濟南防腐木別墅、休閑小木屋

輕型木結構介紹
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   中華人民共和國建設部和國家質量監督檢驗檢疫總局于2002年4月25日聯合發布了關于國家標準《木結構工程施工質量驗收規范》的發布通知。該規范于2002年7月1日正式實施。在這本新出的施工質量驗收規范以及今后將要出版的《木結構設計規范》中，都新增加了“輕型木結構”一章。這樣，作為一種較新的結構體系，輕型木結構從設計和施工質量驗收上都有了規范體系的法律保障。

    目前，輕型木結構在世界上不少國家地區的住宅以及商業和工業項目中獲得了廣泛地應用。單在北美，約有85%的多層住宅和95% 的低層住宅采用輕型木結構體系。此外，還有約50%的低層商業建筑和公共建筑，如餐館，學校，教堂，商店和辦公樓等，都采用這種結構體系。 

    輕型木結構體系，是將小截面構件按一定的間距等距離平行排列形成框架，然后在框架外根據受力需要，包上結構面板，形成建筑物的墻體，樓蓋和屋蓋等基本構件。整個結構體系就是由這些墻體，樓蓋和屋蓋構成的箱形建筑體系。作為一種高次超靜定的結構體系，輕型木結構的結構強度通過主要結構構件（框架）和次要結構構件（墻面板，樓面板和屋面板）的共同作用得到。
    本文通過對北美的輕型木結構所用的材料以及建筑構造特點的介紹，使得讀者對輕型木結構有進一步的了解。

輕型木結構的材料 

規格材（Dimension Lumber） 

    輕型木結構的框架，或者說骨架，包括樓蓋擱柵，屋蓋椽條，天棚擱柵以及墻體中的墻骨柱等（見圖1），一般采用規格材。所謂規格材是指按一定尺寸和模數制成的實心鋸材，截面寬度一般為38 mm （名義尺寸2”），64 mm （名義尺寸3”），89 mm （名義尺寸4”）。截面高度分為從38mm 到286mm （名義尺寸12” ）之間幾種不同的規格。規格材雖然有三種不同的寬度規格，但輕型木結構框架最常用的是截面寬度為38 mm （名義寬度2”）的構件。規格材的長度一般為600 mm 為進級單位。

    木材是天然材料，在生長過程中不免會產生種種天然缺陷，例如節子，腐朽，振裂和干裂，蟲眼，斜紋和扭曲等，此外，木材在加工過程中會產生加工缺陷，包括鈍棱，漏刨等。所有這些缺陷，都會影響到木材的強度。所以，在使用之前，必須對木材進行分等分級。在美國，規格材的分等分為目測分等和機械分等。用于輕型木結構的規格材主要采用目測分等。對于規格材分等的標準稱作“分等分級標準”，由分等機構編寫。規格材生產時，在鋸木廠由分等員負責分等，由作為第三方的分級機構進行不定期的質量抽檢控制。經過分等的規格材，如符合質量要求，都會打上等級標識（見圖2），標識內容包括： 
 (a). 分級機構的名稱或標識 
 (b). 生產廠家代號 
 (c). 規格材的等級。 
 (d). 樹種或樹種組合名稱 
 (e). 干燥狀態（19% 含水率以下稱干燥狀態） 
美國所有的建筑規范規定，用于輕型木結構的所有規格材必須有等級標識。 
 
膠合木（Glulam） 

    膠合木是采用防水結構膠，將鋸材粘接在一起形成的一種工程木產品。膠合木的截面尺寸包括定尺和非定尺尺寸，定尺的膠合木大部分用于住宅。非定尺的膠合木主要用于商業和公共建筑中。

    與規格材一樣，符合膠合木產品標準生產出來的膠合木都附有由質量認證機構提供的標識（見圖4），表明產品經過一系列嚴格的檢測和認證，符合相關的產品標準。圖中所示標識是由美國APA工程木協會提供的認證標識。 
 
