木質(zhì)復(fù)合材料在裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用

李偉娜

（河北工程技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050091）

裝配式結(jié)構(gòu)建筑采取木質(zhì)復(fù)合材料，不但能有效改善木質(zhì)資源的不足，而且有助于加速裝配式鋼木建筑的整體發(fā)展，究其原因與木質(zhì)復(fù)合材料強(qiáng)度、韌性及抗彈性等較強(qiáng)有關(guān)，故此能滿足裝配式鋼木結(jié)構(gòu)的需要，達(dá)到防潮、環(huán)保的效果。

1 木質(zhì)復(fù)合材料、裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑的相關(guān)情況概述

1.1 木質(zhì)復(fù)合材料情況

常規(guī)粘合工藝所制成的產(chǎn)品，比如：纖維板、刨花板和膠合板，均屬于木質(zhì)復(fù)合材料。相關(guān)研究人員表示，木質(zhì)復(fù)合材料經(jīng)木材、不少于1種非木材料所制成的多項(xiàng)固體所構(gòu)成，樹木為人類早期應(yīng)用的材料，在社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中可發(fā)揮關(guān)鍵的作用，木材為材料的主要部分，鋼鐵、木材，以及塑料、水泥中均為可再生材料，以促進(jìn)森林資源的良好發(fā)展且可長期使用[1]。

1.1.1 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在木柱加固中的應(yīng)用

纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包裹于木柱適合位置，能達(dá)到約束木柱變徑向形的目的，確保木柱的承載能力得以提高。經(jīng)實(shí)行軸心受壓試驗(yàn)了解到，圓形截面木柱長細(xì)比、碳纖維布縱橫比設(shè)置，會對整體加固的效果構(gòu)成一定的影響，因而需對加固木柱破壞特征加以深入分析，同時需準(zhǔn)確掌握軸心受壓木柱體積變形特性、最大承載力和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料CFRP，對其抗側(cè)的剛度和抗壓剛度構(gòu)成的影響。順著軸心受壓木柱縱向粘貼碳纖維布試驗(yàn)結(jié)果顯示，縱向粘貼CFRP能加強(qiáng)木柱抗側(cè)性能、承載力、變形性能等，能夠獲得最理想的加固效果。

1.1.2 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在木墻和板加固中的應(yīng)用

使用纖維復(fù)合增強(qiáng)材料FRP材料加固板，可促使FRP粘貼在板受拉面，在加固單向板的時候?qū)RP順著短跨的方向粘貼在板底位置，雙向板則應(yīng)順著兩個方向粘貼這種材料。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)木地板使用玻璃纖維增強(qiáng)塑料GFRP加固，在提高地板剪力、剛度方面的作用突出；選用FRP材料能夠?qū)崿F(xiàn)加固木剪力墻、木框架岸面板的效果。

1.2 裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑情況

裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑（見圖1）早期的形式為木構(gòu)架拼裝房屋，比如倫敦的水晶宮，二次世界大戰(zhàn)后國外一些國家的住房短缺問題比較嚴(yán)重，所以需加強(qiáng)裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)。預(yù)制建筑的速度加快及成本控制下，促使裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑在各個國家中的發(fā)展前景均比較好。早期裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑外觀相對簡單，然而裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑的持續(xù)發(fā)展中，可以實(shí)行合理的設(shè)計(jì)、不斷優(yōu)化，從而利于解決裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑外觀簡單、風(fēng)格單一的問題。

圖1 裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑

2 建筑裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑中木質(zhì)復(fù)合材料應(yīng)用的重要性淺談

2.1 有助于改善使用者的心理情緒

木質(zhì)復(fù)合材料建筑、鋼筋混凝土建筑，可使使用者獲得不同的居住體驗(yàn)，其中木質(zhì)復(fù)合材料建筑會給人親近大自然的感覺，有效改善人們的生活質(zhì)量、心理狀態(tài)，所以建議廣泛應(yīng)用[2]。

2.2 有助于處理各方面的問題

采取木質(zhì)復(fù)合材料進(jìn)行建筑建造，利于嚴(yán)格控制成本、降低建筑行業(yè)生態(tài)能源消耗。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)木質(zhì)復(fù)合材料建筑的應(yīng)用，能促進(jìn)建筑行業(yè)獲得良好的發(fā)展，有效改善人們的生活環(huán)境、逐漸形成不同的建筑形式。

