改良木結(jié)構(gòu)住宅的節(jié)能減排設(shè)計(jì)

薛雪 陳紅

1 研究背景

自2008年5月12日汶川大地震以來(lái)，我國(guó)地震災(zāi)區(qū)重建工作正在積極展開(kāi)。其中，農(nóng)房建設(shè)成為重建工作的重點(diǎn)項(xiàng)目。

農(nóng)房建設(shè)有關(guān)政策指示，“在確保質(zhì)量安全的前提下，需加快農(nóng)房重建進(jìn)度，同時(shí)要注意農(nóng)房的風(fēng)格風(fēng)貌打造，風(fēng)格風(fēng)貌要有明顯的地域特色和民族特色，色彩要和當(dāng)?shù)仫L(fēng)貌和環(huán)境協(xié)調(diào)”。考慮到災(zāi)區(qū)時(shí)有余震，農(nóng)民朋友急需住房以及建設(shè)政策和資金限制等因素，改良的傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)成為建筑及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專(zhuān)家們首選的住宅形式。

在四川省青川、彭州等地震災(zāi)區(qū)，現(xiàn)已有大面積新建木結(jié)構(gòu)農(nóng)房建成入住，但是，這些農(nóng)房絕大部分屬于農(nóng)民自建房，其工藝水平，構(gòu)造細(xì)節(jié)及結(jié)構(gòu)的合理性仍然存在著巨大隱患，其中最突出的問(wèn)題有:1)選材不合理;2)用材浪費(fèi);3)保溫隔熱性能差;4)戶型設(shè)計(jì)不合理，使用舒適度低。

這些問(wèn)題造成了一系列如:木材、供暖能源、水、電等資源的浪費(fèi)。在這樣的背景下，科學(xué)的節(jié)能結(jié)構(gòu)及構(gòu)造設(shè)計(jì)研究成為木結(jié)構(gòu)農(nóng)房建設(shè)的熱點(diǎn)。

我們的研究對(duì)象從災(zāi)區(qū)傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)住宅——穿斗木結(jié)構(gòu)開(kāi)始，將現(xiàn)代化的建造技術(shù)用入其中，將節(jié)能減排的具體措施融入其中，為農(nóng)民朋友設(shè)計(jì)出美觀舒適，節(jié)約能源、經(jīng)濟(jì)合理的現(xiàn)代化木結(jié)構(gòu)農(nóng)用住宅;為新農(nóng)村建設(shè)提供可參考指導(dǎo)。

2 設(shè)計(jì)內(nèi)容與具體構(gòu)造

2． 1 戶型改良

2．1．1 傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)

1)保溫隔熱隔音差，需消耗額外能量。2)光照不強(qiáng)，由于自身結(jié)構(gòu)和戶型的限制，開(kāi)窗少。3)潔污分區(qū)不強(qiáng)，食物加工和剩余流線不清，人畜食物流線易交叉。4)防火，防腐性差。

2．1．2 戶型改良手法

1)平面布置要點(diǎn)——保證山墻的尺寸和數(shù)量。a．平面形狀大多采用矩形及其組合。b．平面布置簡(jiǎn)單、規(guī)整，避免凹凸。c．平面上柱網(wǎng)對(duì)齊。d．立面上柱網(wǎng)上下對(duì)齊。2)戶型改良。a．住宅常用開(kāi)間2 700～4 200。b．每個(gè)開(kāi)間縱向尺寸大于橫向尺寸。c．宜多開(kāi)間組合，最好大于2個(gè)開(kāi)間(推薦3～5開(kāi)間)。d．使得總的平面外形縱橫向比例適中。e．亦可兩個(gè)方向垂直釘接。

2．1．3 戶型改良后的優(yōu)點(diǎn)

1)戶型設(shè)計(jì)通風(fēng)良好、朝向合理、充分利用太陽(yáng)光，冬暖夏涼。2)光照充足，健康舒適。3)生活空間分區(qū)合理、潔污分區(qū)明顯，生活水平提高。

2． 2 木結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)勢(shì)

1)木材堅(jiān)固而質(zhì)輕，作用在房屋上的地震力較小。2)木框架結(jié)構(gòu)有許多桿件和釘節(jié)點(diǎn)，有多種荷載路徑吸收所施加的地震力。3)木框架結(jié)構(gòu)建筑中的釘節(jié)點(diǎn)可以有效地耗散地震所產(chǎn)生的能量。4)房屋下部結(jié)構(gòu)所承受的荷載小，可以用更少的材料來(lái)建造下部結(jié)構(gòu)，節(jié)省材料。

2． 3 設(shè)計(jì)思路

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)受力情況和抗震能力的優(yōu)化，確保結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，使用最少的材料、使用對(duì)環(huán)境最有利的材料，以此從另一方面詮釋建筑節(jié)能減排技術(shù)。

2．3．1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上采用穿坊式優(yōu)化結(jié)構(gòu)的性能及合理性，一方面使得結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固，另一方面也減少木材的大量浪費(fèi)。

2．3．2 連接件優(yōu)化

不再單獨(dú)采用傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)榫卯連接的方式，采用大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的模式生產(chǎn)連接件，再以連接件連接各個(gè)木材，以此方式加固榫卯可以提高施工的效率，對(duì)于高效的災(zāi)后重建提供了一種可行且可靠的建造方式。

