结构用集成材在木结构建筑中的应用

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摘要 归纳分析了锯材类和复合材料类结构用集成材的种类及特点,论述了我国结构用集成材在工艺技术、理化性能、力学性能以及标准修订四个方面的研究进展,介绍了结构用集成材在国内外建筑工程中的应用。 现代木结构建筑具有环境污染小、施工周期短、保温性能好、结构安全性高等优势,符合节约资源与环境保护的国家技术经济政策的要求,近年来在我国得到大力推广,发展前景广阔。结构用集成材是现代木结构建筑的重要材料之一,主要用于制作建筑结构的承重构件,其种类丰富、性能优越,相关标准体系相对完善,应用潜力巨大。

摘要 归纳分析了锯材类和复合材料类结构用集成材的种类及特点,论述了我国结构用集成材在工艺技术、理化性能、力学性能以及标准修订四个方面的研究进展,介绍了结构用集成材在国内外建筑工程中的应用。 现代木结构建筑具有环境污染小、施工周期短、保温性能好、结构安全性高等优势,符合节约资源与环境保护的国家技术经济政策的要求,近年来在我国得到大力推广,发展前景广阔。结构用集成材是现代木结构建筑的重要材料之一,主要用于制作建筑结构的承重构件,其种类丰富、性能优越,相关标准体系相对完善,应用潜力巨大。 1、结构用集成材的种类及特点 结构用集成材(Structural Glued Laminated Timber),又称胶合木(Glulam),是以承重为目的,将按等级区分的层板(可指接、斜接或拼宽),沿纤维方向相互平行、在厚度方向层积胶合而成,能够剔除木材中的木节以及裂缝等缺陷,充分利用较短较小的木材,不仅提高木材的利用率,而且制作的木结构构件整体刚度良好,自重较轻,运输安装方便。 1.1锯材胶合木 由锯材胶合而成,按锯材之间组坯胶合方式的不同,目前主要有:层板胶合木、正交胶合木、胶合空心木柱、楔形胶合木、钻孔胶合木等。 1.2复合材料胶合木 以锯材为基材,在基材中预埋筋杆、在基材层板中间或表面铺上增强材料,以改善胶合木的力学性能。常用的增强材料有直线型,也有平面型。主要包括:纤维增强胶合木、植筋胶合木和金属-木材混合结构胶合木等。 2、国内结构用集成材相关标准 我国关于结构用集成材以及木结构领域的标准制定滞后于国外。近年来,在借鉴美国、加拿大、日本等国家相关标准的基础上,已逐渐建立并不断完善适合我国国情的标准体系(表1)。
表1 国内结构用集成材相关标准
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3、结构用集成材的应用 3.1国外应用 1981年,位于美国华盛顿州的塔科玛体育馆,其穹顶为胶合木结构,由许多三角形单元木架构组成。穹顶直径162m,穹顶距离地面45.7m,屋顶共有414个高度为762mm的弧形胶合木梁,是世界上最大的木结构穹顶。
1997年,日本秋田县的大馆树海体育馆,屋面为秋田杉胶合木构件,屋顶体系由双向胶合木杆件和支撑构件组成空间桁架结构。
2008年,位于加拿大BC省的奥林匹克速滑馆,预制的“木浪”结构板横跨于间距约为12.8m的曲梁之间,该“木浪”结构由普通的2×4(38mm×89mm)SPF(云杉-松树-冷杉)规格材构成。
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2016年,温哥华UBC学生公寓,充分展示了木结构建筑施工周期短的优势,是全球第一栋超过14层的混合建筑,也是全球最高的木结构建筑,高53m共18层,采用了重木、轻钢和混凝土多种结构形式。建筑的首层是混凝土结构,外加两个混凝土核心筒,其余17层由正交胶合木(CLT)楼板和胶合木梁组合而成。
3.2国内应用 2004年,国家体育总局游泳训练馆修复工程,屋顶采用木拱肋屋架结构替换原混凝土结构,将交错连接的木梁与金属屋面吊顶有机结合,屋顶长71.5m、宽36m、高17m;同年,上海佘山高尔夫球场人行桥采用弧型胶合木结构,桥跨度33m,宽2.5m。2009年,杭州香积寺重建,其胶合木结构建筑面积达6000m2。
2011年,广西柳州开元寺复建工程,所有建筑全部采用木结构,其中大雄宝殿是国内第一座将新型材料和传统木构造结合在一体的大型佛教殿堂,其主体跨度接近20m,占地1520m2,高26.6m,目前为世界现代木结构佛教建筑之最。
2012年,贵州百里杜鹃展览馆采用胶合木结构穹顶,其中心跨度53m,穹顶由6个胶合木叶片组成,建筑面积达3340m2。
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2014年,苏州胥虹桥采用胶合木结构桁架,拱桥全长120m,单跨75.7m,桥宽6m,下拱截面最大达到340mm×1200mm,拼接主拱的单根曲线构件长度达21m,是目前全球跨度最大的重型木结构桥梁。
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