2.3 有助于實(shí)現(xiàn)工藝裝飾性的效果

材料形態(tài)可直接反映材料的真實(shí)形態(tài)、加強(qiáng)對自然環(huán)境的保護(hù)，木質(zhì)復(fù)合材料、石材紋理特征、紅磚表面不規(guī)則紋路等，均為材料的原始形態(tài)和特征。木材間可將較多建筑連接方式聯(lián)系起來，主要體現(xiàn)在材料應(yīng)用、建筑建造方面。通過對建筑設(shè)計(jì)方法、技術(shù)應(yīng)用情況分析了解，能夠轉(zhuǎn)變建筑、景觀，以及風(fēng)景園林等的弊端，正確梳理空間環(huán)境、行為心理的關(guān)系，保證感官、建筑保持統(tǒng)一的狀態(tài)，進(jìn)而促使人們的生活環(huán)境得到有效改善[3]。

3 裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑中木質(zhì)材料的應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)分析

3.1 木質(zhì)復(fù)合材料圍護(hù)材料的應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)

建筑物外層絕熱層，能夠促使建筑物內(nèi)溫度、濕度控制在規(guī)定的范圍，并嚴(yán)格控制室內(nèi)空調(diào)夏季制冷成本、冬季制熱成本。現(xiàn)代木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑會將木質(zhì)復(fù)合材料當(dāng)作建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)，發(fā)揮隔離建筑空間、保護(hù)及通風(fēng)等的效果。建筑外層存在木質(zhì)復(fù)合材料，可將其當(dāng)作圍墻隔熱材料，在平均氣溫較高熱帶溫帶區(qū)域中應(yīng)用均能夠發(fā)揮較好的效果。建筑物構(gòu)建圍護(hù)系統(tǒng)涵蓋表面、內(nèi)部充填物，以及外部幾個圍護(hù)結(jié)構(gòu)部分，內(nèi)外表面裝飾材料木質(zhì)復(fù)合材料，不能發(fā)揮保護(hù)的功效且設(shè)計(jì)工藝、生產(chǎn)技術(shù)方面，木質(zhì)復(fù)合材料可得以優(yōu)化，從而獲得最理想的裝飾藝術(shù)的效果。除此之外，木質(zhì)復(fù)合材料容易維護(hù)，和原木進(jìn)行比較木質(zhì)復(fù)合材料型材力學(xué)性能穩(wěn)定性較佳，定制尺寸、規(guī)格能夠滿足現(xiàn)代建筑的設(shè)計(jì)需要。木質(zhì)復(fù)合材料于建筑設(shè)計(jì)、建筑物后期使用中，在節(jié)能環(huán)保、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展方面的優(yōu)勢突出，木質(zhì)復(fù)合材料型材屬于圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料，具備輕質(zhì)、高強(qiáng)度及環(huán)保等方面的性能，能夠直接反映設(shè)計(jì)人員建筑物設(shè)計(jì)的意圖。

3.2 木材復(fù)合材料裝飾材料應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)

木質(zhì)復(fù)合材料存在材料堅(jiān)固、表面光滑的特點(diǎn)，通過應(yīng)用該類材料當(dāng)作裝飾材料，可為人們創(chuàng)設(shè)溫馨舒適的居住空間。需要注意的是，木質(zhì)復(fù)合材料屬于裝飾材料，在不同類型規(guī)格裝飾線中應(yīng)用，均可以獲得比較理想的效果。地板木質(zhì)復(fù)合材料型材涉及木地板、再生木地板，因地板制造工藝、性能較佳、表面硬度非常高，所以可以避免發(fā)生曲翹和瓦狀變形的問題，且木地板比熱比較大能發(fā)揮隔熱的性能、耐磨性較佳，建議運(yùn)用于家裝、辦公室、酒店等區(qū)域。

3.3 木質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)建筑應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)

不同類型建筑材料、建筑物，直接關(guān)系建筑物的形成結(jié)構(gòu)，經(jīng)對裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑材料特性分析了解到，裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑屬于建筑物結(jié)構(gòu)構(gòu)件的基礎(chǔ)，工作人員將原木材運(yùn)用到定型結(jié)構(gòu)建筑中，可以充分發(fā)揮木材的性能，加大裝配結(jié)構(gòu)的空間。木質(zhì)復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度較好，能滿足拱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)際需要，如此便于為裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑施工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3.1 膠合木結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)