2．3．3 改良的木結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1)每片山墻由木柱和木穿坊穿插構(gòu)成，形成合理的受力結(jié)構(gòu)。2)每片山墻有較強(qiáng)的承重和平面抗剪能力。3)山墻之間靠檁條、各層穿坊連接，保證受力的穩(wěn)定。4)檁條直接支撐在柱上。5)節(jié)點(diǎn)的加固、鋼材連接件的使用、工業(yè)化加工方式等增強(qiáng)的抗震性和建造方便性。

2． 4 保溫隔熱構(gòu)造

2．4．1 熱量傳遞的方式及解決方案

1)熱輻射:利用遮陽(yáng)、提高外墻表面反射性等措施解決。2)熱傳導(dǎo):提高墻體及屋面的保溫隔熱性能。3)熱對(duì)流:消滅各種縫隙和裂紋，防止外墻空氣滲透。我國(guó)南方地震帶建筑主要通過(guò)熱輻射及熱傳導(dǎo)接受熱能，結(jié)合木結(jié)構(gòu)建筑特點(diǎn)，提高建筑整體的保溫隔熱性能可以從以下幾個(gè)方面著手:

1)熱輻射:外表面淺色處理。2)熱傳導(dǎo):a．改良傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的墻體砌筑形式。b．面層材料選用質(zhì)輕的低導(dǎo)熱率的現(xiàn)代板材。c．適當(dāng)增加墻骨柱間距。d．在木結(jié)構(gòu)墻體中結(jié)構(gòu)膠合板或定向刨花板外側(cè)貼防潮薄膜。e．內(nèi)外墻之間添加保溫隔熱材料。f．屋頂采用復(fù)合屋面的做法進(jìn)行保溫隔熱設(shè)計(jì)。g．采用雙層木窗減少熱損耗。

2．4．2 墻體保溫設(shè)計(jì)

墻體是建筑物的重要組成部分，對(duì)于整個(gè)建筑的保溫、隔熱、隔聲等性能起到至關(guān)重要的作用。研究表明，建筑物通過(guò)結(jié)構(gòu)傳熱，其耗熱量占整個(gè)建筑使用能耗的73%～77%，其中外墻耗能量占了30%。因此，降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)特別是外墻保溫隔熱性能至關(guān)重要。

1)針對(duì)不同構(gòu)造形式的墻體保溫隔熱具體措施:a．類(lèi)型1:自制竹籬笆。b．類(lèi)型2:木骨架貼合面板。2)面板選用。適用于木骨架的輕質(zhì)面層材料種類(lèi):石膏板:防火、防潮、抗沖擊。硅酸鈣板:質(zhì)輕，高強(qiáng)，防火，防潮，防蛀，防霉，可加工性好。水泥平板:良好的防火性能和隔聲性能。3)增加墻骨柱間距。在保溫材料和墻骨柱種類(lèi)相同的條件下，隨著墻骨柱間距的增加，墻體的熱物理性能也相應(yīng)提高。因此，在強(qiáng)度允許和結(jié)構(gòu)安全的情況下，可以適當(dāng)增大墻骨柱間距，以減少熱損耗。4)添加保溫隔熱材料。a．玻璃棉是將熔融玻璃纖維化，形成棉狀的材料，化學(xué)成分屬玻璃類(lèi)，是一種無(wú)機(jī)質(zhì)纖維，具有成型好、體積密度小、熱導(dǎo)率低、保溫絕熱、吸音性能好、耐腐蝕、化學(xué)性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。同樣厚度的玻璃纖維巖棉，其保溫效果是混凝土的8倍～12倍。b．墻體中選用鄉(xiāng)土材料制作的保溫隔熱隔音材料作為填充。選用秸稈保溫板不僅可以對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)廢料進(jìn)行重加工，使其在一定的科學(xué)處理下變廢為寶，節(jié)約建造成本，減少建材使用量，達(dá)到節(jié)約資源的目的。5)貼防潮薄膜。在木結(jié)構(gòu)墻體中結(jié)構(gòu)膠合板或定向刨花板外側(cè)貼有防潮薄膜，可防止水分濕氣進(jìn)入而使得墻體及內(nèi)部材料產(chǎn)生霉變，避免墻體的保溫性能的降低。

綜上，木結(jié)構(gòu)房屋對(duì)于抗震地區(qū)的作用十分明顯，特別是改良后的新型木結(jié)構(gòu)房屋，可以作為大面積推廣。

［1］ 鄧 位．四川傳統(tǒng)觀演建筑研究［D］．成都:西南交通大學(xué)，2002．

［2］ 馮 雅．木骨架組合墻體的節(jié)能與熱工設(shè)計(jì)［A］．全國(guó)建筑節(jié)能技術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集［C］．2005．

［3］ 李奎武，王勝麟．試論建筑結(jié)構(gòu)的加固與改造［J］．經(jīng)營(yíng)管理者，2010(7):38-39．

［4］ 吳志雄．某木結(jié)構(gòu)古民居的加固［J］．福建建設(shè)科技，2006(5):33-34．

［5］ 董春盈．古建筑木結(jié)構(gòu)榫卯連接的力學(xué)性能及試驗(yàn)研究［D］．西安:西安建筑科技大學(xué)，2010．

［6］ 周 乾，閆維明，張 博．古建筑木構(gòu)架抗震性能試驗(yàn)［A］．第三屆全國(guó)城市與工程安全減災(zāi)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集［C］．2010．

［7］ 《古建筑木結(jié)構(gòu)維護(hù)與加固規(guī)范》編制組．古建筑木結(jié)構(gòu)的荷載［J］．四川建筑科學(xué)研究，1994(1):99-100．

［8］ 張鵬程．中國(guó)古代木構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)及其抗震發(fā)展研究［D］．西安:西安建筑科技大學(xué)，2003．