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【云南木结构】世界现代轻木结构的技术发展

来源:/news/87.html       发布时间:2018-11-13

木结构建筑在中国停滞发展几十年后,随着改革开放后与各国技术文化的进一步交流,现代木结构近十几年来又有了长足的发展。按照《中国木结构设计规范GB50005》的定义,轻型木结构(light wood frame construction)是指用规格材、木基结构板或石膏板制作的木构架墙体、楼板和屋盖系统构成的建筑结构。

因为制造和安装的快速便捷、丰富多样的立面选材可行性、良好的节能性能及节约用地等特点,轻型木结构当前在欧美得到广泛应用,主要集中在独体和联排房屋、多层公寓、多层办公,幼儿园、学校及养老建筑等领域,也是改建、加建和单元式幕墙的理想构造。

从技术发展上看,它是三大木结构体系(重木结构、轻木结构和梁柱结构)的一个重要分支。轻木结构的发展起源于中世纪欧洲的桁架屋(即德语的Fachwerkhaus,以原木梁柱和原木斜撑构成结构体系,用草或泥填充成围护结构,见图3)。在桁架屋的基础上,北美发展出了一种被称为Ballon Framing的结构体系(图4),它的特点是跨层的墙骨柱。作为梁的支撑点,在楼板高度设置一根木板,再将楼板的梁搭接在上面,梁与墙骨柱通过侧面接触并固定。起初,外墙通过插入的斜撑加固,或者钉上一根对角线上的木板加固。外墙内侧、内墙和楼板底部用薄木板包裹,作为石膏抹灰的基层。随着1910年后纸面石膏板在美国的工业化生产及板式木基材料的出现,这些材料作为更方便加工的墙体材料被使用。第二次世界大战后期北美在Ballon Framing的基础上出现了被称为Platform-Framing(图5)的建造方式,并得到大规模的应用。与Balloon-Framing不同,它的基础构造分层设置并和一个平台连接,在平台上面再布置上一楼层。墙体的木承重结构由墙体柱和上下两根横梁组成,在现场预制后支起,然后安装并通过一个附加的顶梁连接,接着进行楼板的制作,再逐层向上进行预制和安装。墙体外侧和楼板上部使用多层板或者定向刨花板(OSB)作为覆层,其他面会在主体结构完成以后以纸面石膏板包裹。战后欧洲同样有大量的住房需求,这种建造体系又被从北美引进欧洲并加以改良。随着欧洲尤其是德国在设备制造领域的发展,欧洲各国,尤其是德语区国家,大量使用专业加工设备对材料进行加工,大大降低了对需要经过长时间培训的专业工人的要求,又进一步加快了建造的速度。欧洲建筑业更加注重节能和环保,因此,经过多年发展,该体系已经融合了欧洲的最先进建筑热工等建筑物理研究成果,成为了发展超低能耗建筑的首选系统。

对比当前北美和德语区的轻木结构体系我们可以发现,两者在体系上并没有本质上的区别。仅仅因为度量单位,即英制和公制的区别,造成了工业化生产板材成品规格尺寸上的细微区别,进而影响了柱网和材料断面尺寸的区别。北美体系的板材宽度是48英寸(121,92 cm),欧洲板材的尺寸为125cm x 250cm,所以北美柱间距为可以被整除的12英寸,16英寸和24英寸,欧洲柱间距为可以被整除的62.5cm或者83.3cm,进而对墙骨柱截面尺寸产生影响,北美为2x4英寸,2x6英寸等规格,而欧洲常用60mm或者80mm宽的木材,120mm或180mm高。

引入木加工设备以后,龙骨柱和地梁或顶梁的连接处会采用类似传统木工的榫卯连接(柱头带有U型端头,梁上有对应的U型燕尾槽,德语被称为Schwalbenschawanz)。通过这种方式不仅对结构进行了加强,而且由于机器加工的精度一般高于手工作业,也保证了墙骨柱的精确定位。同时,使用单一材料,也更符合生态原则。工人不需要经过木匠培训,只要能操作CNC设备,并按照图纸组装即可。

值得一提的是,当前欧洲已经完成了各构件(墙体、楼板和屋盖)从现场预制到工厂预制的改进,发展出三种级别的预制程度:(1)非完全板式预制(德语:Holzrahmenbau),框架一面覆板在工厂预制完成并组装门窗,运输到现场进行主体结构安装,然后填充保温材料和安装建筑设备,完成另一侧覆板安装及墙面施工。(2)完全板式预制(德语:Holztafelbau),所有墙板、楼板和屋盖在工厂完成预制,并整合门窗、建筑设备和管线,卫浴空间可以是独立模块,运输到现场以后降构件组装完成,进行部分内外装施工即可。(3)箱式预制(德语:Baukasten),以空间为单元进行预制,每个单元的结构、设备和内装都在工厂进行预制,每个模块运输到现场后进行拼装和连接,再完成外装施工。工厂预制和现场组装的优势主要体现在速度和精确度两个方面。

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