膠合木經(jīng)各種木質(zhì)材料、膠合技術(shù)所制成的材料，構(gòu)建膠合木結(jié)構(gòu)體系的時候會應(yīng)用膠合木材料，將厚度控制在30mm左右、實(shí)行數(shù)個膠合木結(jié)構(gòu)拼接，從而形成完整的受力體系。建筑墻體、玻璃幕墻和輕型木等結(jié)構(gòu)中，均會采用膠合木材料，構(gòu)建受力結(jié)構(gòu)體系的時候建筑經(jīng)混凝土所構(gòu)成，混凝土加裝預(yù)埋件為螺栓及抗拔連接件，在此之后完成膠合木材料、預(yù)埋構(gòu)件連接工作，從而提高建筑結(jié)構(gòu)的水平剪力與結(jié)構(gòu)剪力。此時，經(jīng)膠合木結(jié)構(gòu)體系傳導(dǎo)降低建筑結(jié)構(gòu)的壓力，主要在建筑結(jié)構(gòu)上部應(yīng)用，以此降低建筑結(jié)構(gòu)該位置重量，使建筑結(jié)構(gòu)更加均勻。

3.3.2 原木結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用關(guān)鍵點(diǎn)

原木結(jié)構(gòu)體系中主要會應(yīng)用圓形木質(zhì)材料，配合方木/膠合木以疊加的方式組成木結(jié)構(gòu)，原木結(jié)構(gòu)體系支撐建筑的同時可在建筑維護(hù)中運(yùn)用。原木結(jié)構(gòu)體系支撐建筑階段使用原木結(jié)構(gòu)體系支撐，能將建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力施加到結(jié)構(gòu)體系，其他應(yīng)力經(jīng)圍護(hù)支撐。原木結(jié)構(gòu)體系具有保溫、保濕、隔音，以及水密、氣密、呼吸等方面的功能，故此利于確保建筑內(nèi)部的溫濕度，并使得空氣保持流通的狀態(tài)。通常情況下會在醫(yī)院、養(yǎng)老院和幼兒園等中采用這種結(jié)構(gòu)體系，以此為人們創(chuàng)設(shè)良好的生活環(huán)境。

4 木質(zhì)復(fù)合材料應(yīng)用于裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑中的完善對策探析

4.1 借助計(jì)算機(jī)的作用實(shí)行計(jì)算

通過特定計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)處理建筑用材選擇方案非常必要，比方說：可使用Cadwork軟件修復(fù)木質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建造、建筑物等，然后集成模塊設(shè)計(jì)，這個過程要求考慮到特定選擇模塊生產(chǎn)鏈接的聯(lián)系，以此逐漸形成特定3D圖形，通過使用該種軟件處理可在日后版本中進(jìn)行針對性指導(dǎo)。此外，可使用PKPM軟件完成構(gòu)建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，發(fā)揮提取/構(gòu)建建筑模型、分析動態(tài)能源消耗，以及節(jié)能設(shè)計(jì)等方面的作用，利于從根本上降低設(shè)計(jì)人員的工作壓力及工作量。

4.2 木質(zhì)復(fù)合材料優(yōu)化方法

綠色節(jié)能環(huán)保理念下，采用木質(zhì)復(fù)合材料可改善資源短缺的問題、降低對環(huán)境構(gòu)成的不良影響，使資源得到合理的利用。為取代天然木質(zhì)材料要求科學(xué)使用木質(zhì)復(fù)合材料，發(fā)揮其力學(xué)方面的性能、提高連接的強(qiáng)度，從而保證木質(zhì)復(fù)合材料在裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑中應(yīng)用的整體效果。

5 結(jié)語

建筑行業(yè)中木質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、裝飾、環(huán)保、成本等方面的優(yōu)勢突出，木質(zhì)復(fù)合材料在現(xiàn)代建筑中應(yīng)用的效果較好，比如改善使用者心理狀態(tài)、處理各方面問題、工藝裝飾等，因而建議運(yùn)用于裝配式鋼木結(jié)構(gòu)建筑。