鋼-膠合木組合結構的發展與應用前景

董福東 （東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 膠合木的研究與發展

膠合木，也稱層板膠合木，或稱結構用集成材，是以厚度為20mm～45mm的板材，經干燥、刨平等加工，按一定的截面組合方式平疊，施膠加壓而形成的一種綠色環保的建筑材料[1]。

1.1 膠合木的特點

因膠合木與其它板材相比，具有優良性能和普遍適用性，所以在各國得到了大量的應用，同時也得到了各國民眾的認可，膠合木的優點主要表現在以下幾方面。

①物理力學性能優良。由于膠合木的制作過程中將原木中有缺陷的部分剔除，這就使得與其他板材相比，具有較高的強度及彈性模量。②截面形式豐富。膠合木通常采用指接和膠接施工工藝進行制作，這就使得膠合木的截面形式不受限制，可根據人們的實際需要，制作出不同尺寸和形狀的構件。③綠色環保。膠合木的制造利用天然原料，完成使用功能后可回收再利用，廢棄后也對環境無害。④抗震性能良好。以膠合木為主要材料建造的房屋，其自重要比傳統房屋小很多，因此具有良好的抗震性能。

1.2 膠合木的發展與應用

據美國工程木材協會介紹，早在20世紀初期，德國和瑞士就發布了第一批膠合木專利，隨后德國又注冊了曲線膠合木結構方面的專利，標志著膠合木在建筑中的應用真正開始[2]。隨著人們可持續發展理念的深入、環保意識的增強、人們對建筑材料品質要求不斷的增加，這就使得膠合木在世界各國得到了廣泛的應用。膠合木的應用主要體現在以下兩方面，一方面，膠合木被用于工業和商業用房的梁、柱及桁架上，另一方面，膠合木被用在公路橋，海洋建筑結構體系中。“十三五”規劃以來我國經濟的快速發展，科技水平的不斷進步，膠合木作為一種優良的木結構產品，必將在我國擁有十分廣闊的發展前景。

2 冷彎薄壁型鋼的研究與發展

隨著鋼結構的發展，冷彎薄壁型鋼作為一種具有特殊截面形式、高效經濟的材料已經受到國內外工程界普遍的關注，冷彎型鋼一般是以熱軋或冷軋帶鋼為原料,在常溫狀態下,經過拉拔、沖壓、折彎或輥式彎曲成型機組加工,彎曲成各種斷面形狀的型材[3]。

2.1 冷彎薄壁型鋼的特點

冷彎薄壁型鋼具有如下優點。

①截面經濟合理。冷彎薄壁型鋼可根據實際需要制作成不同的截面形式，在同樣負荷下，可減輕結構重量，節約材料。②輕質高強，抗震性能良好。③冷彎薄壁型鋼能按照施工要求進行工廠化預制生產，冷彎薄壁型鋼的施工不受季節的限制，施工周期短，進度快。④使用后可回收再利用，有效減輕對環境污染。

2.2 冷彎薄壁型鋼的發展與應用

歐美等國家冷彎薄壁型鋼結構設計標準的頒布，推動了冷彎型鋼在建筑行業的應用。雖然冷彎薄壁型鋼在我國起步較晚，但發展速度比較快，尤其在20世紀60年代末，頒布了冷彎薄壁型鋼結構的設計、施工規范后，使得冷彎薄壁型鋼結構系得到了廣泛的應用。目前，冷彎薄壁型鋼在我國房屋建筑中既用于框架、桁架、網架、梁、柱等主要承重構件,又用于檁條、墻體梁、柱、屋面板、墻板、龍骨、門窗等次要受力構件和圍護結構[3]。未來冷彎薄壁型鋼作為一種截面形狀合理、受力性能良好、運輸方便的環保型建筑材料，將在現代建筑行業中具有廣泛的應用和發展前景,并會越來越受到國內外鋼結構建筑方面的專家、學者所推崇。

3 冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結構

冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結構是指運用冷彎薄壁型鋼通過結構膠粘劑與膠合木進行界面結合，通過可靠的聯接方式形成冷彎薄壁型鋼-膠合木組合構件，使得兩者能協同工作。冷彎薄壁型鋼受拉性能好，將其放在受拉區，膠合木受壓性能好，將其放在受壓區，合理利用這兩種材料的特點，使得兩者所形成組合結構在受力性能和綜合指標方面更具有優勢，從2016年起，國家開始大力發展裝配式建筑，冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結構可進行工廠化預制生產，符合這一要求，且與傳統的鋼筋混凝土結構相比，在綠色環保、抗震性能等方面更具優勢。

3.1 冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結構的特點

冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結構可以充分發揮二者性能，其組合結構的優點如下。

①承載力高。這種組合結構冷彎薄壁型鋼作為受拉構件，膠合木作為受壓構件，兩種材料協同工作，共同受力，組合構件的承載力與單一構件相比，承載力有很大的提升。②構件能進行工廠預制，成品化精度高。③變形性能好、延性好。④整體工作性好。⑤原料綠色環保，可回收再利用，不會對環境造成污染。

3.2 冷彎薄壁型鋼-膠合木組合結構形式

目前，房屋建造組合梁的組合形式主要有：鋼筋混凝土梁、型鋼混凝土梁、鋼木組合梁等，將組合梁與單一梁進行對比，可以看出，在受力分配、結構形式上要比單一材料的梁好很多。如果將冷彎薄壁型鋼、膠合木這兩種材料進行合理組合，形成一種新型的組合梁形式，將其用在建筑結構中，不僅可以減少混凝土等高耗能建材的使用，還可以減輕建筑結構的自重，這符合我國當前建筑業的發展趨勢。

冷彎薄壁型鋼-膠合木組合梁的截面形式如圖1所示。通過將二者組合，充分發揮膠合木的抗壓和冷彎薄壁型鋼的抗拉的優點，避免了木材脆性破壞和冷彎薄壁型鋼易提前發生失穩的缺點，使得各項性能得到顯著提高，因此，這種組合梁截面形式就可以更好的滿足房屋對其的使用要求。

圖1 冷彎薄壁型鋼-膠合木組合梁截面形式

4 結語與期望

當前世界科技高速發展，各種各樣的新型結構形式逐漸出現在人們的視野中。相比于傳統的建筑結構形式，新型結構形式在受力性能、協調變形等方面將擁有更顯著的優勢，而且膠合木作為新型人造板材在節能環保、綠色可持續發展的大環境下必將擁有更大的用處。通過將原木進行干燥、粘接等施工工藝所形成的新型板材，既解決了原木因自身缺陷而導致的力學性能不足，又為建材行業提供了一種可靠的新型材料。同時，作為與膠合木相結合的薄壁型鋼，因具有輕質高強、材質均勻、便于加工、截面形式多樣等優點也備受人們關注。將兩種材料進行合理的組合，形成新型組合梁，來取代傳統的鋼筋混凝土梁，這樣既符合國家可持續發展的要求，也會減少建筑垃圾的產生，對環境保護貢獻一份力量。

目前，我國有關膠合木在建筑工程中的相關理論技術還不成熟，因此在工程實踐應用中受到很大約束，所以只在極少數地區的房屋建設中得到應用。膠合木與冷彎薄壁型鋼所形成的組合結構正處于初步的研究利用階段，承載力計算方法，組合構件的連接方式等問題都是當前亟待解決的關鍵問題。但隨著我國社會發展和科技的進步，相信冷彎薄壁型鋼-膠合木組合梁的發展必將迎來嶄新的局面和美好的前景。