木材具有容重小、強(qiáng)度高、彈性好、色調(diào)豐富、紋理美觀和加工容易等優(yōu)點(diǎn)，是一種儲(chǔ)量豐富的可循環(huán)再生資源。在力學(xué)性能方面，木材能有效地承擔(dān)壓力、拉力及彎矩，特別是抗壓和抗彎具有良好的塑性，所以在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用經(jīng)久不衰。

木結(jié)構(gòu)對(duì)于承受瞬間沖擊荷載和周期性荷載具有良好的韌性，受地震作用時(shí)，木結(jié)構(gòu)仍可保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和完整，不易倒塌。由于木材材料組織可容留空氣，因此木結(jié)構(gòu)建筑具有良好的保溫隔熱性能。今天也和大家聊一聊現(xiàn)代木構(gòu)的一些基礎(chǔ)ABC。

01 我國(guó)木結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程

我國(guó)的木結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了千年的發(fā)展，遺留下來(lái)的木結(jié)構(gòu)建筑類型非常豐富，結(jié)構(gòu)及構(gòu)造做法也各具特色，采用的都是天然的方木原木，取之于樹(shù)，然而方木原木自身還是有著諸多限制與瑕疵，比如含水率較高后期易開(kāi)裂，天然長(zhǎng)度、截面尺寸有限、力學(xué)強(qiáng)度較低等等...

宋至明清-《營(yíng)造法式》類古代木結(jié)構(gòu)

隨著木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用已打破了傳統(tǒng)梁柱的結(jié)構(gòu)體系，通過(guò)對(duì)天然木材重組再加工的方式、使木材的各種力學(xué)性能的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍和能力也不斷擴(kuò)大。而且，隨著現(xiàn)代加工技術(shù)和安裝技術(shù)的房展，木結(jié)構(gòu)建筑的工業(yè)化生產(chǎn)的程度越來(lái)越高，木結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣。

上海西郊賓館意境園

陽(yáng)信萬(wàn)畝梨園游客中心

02 中國(guó)木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的發(fā)展歷程

國(guó)內(nèi)木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)自1955年以來(lái)多次修訂改版。自2009年11月，由中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司、四川省建筑科學(xué)研究院與加拿大木業(yè)協(xié)會(huì)及其他國(guó)內(nèi)外相關(guān)單位開(kāi)展了《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB505-2003的修訂工作，《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB5005-2017（以下簡(jiǎn)稱《木標(biāo)》）于2018年8月1日起正式實(shí)施。

根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部關(guān)于發(fā)布國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB55005-2021的公告（2021年4月12日），《木標(biāo)》中的10條強(qiáng)制性條文將于2022年1月1日廢止，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《木結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB55005-2021，自2022年1月1日起實(shí)施。該通用規(guī)范為強(qiáng)制性工程建設(shè)規(guī)范，全部條文必須嚴(yán)格執(zhí)行，現(xiàn)行工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)規(guī)定與該通用規(guī)范不一致的，以該通用規(guī)范為準(zhǔn)。

03 為啥國(guó)內(nèi)的木結(jié)構(gòu)項(xiàng)目大多用的進(jìn)口的木材？

國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成的以及正在新建的木結(jié)構(gòu)大部分運(yùn)用的都是國(guó)外進(jìn)口的木材。為何不采用國(guó)產(chǎn)的木材有較多的原因。

除去傳統(tǒng)木構(gòu)，其實(shí)早在1950年~1980年，我國(guó)木構(gòu)房屋在廠房等公建中遍地開(kāi)花，主要為木桁架，格構(gòu)木屋架為主，現(xiàn)在在一些廢棄的廠房中仍能看到大量的木構(gòu)身影。然而在80年代之后，由于過(guò)度砍伐導(dǎo)致樹(shù)木減少，加之混凝土、鋼材、砌體結(jié)構(gòu)的推廣，木構(gòu)建筑逐漸黯淡下來(lái)。

