔汽层也能起到隔气的作用，而某些隔气层材料却不能阻隔蒸汽， 如一般的防水材料、”墙衣” 等。所以一般隔汽层( 防潮层) 应按照当地的气候条件设置， 且不能代替隔气层材料。

4 总结

现代木结构离不开计算设计理论与方法的指导。我国现有木结构计算设计理论基本以苏联计算理论为基础，适用于工地现场制作木构件（主要是木桁架）所建的木结构。现代木产品的进人和研发，理所当然地需要更新现有理论和方法。引进参考国际先进经验是必要的，但需要消化吸收，不能照搬。因此，应结合国情，博采众长，继承和发扬具有中国特色、体现中国研究水平的理论和方法。在更多更好地植树造林基础上，选择建筑材料应该本着”适材适用”[18]的原则尽可能多地合理利用木材，部分替代其他来自不可再生的建筑材料。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1.本课题要研究的内容和要求

根据所提供的实际工程平面柱网图，完成主要建筑设计、上部木结构及基础计算、梁柱构件设计、连接节点设计、施工图绘制、施工组织设计等工作。如下：

1、建筑部分