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工程木主要類型有哪些？

天然木材的截面尺寸因受到樹干直徑的限制，不可能很大；樹干是直線形，不能進(jìn)行整體彎曲，影響木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形式和承載能力；天然木材又有許多自然缺陷，嚴(yán)重影響木材的強(qiáng)度。長(zhǎng)期以來人們一直在尋找解決上述問題的方法，工程木的出現(xiàn)以及其在木結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，為解決上述問題提供了一條有效的途徑和手段。

什么是工程木？

工程木制品是用于建筑物結(jié)構(gòu)承重的木材產(chǎn)品。包括實(shí)木、結(jié)構(gòu)用膠合板及定向刨花板、膠合木等。工程木（Engineered Wood Products）是一種重組木材，通過工業(yè)化生產(chǎn)，將天然木材鋸切成一定厚度的木板、木條或木片，按一定的性能要求重新粘結(jié)或組合在一起而形成的木制品。

工程木包括木基結(jié)構(gòu)板（Wood-based Structural Panels）、結(jié)構(gòu)復(fù)合木材（Structural Composites Lumber）、層板膠合木（Glued-laminated Timber，Glulam）、正交膠合木（Cross Laminated Timber，CLT，又稱交叉層積材）和工字形木擱柵（I-Beam）等系列。

木基結(jié)構(gòu)板

木基結(jié)構(gòu)板是用于承重結(jié)構(gòu)的木質(zhì)材料復(fù)合板材。目前國(guó)內(nèi)常用的包括結(jié)構(gòu)用膠合板（Structural Plywood）和定向木片板（又稱定向刨花板，Oriented Strand Board，OSB）兩種，可用于木結(jié)構(gòu)的墻面板、樓面板和屋面板等。

? John Gollings

結(jié)構(gòu)用膠合板

結(jié)構(gòu)用膠合板（Plywood for Timber Structures）由數(shù)層旋切或刨切的單板按一定規(guī)則（交錯(cuò)）鋪放，在高溫和壓力下，用防水耐用的膠粘劑膠合而成，是幾十年來最普遍使用的建筑材料之一。結(jié)構(gòu)用膠合板的常見用途為：輕型木結(jié)構(gòu)中的樓蓋、墻體及屋蓋覆面板，外墻掛板、混凝土模板等。

? Rien van Rijthoven

定向木片板

定向木片板（Oriented Strand Board，OSB）又稱定向刨花板，主要以小徑級(jí)的原木為原料，以經(jīng)刨片加工得到的長(zhǎng)條薄刨花作為基本的木質(zhì)單元，在施加膠粘劑和其他添加劑后，通過定向鋪裝和熱壓得到的一種人造板材。生產(chǎn)OSB可以將小徑級(jí)材、枝椏材、等外材等低質(zhì)木材加工成強(qiáng)度高、剛性大的結(jié)構(gòu)用板材，充分利用和節(jié)約木材資源。

OSB Boards ? Cristina BeltránCadam

定向木片板（OSB）具有良好的力學(xué)性能和較高的尺寸穩(wěn)定性，目前在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)建筑，主要用于替代膠合板和結(jié)構(gòu)用實(shí)木。OSB主要用于地面材料、墻壁板、間隔板、屋頂板、工字梁的腹板等。在北美，OSB逐漸取代了結(jié)構(gòu)用膠合板，北美每年建造的房屋中有75%用OSB作為地面、墻體及屋頂維護(hù)材料。

結(jié)構(gòu)復(fù)合木材

結(jié)構(gòu)復(fù)合木材主要包括：旋切板膠合木（Laminated Veneer Lumber，LVL）、平行木片膠合木（Parallel Strand Lumber，PSL）、層疊木片膠合木（Laminated Strand Lumber，LSL）和定向木片膠合木（Oriented Strand Lumber，OSL）等木制產(chǎn)品，由于種類較多統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)復(fù)合木材（Structural Composite Lumber）。

? Christopher Payne, Esto

結(jié)構(gòu)復(fù)合木材是將旋切單板或削片用耐水性結(jié)構(gòu)膠粘劑粘結(jié)熱壓而成。由于結(jié)構(gòu)復(fù)合木材采用旋切單板和削片取代了鋸切加工，不產(chǎn)生鋸末和刨花，使出材率提高了20%以上，并且可以采用人工林或速生林樹種，擴(kuò)大了結(jié)構(gòu)用木材的樹種范圍。