在政策法規(guī)層面，自1998年開(kāi)始，為保護(hù)國(guó)內(nèi)的森林資源，我國(guó)政府實(shí)施了天然森林保護(hù)工程，大幅度調(diào)減國(guó)內(nèi)木材砍伐總量。為了維持木材供需平衡，國(guó)家采取了一系列鼓勵(lì)木材進(jìn)口的措施，大量進(jìn)口原木、規(guī)格材和工程木產(chǎn)品并在國(guó)內(nèi)的工程建設(shè)中得到了廣泛的使用。

在規(guī)范層面，在2003版《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》以前，我國(guó)木結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究尚落后于其他先進(jìn)國(guó)家，為使我國(guó)木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)基本達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，為此在03版規(guī)范的修訂過(guò)程中引進(jìn)了大量的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)技術(shù)相關(guān)內(nèi)容。在修訂過(guò)程中通過(guò)國(guó)際合作，借鑒和吸收了國(guó)際上近幾十年來(lái)的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果，提高了我國(guó)木結(jié)構(gòu)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)水平，進(jìn)一步加快了我國(guó)木結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)接軌的步伐。

在此后的規(guī)范中建立了規(guī)格材目測(cè)分等、機(jī)械分等系統(tǒng)，并與北美和歐洲等國(guó)家合作研究完成了進(jìn)口木材強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)直接轉(zhuǎn)換的方法。對(duì)北美、歐洲進(jìn)口的規(guī)格材設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換。使得國(guó)內(nèi)的結(jié)構(gòu)工程師在使用進(jìn)口木材作為結(jié)構(gòu)材時(shí)對(duì)于材料強(qiáng)度和其他材質(zhì)性能的選用擁有了可靠的依據(jù)，從而進(jìn)一步地增加了進(jìn)口木材在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目中的使用。

現(xiàn)行的《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB5005-2017中的附錄D.1，D.2詳細(xì)規(guī)定了北美地區(qū)主要是加拿大進(jìn)口的目測(cè)分級(jí)的方木和規(guī)格材的強(qiáng)度和彈性模量的設(shè)計(jì)值。為結(jié)構(gòu)工程師在設(shè)計(jì)中提供了詳細(xì)的依據(jù)。

剛拆包的加拿大木材

04 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)分類

木建筑按照結(jié)構(gòu)類型分類可分為輕型木結(jié)構(gòu)和重型膠合木結(jié)構(gòu)。輕型木結(jié)構(gòu)是以小截面規(guī)格材作為結(jié)構(gòu)龍骨，表面覆以具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的面板而形成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。輕木結(jié)構(gòu)的計(jì)算可按照構(gòu)造設(shè)計(jì)法或結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)法兩種。詳見(jiàn)《木標(biāo)》第九章。

輕型木結(jié)構(gòu)示意圖

某在建輕型木結(jié)構(gòu)住宅

輕型木結(jié)構(gòu)典型外墻構(gòu)造

加拿大出產(chǎn)的云杉Spruce-松pine-冷杉fir規(guī)格材由于外觀及材質(zhì)類似，統(tǒng)稱為SPF規(guī)格材。由于加拿大嚴(yán)格的木材分等體系，使得不同規(guī)格的鋸材被用于加工或建造不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。SPF規(guī)格材多用于輕型木結(jié)構(gòu)的建造。在中國(guó)建造的輕型木結(jié)構(gòu)建筑絕大多數(shù)使用的是加拿大的SPF規(guī)格材。

由原木變?yōu)殇彶?/p>

重型木結(jié)構(gòu)是以膠合木構(gòu)件為主要承重構(gòu)件，如膠合木框架結(jié)構(gòu)和框架剪力墻結(jié)構(gòu)。復(fù)雜的重型木結(jié)構(gòu)通常需要通過(guò)有限元分析軟件進(jìn)行建模計(jì)算。

帶支撐膠合木框架示意

帶支撐膠合木框架結(jié)構(gòu)

 

框架木核心筒結(jié)構(gòu)

