木質工程材料在木結構建筑中的設計與應用研究

趙俊齡

（佛山市順德建筑設計院股份有限公司 廣東省佛山市 528300）

0 引言

木結構建筑屬于一種框架式的結構體系，起到關鍵作用的部分包括外墻、樓蓋等，對建筑物的整體穩定性及強度等存在直接影響，是設計此類建筑時難度較高的部分。所以，合理應用木質工程材料，針對外墻、樓蓋等開展有效設計十分重要。

1 木質工程材料概述

此類材料是現階段我國建筑行業在開展木結構建筑建設操作的過程中，應用較為廣泛的材料之一，尤其在南方地區。膠合木具體是利用板材或小型的方材，結合木纖維平行的方向，于厚度、長度等方面，經由膠合的方式制作的木材產品。大片刨花板主要指厚度、長度等均一定的大片刨花。

在一個平面的結構上方，通過隨機開展鋪裝操作的方式，建造而成的可用于建筑工程的單板層積材也叫做切片。定向刨花板存在強度高、握定力高以及結合力強等優勢。定向刨花板在具體制作過程中，需要利用到小徑材、木間伐材，經由指定設備進行加工，形成長條刨花再開展后期的各環節操作[1]。

2 木質工程材料在木結構建筑中的設計

南方建筑工程為以建造嶺南建筑為地區特色，木結構設計應用是嶺南建筑的主要傳統表現手法，體現出中國的嶺南情調和神韻。南方主要氣候特征是夏季炎熱，高溫持續時間長，伴隨環境潮濕、自然光充足，嶺南建筑風格重視建筑物開敞通透，通過充分應用木結構，能夠充分體現嶺南建筑風格特色及與戶外園林設計的無暇接合。在實用功能上木結構也可以實現防暴雨、保溫等多種基本圍護結構和使用等功能要求。該部分，本文選擇樓蓋結構、外墻結構對此進行分析。

2.1 樓蓋結構設計

以完全應用輕型木結構建造樓蓋體系的木結構建筑為例，可選取工字型的木擱柵，并將樓蓋擱柵間的距離設計為600mm，利用竹大片刨花板作為覆蓋面材料，以低層跨度值最大的部分為對象，開展具體的強度驗算操作。

2.1.1 主結構設計

樓蓋主要分為三層，基于工字梁設計的標準，開展相關設計的過程中，可優先預留孔洞，便于后期穿插管道。利用15mm厚的竹大片刨花板作為覆蓋面，木擱柵的跨長為4.8m，樓層結構以混凝土基礎作為支持。

2.1.2 設計與驗算

將托梁的凈荷載設計為0.48kPa、其余房間及臥室的活荷載分別為1.92kPa、1.44kPa，合理擇選適宜類型的工字梁開展樓蓋建設操作，EI為285×106IN2-LBS，中心的間隔距離為S，設計值為600mm。

2.1.3 最大跨度計算

剪力限制跨度最大值：設計剪力為Q=ql/2，因此，跨度的最大值為Lmax=2Q許用/q=2×（875×4.44822）/（2.4×1000×0.6）=5.4m＞4.8m。

撓度限制跨度最大值：針對荷載分布均勻的簡支梁來講，撓度的最大值為fmax=5qL4/384E1，因此，Lmax=[（384EIfmax）/（5qS）]1/3，通過相關調查得知，在間隔距離為610mm的條件下，最大跨度是17′-6″=5.3m＞4.8m。

針對底層跨度最大的部位開展撓度和剪力跨度最大值計算，以及相關驗算可以得知，工字梁設計跨長4.8m符合撓度最大值要求，和材料設計要求及標準相符[2]。

2.2 外墻結構設計

開展外墻結構建設的過程中，需要用到數量較多的釘子，將各覆面板連接在一起，形成蒙皮效應，以達到強化結構強度的目的，進而提高墻體結構牢固程度。和樓蓋相比較而言，針對外墻的設計，繁瑣程度相對更低，通常只需要根據相關標準開展各環節施工便可。