旋切板膠合木

旋切板膠合木（Laminated Veneer Lumber，LVL）也被稱作單板層積材，是將厚度為2.5~4.5mm的旋切單板多層平行施膠平鋪、熱壓而成。生產(chǎn)LVL時(shí)，先將旋切的單板切割成一定寬度和長(zhǎng)度的單板，并將其干燥至規(guī)定的含水率，切去單板條上的缺陷并進(jìn)行分等，將高質(zhì)量的板條鋪放在外表層，各層單板的木紋方向都與構(gòu)件長(zhǎng)度方向平行，這種特點(diǎn)賦予LVL構(gòu)件沿長(zhǎng)度方向的高強(qiáng)度性能。

鍍鋅旋切板膠合木遮陽板 ? Guillaume Satre

LVL一般用于制作建筑中的梁、桁架弦桿、屋脊梁、預(yù)制工字形格柵的翼緣以及腳手架的鋪板，也用作建筑中的柱以及剪力墻中的墻骨柱。

平行木片膠合木

平行木片膠合木（Parallel Strand Lumber，PSL）也被稱作單板條層積材，20世紀(jì)70年代由加拿大的MacMillan Bloedel公司發(fā)明，其目的是利用森林廢棄物生產(chǎn)結(jié)構(gòu)用木材，取代大截面的鋸材。PSL的質(zhì)量均勻，尺寸穩(wěn)定，產(chǎn)品紋理一致，其強(qiáng)度和耐久性優(yōu)于天然木材。

? 吳清山

在木結(jié)構(gòu)建筑中，平行木片膠合木（PSL）經(jīng)常用于橫梁，或在梁、柱體系中用于中等或大截面的立柱構(gòu)件，在輕型木結(jié)構(gòu)中經(jīng)常用于各種過梁。

層疊木片膠合木

層疊木片膠合木（Laminated Strand Lumber，LSL）發(fā)明于20世紀(jì)90年代，通常采用利用率不高的速生闊葉材樹種進(jìn)行生產(chǎn)制作，從而代替某些大截面的鋸材。

? 宋惠恩

LSL的組成在外觀上與OSB板材相似，但組成LSL的木片長(zhǎng)度更長(zhǎng)，約為300mm。LSL具有優(yōu)異的耐候性和尺寸穩(wěn)定性，能夠最大限度地減少扭曲和收縮的出現(xiàn)。同時(shí)，LSL可以提供預(yù)測(cè)的強(qiáng)度，這一優(yōu)點(diǎn)在木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用中尤其重要。LSL可以替代實(shí)木鋸材應(yīng)用于輕型木結(jié)構(gòu)建筑中，如用作車庫大門的橫梁、門窗的過梁、墻體中的墻骨柱等。

? BIG

一般LSL的強(qiáng)度和剛度稍低于LVL和PSL，LSL的尺寸穩(wěn)定性不及LVL和PSL，當(dāng)含水率變化時(shí)，LSL的厚度脹縮比LVL和PSL的脹縮稍大一點(diǎn)。

定向木片膠合木

定向木片膠合木（Oriented Strand Lumber，OSL）也被稱作定向刨花層積材，是采用定向木片板的生產(chǎn)工藝逐層加厚制成的膠合木。基于OSB的制造技術(shù)將面層和芯層分別按比例加厚，即可制造成厚度為31~75mm的OSL。

OSB Boards ? Cristina BeltránCadam

OSL的制作過程與LSL相似，兩者的主要不同在于所使用的木片長(zhǎng)度不同。用于制備OSL的木片的長(zhǎng)厚比約為75。這種結(jié)構(gòu)復(fù)合木材可制成高厚比較大的構(gòu)件，專門用于構(gòu)成樓蓋周邊的邊框板或短跨度的大門橫梁，邊框板要求在傳遞垂直荷載時(shí)不致發(fā)生壓折或側(cè)向失穩(wěn)。

層板膠合木

層板膠合木（Glued-laminated Timber，Glulam）也被稱作結(jié)構(gòu)用集成材，是用厚度為20~45mm的板材，沿順紋方向?qū)盈B組坯后，用耐久性高的膠粘劑將其膠合而成的工程木產(chǎn)品。

? Alison Brooks

制作膠合木構(gòu)件所用的層板，經(jīng)過干燥和分等分級(jí)，根據(jù)不同受力要求和用途，將不同等級(jí)的層板在截面方向進(jìn)行組合。強(qiáng)度等級(jí)高的層板被放在使用中產(chǎn)生應(yīng)力較大的部位。例如，在受彎構(gòu)件中放在構(gòu)件的頂部和底部，以增強(qiáng)其受彎承載力。同樣，將彈性模量較高的層板放在遠(yuǎn)離截面中和軸的位置，以增加構(gòu)件的抗變形能力。根據(jù)構(gòu)件在受拉或受壓區(qū)組坯的層板的材質(zhì)等級(jí)以及層數(shù)，構(gòu)件的承載力可以得到不同程度的提高。

