輕型木結構剪力墻研究綜述

李鐵強 左宏亮

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

木材自古以來就是人類首選的建筑材料，其節能環保、材料可再生、外表美觀、抗震性好的優良特性使之直到今日依舊被廣泛運用在民用住宅的建造之中，其在北美及日本等國家和地區的運用則更為普遍。隨著科技的進步，木材早已實現工業化生產，人們開始以原木為原材料大規模生產規格材等木材產品，并將這些木材產品運用于房屋的建造之中，于是輕型木結構房屋應運而生。

輕型木結構是指由間距較密的規格材和覆面材料用釘子連接組成結構構件的一種木結構房屋體系。規格材等木材產品的運用使輕型木結構獲得了以下的幾點優勢：1)設計較靈活，可以滿足人們對房屋的不同需求。2)預制程度高，易于施工，建造速度快。3)施工現場干凈整潔。總而言之，規格材的運用使建造房屋變成了“搭積木”，極大地降低了設計與施工的難度，這是混凝土、鋼材和砌體等建筑材料無法比擬的。作為輕型木結構房屋三大重要組成部分之一的木剪力墻，是輕型木結構體系之中最重要的抗側力構件，對輕型木結構抵抗風荷載、地震荷載等水平作用起著至關重要的作用。因此，相關科研人員對輕型木結構剪力墻做了大量的研究工作，本文將對相關的較典型的研究進行梳理與總結。

1 對輕型木結構剪力墻抗側性能的研究

剪力墻是輕型木結構房屋中的關鍵抗側力構件，因此輕型木結構剪力墻抗側力性能自然成為人們的首要研究對象。已有的研究主要集中在墻體材料、釘連接、墻體尺寸等因素對墻體抗側性能的影響。

1.1 墻體材料的影響

墻體材料主要包括墻骨柱的材料和覆面板的材料。

文獻[1]采用小徑木作為輕型木結構剪力墻的墻骨柱材料，并進行了往復加載，證明了小徑木墻骨剪力墻的抗震性能能滿足工程使用要求。

文獻[2]則大膽嘗試使用毛竹作為墻骨柱材料，并對圓竹墻體進行了抗側力試驗。試驗結果表明，圓竹墻體的抗側力約為同類型輕型木結構墻體的65%。

文獻[3]則用膠合木來制作墻骨柱，分別制作了膠合木純框架、木剪力墻、膠合木框架—剪力墻三種墻體，分析了這三者之間剛度和極限承載力的相對的關系，結果證明膠合木框架—剪力墻的彈性抗側剛度可視作膠合木框架以及木剪力墻的彈性抗側剛度之和，但其極限承載力要大于膠合木框架與木剪力墻二者之和。

可以說，對輕型木結構剪力墻墻骨柱材料對墻體抗側性能影響的研究有很多，對其進行綜合分析后，基本可以得出墻骨柱并非影響墻體抗側性能的關鍵因素的結論。

文獻[4]制作墻體時所用的覆面板并非常規的OSB板等規格板產品，而是采用了竹膠合板。在對墻體進行單調加載和滯回加載后，結果表明這種墻體具有良好的承載力及延性，其力學性能可以滿足目前國內外規范針對輕型木結構墻體提出的抗側力設計要求。

1.2 釘連接的影響

釘連接是輕型木結構剪力墻的首選連接形式，也是墻體發生破壞的主要部位，其強度影響著墻體的強度，對其進行研究是非常有必要的。

例如，文獻[5]對由普通圓釘連接而成的墻板釘節點進行了詳細的研究，總結出了釘連接的六種破壞形式，其所得釘節點的承載力和剛度與通過歐洲規范公式計算所得結果吻合。

文獻[6]采用括63 mm熱鍍麻花釘子、SPF規格材、國產杉木規格材、進口OSB面板、國產膠合板面板制作了兩類四組共80個試件，進行單調拉伸試驗，其結果證明，面板作用對釘接點的極限荷載影響最大，而完全采用國產材料制作的面板釘接點具有較高的極限承載力。該實驗為國產材料應用于輕型木結構提供了面板與木框架釘節點連接性能的基礎資料。