2.2.1 主結構設計

選用輕型木構建的典型墻體，外層設計厚度是15mm的竹大片刨花板，最里層應用厚度為10mm的防火石膏板。

2.2.2 墻骨柱強度驗算

所用材料為紅松方木，挑選截面的尺寸是10×10cm，根據順紋方向，允許的最大壓力為[σa]=10N/mm2，基于此條件下，構件長度和細度比是：λ=l0/r=l0/0.289h=110.7＜120，和主要受壓構件設計要求相符。軸心部位的受壓構件，設計穩定系數為φ＝2800/λ2=0.228，基于此[σa]=10N/mm2，可以選擇上述截面。

2.3 具體設計

本文在充分考量輕型木結構墻體特征的基礎上，針對外墻結構開展設計，設計滿足相關標準和要求。基于建筑物荷載要求，通過計算得知，建筑屋頂軸向荷載為每米4947N，底層軸向荷載為每米19324N。挑選底層房間荷載和高度均為最大值的位置，開展墻骨柱的設計及強度的驗算操作，得知，壓縮正應力的最大值為抗壓強度相比，相對較小，因此，選用10×10cm截面材料符合要求。

3 具體應用

3.1 應用位置

該材料具有較為良好的力學性能，較為符合樓板覆面板要求，同時，由于能夠直接充當建立墻板使用，因此，也可以作為墻板負面板。

3.2 應用模式

在具體應用此類材料的過程中，需要對擱柵間的設計距離加以充分考量，對板材的實際鋪設方式、方向等進行分析，研究地板覆面板的鋪裝以及實際的接頭方式。

3.3 操作順序

首先，對試件的尺寸以及彈性模量進行測量，其次，將材料彈性模量的平均值計算出來，并精確到10MPa，最后基于相關計算可以得知，此類材料的彈性模量見表1。

基于表1可知，隨著跨距的增加，試件的彈性模量會降低，因此，支撐跨距是可對此類材料彈性模量造成顯著影響的因素之一。

表1 不同跨距試件彈性模量

3.4 地板覆面板鋪設

結束基礎施工以后，需要直接將底層地板的擱柵，于地梁板上方開展鋪設操作，再將覆面板置于上方，結合板材的實際情況，及相關的鋪設原則，再具體開展相關操作，其中，確保開口及邊界等結構變化位置的板材的寬度均保持在300mm以上。

3.4.1 保溫

對于木結構建筑來講，其桁架、擱柵之間，由于距離較長，所以空間相對較大，可以實現各類保溫材料的存儲，因此，利用夾層保溫的方式，在木結構建筑中較為常見。實際進行墻體保溫操作的過程中，可選取內、外保溫兩種形式，其中，外保溫主要發揮優化內保溫效果的作用，具體是利用聚苯板玻纖網格布聚合物砂漿體系等，和我國其他結構的保溫方法類似。內保溫是現階段在木結構建筑中應用較為廣泛的一種方式，通常是將保溫材料直接置于墻板覆面板之間。

3.4.2 防火

利用竹大片刨花板建設的建筑，在實際開展防火處理操作的過程中，可通過結構防火以及材料防火兩種方式。其中，結構防火具體指直接在木結構的內部開展防火間距及隔斷的設計操作，應用于防火隔斷的材料可以是加筋混凝土或者規格材等。在設置防火隔斷時，通常會選擇水平與豎直的構件之間，或者樓蓋位置。防火間距則主要指不同建筑間之間的距離，通常要求大于或者等于4m。材料防火主要是指對所應用建筑材料開展阻燃處理，和結構防火相比較而言，較為復雜，因此使用結構防火。

4 結束語

綜上所述，竹大片刨花板可應用于木結構建筑屋頂、地板等覆面板的建造中，在鋪裝過程中，需要遵循所規定的鋪設原則，倘若應用厚度為12mm的板材，則需要將擱柵間距控制在650mm之內。墻體保溫過程中，需要優先考慮內保溫，并有效發揮外保溫的輔助功能。