結構復合木材（Structural Composite Lumber） 

    結構復合木材主要指兩種產品，即單板層積材（LVL）（中國的《木結構施工質量驗收規范》GB50206-2002 中也稱旋切板膠合木）和旋切片膠合木（PSL）。單板層積材是將木材單板平行放置，熱壓成型。而旋切片膠合木則將單板切成條狀，然后采用結構膠沿構件長度方向粘接。結構復合木材用的膠粘劑都是室外用防水膠。 

    結構復合材被廣泛地用在輕型木結構中梁，柱，過梁以及重型木結構的構件中。結構復合材在加工過程中，對原材料的缺陷進行了分離，提高了結構強度。驗數據顯示：結構復合材的抗彎強度是標準強度等級的規格材的三倍。剛度高30% 。 

工字木擱柵（Wood I-joist） 

    工字木擱柵是一種可以有效代替實木規格材擱柵的工程木產品。工字木擱柵一般采用規格材或單板層積材(LVL) 作翼緣，結構膠合板或定向刨花板（OSB）作腹板。因為工字木擱柵采用了高強度的工程木，所以與傳統的實木規格材擱柵相比，它的跨度更大（單跨一般可以達到18 米）選。 
 
輕型木桁架 (Truss)

    輕型木桁架可用于輕型木結構的屋蓋和樓蓋，代替屋蓋椽條和樓蓋擱柵。屋蓋桁架根據屋面形狀的不同，有不同的坡度。而樓蓋桁架為上下玄桿平行的桁架。生產時，桁架的桿件一般采用截面寬度為38mm 的機械分等規格材。桿件在節點處，采用金屬鍍鋅齒板從桁架兩側壓入，將所有桿件連接在一起（見圖7）。目前在美國，約有75%的住宅的屋蓋系統采用輕型桁架。 
 
木基結構板材（Wood-based Structural Panels） 

    我們一般所說的木基結構板材包括結構膠合板（Plywood ）和定向刨花板（OSB）。木基結構板材在輕型木結構中用作樓蓋，屋蓋和墻體的面板。作為結構構件，面板除了承載豎向重力荷載外，更主要起到傳遞和承載由風和地震荷載引起的側向荷載。所以稱作結構板材，以示與不承重的非結構板材的區別。

輕型木結構 

    歷史上，輕型木結構分成兩種，即全高框架式與平臺框架式兩種（見圖8 和圖9）。全高框架式輕型木結構主要用在20 世紀的早期，墻體框架構件在兩層樓高范圍內沿豎向連續?，F在，這種結構除了在建筑物的局部采用外，已經不作為主要的結構形式了。從20 世紀后期開始，平臺框架式輕型木結構主導了北美的住宅市場并廣泛地用于商業和輕型工業建筑。這種輕型木結構的特點是每層樓蓋作為一個平臺，支承于下層的墻體上，該平臺同時為上層墻體的施工提供工作面?，F代的平臺框架式輕型木結構與50 年前比較，在所用材料和施工方法上都有很大的不同。 
 
輕型木結構的基礎 

    在美國，輕型木結構的基礎主要采用地下室基礎，獨立或條形基礎以及混凝土礎現澆地坪。地下室基礎一般采用現澆鋼筋混凝土或混凝土砌塊，在美國北部普遍采用?；炷连F澆地坪在美國南部和西部較為常見。

    除了上述三種基礎，還有一種地下室基礎采用經加壓防腐處理木材建造的。這種基礎，除了地下室的底板采用混凝土外，周圍墻體采用經過加壓防腐處理的規格材和木基結構板材。施工時，基礎外墻位于地面以下部分應有防潮層，同時在外墻的回填土中有排水措施。之所以采用這類基礎，是因為許多人不喜歡混凝土的感覺而希望地下室與上部結構有同樣的建筑性能標準。 

    因為基礎墻體必須是永久性的，所以墻體的墻骨柱，墻面板以及連接件都必須耐腐。美國的建筑規范規定了墻體材料的具體耐腐要求。除了墻體結構構件，所有的連接件必須耐腐，例如可采用不銹鋼連接件。