加拿大出產(chǎn)的花旗松規(guī)格材則多用于制作花旗松膠合木。花旗松具有質(zhì)地溫潤(rùn)，花紋美觀，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，易于加工，握釘力強(qiáng)的有點(diǎn)，非常適合加工成膠合木構(gòu)件，用于重型木結(jié)構(gòu)建筑中的梁和柱構(gòu)件。膠合木是將規(guī)格材經(jīng)工程化的設(shè)計(jì)、膠粘和處理，形成較大尺寸，且符合本規(guī)范材料物理力學(xué)分等要求，用于結(jié)構(gòu)承重的復(fù)合木材。膠合木可以被加工成任意尺寸和造型，且消防規(guī)范允許其可以暴露在外。

膠合木

05 設(shè)計(jì)小TIPS

模數(shù)

由于層板膠合木構(gòu)件是由規(guī)格材層板拼接而成的,而用于制作膠合木構(gòu)件的單片花旗松層板的規(guī)格通常有以下幾種：38x89, 38x140,38x184.38x235,38x286。故在設(shè)計(jì)構(gòu)件截面的時(shí)候通常會(huì)考慮以一定的模數(shù)確定截面的寬度。

如設(shè)計(jì)成170（寬）x400（高）的梁截面，膠合木工廠會(huì)用38（厚）x184（寬）的層板膠合出構(gòu)件毛料，然后通過(guò)四面刨機(jī)器進(jìn)行表面處理后，剩余截面正好為170mm的寬度。這樣做的目的是為了最大程度減少木材和人工成本的浪費(fèi)。

同理，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的寬度還可以設(shè)計(jì)為70mm, 130mm,220mm,270mm。大于270mm寬度的構(gòu)件則需要層板橫向雙拼解決，如38x89橫拼一塊38x235用以制作一根300x300的膠合木柱。

膠合木框架梁的截面初步判定可按下圖中采用：

橫紋力學(xué)性能弱

木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免橫紋受壓的情況。木材橫紋強(qiáng)度很低，且橫紋受壓下變形量大。

相較于橫紋抗壓，木材橫紋抗拉強(qiáng)度極低，所以在設(shè)計(jì)中一定要注意木材端頭節(jié)點(diǎn)橫紋受拉的情況，避免木材劈裂。

關(guān)注耐久性

干濕交替的環(huán)境對(duì)木材的影響是巨大的，會(huì)引起木材的形變和腐爛。故在木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中防水做法至關(guān)重要，屋面和墻面的防水須特別注意。

室外環(huán)境中的木柱柱腳須注意排水通風(fēng)，有些結(jié)構(gòu)工程師喜歡采用鋼靴柱腳，其實(shí)這種做法是很不合理的，因?yàn)榭紫吨腥菀走M(jìn)水，不能很好的及時(shí)排走，故柱腳常采用插板節(jié)點(diǎn)。

（責(zé)任編輯：何雯麗）

延伸閱讀：

重型木結(jié)構(gòu)的五個(gè)隱藏優(yōu)勢(shì) 探索英格蘭的綠色奇跡：格洛斯特郡扎哈木結(jié)構(gòu)足球場(chǎng) 木建可持續(xù)未來(lái)——木結(jié)構(gòu)助力減緩氣候變化

(1) 凡本網(wǎng)注明“來(lái)源：預(yù)制建筑網(wǎng)”的所有資料版權(quán)均為預(yù)制建筑網(wǎng)獨(dú)家所有，任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人在轉(zhuǎn)載使用時(shí)必須注明來(lái)源“預(yù)制建筑網(wǎng)”，違反者本網(wǎng)將依法追究責(zé)任。 (2) 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來(lái)源的稿件，是本著為讀者傳遞更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性，請(qǐng)讀者僅作參考，并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載使用時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的稿件來(lái)源，禁止擅自篡改稿件來(lái)源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任，違反者本網(wǎng)也將依法追究責(zé)任。 (3) 如本網(wǎng)轉(zhuǎn)載稿涉及版權(quán)等問(wèn)題，請(qǐng)作者一周內(nèi)書面來(lái)函聯(lián)系。

[責(zé)任編輯：Susan]