1.3 墻體尺寸的影響

輕型木結構剪力墻的覆面板平面尺寸大都為1.22 m×2.44 m，所以墻體尺寸受覆面板的制約也通常取為1.22 m×2.44 m，尺寸較固定。所以，人們開始嘗試研究尺寸對于墻體性能的影響，來突破當前墻體尺寸的局限性。

文獻[7]制作了兩類非常規尺寸的木墻，尺寸分別為4.88 m×4.88 m和6.10 m×6.10 m，并對墻體中的橫撐的影響進行了研究。

2 對輕型木結構剪力墻建筑使用功能的研究

輕型木結構剪力墻雖是抗側力構件，但其也是房屋的圍護結構，自然在滿足力學要求的同時，還要滿足建筑功能上的要求。因此，有很多研究圍繞著輕型木結構剪力墻的保溫、隔音性能展開。

2.1 墻體保溫性能

文獻[8]采用防護和標定熱箱法研究了現代木結構住宅墻體的穩態熱物理性能及墻骨柱類型、墻骨柱間距、保溫材料種類等因素的影響，獲得了現代木結構住宅墻體的溫度場，對木結構住宅建筑的節能性能進行了初步評價，獲得了其耗能值。

文獻[9]以國產杉木規格材、落葉松結構膠合板、石膏板和保溫材料制作了12種輕型木結構墻體，通過試驗得到了墻體中各層的溫度，分析了墻體溫度分布規律及各組成材料對墻體傳熱的影響。結果表明：輕型木結構墻體具有木墻骨之間填充和外墻板外覆面的雙重保溫構造，對其良好的保溫性能予以了有效的證明。

2.2 墻體隔音性能

文獻[10]以輕型木結構建筑的墻體結構為研究對象，運用傳遞函數法測量同一墻體結構中3種不同保溫棉材料的吸聲系數，并分析不同的保溫棉填充材料與其構成的墻體結構在不同頻率段的吸聲效果及其性價比。主要結論表明，美國佳殿牛皮紙R13玻璃棉材料的總體吸聲性能最佳，性價比最高。提出了不同保溫棉材料適合運用的頻率段范圍。該研究對優化我國現代木結構建筑的聲學設計，促進工程應用有一定的借鑒意義。

文獻[11]采用兩種玻璃保溫棉作為填充材料，放置在輕型木結構剪力墻中，采用現場動態測量法，結合其頻譜進行頻率成分及其聲音源分析，進行了墻體隔聲性能分析與比較，結果證實了這種填充材料具有良好的隔聲性能，為墻體隔聲處理提供了一種較有效的辦法。

3 對輕型木結構剪力墻的改進

輕型木結構雖然有諸多優點，但是隨著人們對其的了解日益深入，它的缺點也日益顯現。其中，輕型木結構剪力墻在颶風、地震等災害中的破壞也引起了人們的重視。目前其主要存在的問題包括墻身整體性差、釘節點等。所以，對墻體進行相應改進的相關研究也正逐漸展開。

文獻[12]為了增加輕型木結構墻體的整體性，提出了一種新型木骨架墻體，并已經證明這種墻體具有較高的抗剪承載力、耗能性能良好、施工更加簡單。

文獻[13]則在常規輕型木結構剪力墻的基礎上配置了角部錨固件和鋼筋，并在鋼筋中施加預加力，證明了這種新型墻體的抗側力性能相比于常規輕型木結構剪力墻有了明顯提高。

可見，對輕型木結構剪力墻的改進大都以提高其整體性為主，通常的方式包括增加錨固件和提出墻體新形式等。

4 結語

我國正處在飛速發展的時期，而在發展的同時，環境、能源問題也逐漸顯現。建筑業作為我國的支柱產業之一，其能源消耗量已經占到全國總能源消耗量的1/3[14]，其所帶來的污染量可想而知。因此走可持續發展道路必然成為今后建筑業發展的首要方向，在這樣的大環境下，木結構以其優良的特性，必然會大放異彩。

輕型木結構剪力墻是輕型木結構中主要的抗側力構件，國內對于輕型木結構剪力墻的研究目前比較全面，但是深度還遠遠不夠，其設計施工相關規范也有很大的可完善空間。但是可以確定的是，經過科研人員的不懈努力，關于輕型木結構剪力墻的更多實用的理論會被得出，從而有效地推動木結構的發展。

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