膠合木體育館 ? david-matthiessen

層板膠合木已被廣泛應(yīng)用于木結(jié)構(gòu)建筑中，從住宅建筑中的簡(jiǎn)支梁和過梁，到跨度超過150m的體育館穹頂?shù)却笮湍窘Y(jié)構(gòu)工程，以及高度超過85m的高層木結(jié)構(gòu)建筑，均能夠采用層板膠合木作為結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件。

正交層板膠合木

正交層板膠合木（Cross Laminated Timber，CLT）也被稱作正交膠合木、交叉層積材，是以厚度為15~45mm的層板相互疊層正交組坯后，采用結(jié)構(gòu)用膠粘劑膠合而成的工程木制品。CLT的層板可以采用實(shí)木鋸材，也可采用結(jié)構(gòu)用復(fù)合木材。

Smartware CLT辦公樓 ? Kinga TOMOS

CLT是一種新型的工程木產(chǎn)品，20世紀(jì)90年代，CLT開始作為建筑材料使用，主要用于制作屋蓋、樓板和墻體等木結(jié)構(gòu)構(gòu)件。近十年來，CLT在國(guó)外發(fā)展迅速，突破了木結(jié)構(gòu)建筑層數(shù)的限制，應(yīng)用范圍越來越廣。

UBC學(xué)生公寓 ? UBC大學(xué)

2016年，在加拿大UBC大學(xué)建成了當(dāng)時(shí)全世界最高的木結(jié)構(gòu)建筑。大樓總共18層，樓面和屋面主要由CLT建造，為混凝土核心筒木結(jié)構(gòu)中的正交膠合木剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

挪威Mjstrnet大廈 ? Ricardo Foto

2019年，在挪威布魯姆蒙德建成的Mjstrnet大廈，是當(dāng)時(shí)世界上最高的純木結(jié)構(gòu)建筑，大樓為18層，建筑高度85.4m，結(jié)構(gòu)體系采用了純木結(jié)構(gòu)的木框架支撐結(jié)構(gòu)，梁、柱構(gòu)件采用大截面膠合木，墻板、樓板和電梯井大量采用了CLT，部分樓面板也采用了LVL預(yù)制樓面系統(tǒng)。

? Jonas Westling

CLT作為一種新型預(yù)制工程木產(chǎn)品，可代替鋼筋混凝土在建筑中作為承重構(gòu)件，是一種能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能、減排、安全、便利和可循環(huán)的綠色建材。CLT實(shí)現(xiàn)了木結(jié)構(gòu)從中低層向高層的發(fā)展，突破了木結(jié)構(gòu)建筑現(xiàn)有層高限制；CLT符合發(fā)展裝配式建筑的要求；CLT實(shí)現(xiàn)了低等級(jí)木材的增值利用。

工字形木格柵

工字形木擱柵（I-Beam）也被稱作木工字梁，采用規(guī)格材或結(jié)構(gòu)用復(fù)合材作翼緣，木基結(jié)構(gòu)板材作腹板，并采用結(jié)構(gòu)膠粘劑粘結(jié)而成的工字形截面的受彎構(gòu)件。20世紀(jì)70年代，工字形木擱柵就已成功應(yīng)用于住宅和商業(yè)建筑的工程中，通常用來取代截面較大的實(shí)木擱柵。工字形木擱柵為預(yù)制構(gòu)件產(chǎn)品，由上下翼緣和中間腹板組成，翼緣通常采用機(jī)械應(yīng)力分級(jí)木材、LVL或LSL等木質(zhì)材料，腹板采用OSB或結(jié)構(gòu)用膠合板，采用防水結(jié)構(gòu)膠粘劑將翼板和腹板粘合在一起制備而成。

工字形格柵 ? Pinterest

工字形木擱柵由于截面形狀合理，具有較高的強(qiáng)度-自重比、較好的截面尺寸穩(wěn)定性及較小的力學(xué)性能變異性，成為工廠預(yù)制生產(chǎn)的木構(gòu)件制品。

結(jié)語

深入了解工程木，便能深切體會(huì)到現(xiàn)代科技與傳統(tǒng)木材交融的迷人魅力。工程木的發(fā)展帶來了優(yōu)質(zhì)且環(huán)保的材料，為可持續(xù)的未來提供了有力支撐。未來，工程木有望朝著高性能、多樣化以及智能化的方向發(fā)展。技術(shù)的進(jìn)步將增強(qiáng)其強(qiáng)度和耐久性，滿足嚴(yán)苛的要求；新的手段會(huì)豐富其形態(tài)，以適應(yīng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)；智能技術(shù)也將融入生產(chǎn)和應(yīng)用環(huán)節(jié)。