輕型木結構樓蓋 

    對于采用地下室基礎的輕型木結構，底層的樓蓋一般由柱和梁支承，梁可以采用組合梁，膠合梁或工字鋼梁。組合梁一般由規格材組成。如采用底層架空獨立或條形基礎，底層樓蓋可采用同樣的支承體系。北美的輕型木結構樓蓋體系中，樓蓋擱柵的中心間距一般為400mm 或610mm （即16 或24 英寸）。擱柵的尺寸與荷載，擱柵間距，跨度，樹種以及規格材等級有關。常用擱柵一般可采用截面尺寸為38 x 89 或38 x 235 （即2 X 8 或2 X 10 英寸）的規格材；預制工字木擱柵或平行鉉桿桁架的截面尺寸，根據不同的生產廠家。規格材的擱柵的經濟跨度一般從3.6m 到4.8m。超過此跨度，可采用工字擱柵或其他工程木產品。為了使工程技術人員較為簡便地計算擱柵的截面尺寸，一般在規范和標準中都給出有關的跨度表。對于預制工字木擱柵或平行鉉桿桁架的承載力，可參見有關生產廠家的技術說明。 

    樓梯，壁爐以及煙道等樓蓋開孔會截斷一根或數根樓蓋擱柵。一般情況下，開孔方向盡量與擱柵的長度方向平行以減少被截斷的擱柵的數量。在結構上，凡是被截斷的擱柵均由封頭擱柵支承，而封頭擱柵兩端由未截斷的樓蓋擱柵支承。開孔寬度1.2 m 以下時一般采用單根封頭擱柵，超過這一寬度，應通過工程計算確定。另外，封頭擱柵兩端連接應特別注意。 

    按規范要求，對于框架構件的切割和鉆孔應減小到**程度。經切割或鉆孔的構件，當超過規范規定的范圍時應采取相應的加強措施。在集中荷載較大的部位，例如浴缸下，應采用加強擱柵或其他有效地加強措施。如果樓蓋采用桁架或工字木擱柵，則樓蓋能達到的跨度比采用規格材的樓蓋跨度大許多，不需加額外的中間支座。除此之外，另一大優點就是桁架的腹桿之間和工字擱柵的腹板開孔都能很容易地安排管道走向。 

    樓面板除了承擔樓面豎向荷載外，還起到了橫向支撐的作用，傳遞風荷載和地震荷載引起的剪力。所以也稱作剪力橫撐。樓面板為施工提供了工作平臺，也是樓面其他裝修材料的基層。美國早期的住宅一般采用實木板作樓面板，而現代的輕型木結構住宅一般采用木基結構板材作樓面板，主要包括結構膠合板和定向刨花板。在施工時，根據不同位置的受潮濕程度的難易性，決定所用板材的暴露等級。例如靠近水管部位的樓板等等。 

    安裝樓面板時，一般板材的長度方向與擱柵垂直。板材的之間應留有拼縫，寬度不小于3 mm， 主要是保證潮濕引起的少量收縮膨脹。 

輕型木結構的外墻 

    除了山墻，輕型木結構的外墻一般都是承重墻，承載樓蓋和屋蓋傳來的荷載。墻體的框架構件主要包括豎向的墻骨柱和其他水平向構件，這些水平構件包括頂梁板，底梁板以及門窗洞上的過梁等。墻骨柱的截面尺寸一般為38 x 89, 38 x 114 或者38 x 140 mm 。墻骨柱之間的中心間距一般采用300，400 或610mm 。墻骨柱的截面尺寸根據墻體所受的荷載，外墻材料以及所需的墻體的保溫要求來定的。門窗洞口尺寸小于1.2 m 時過梁的截面尺寸一般為38 x 140 。為使得過梁與墻體的寬度一至，一般在兩根過梁間用填塊連接。除此之外，也可采用預制工字木擱柵或其他結構復合材。施工時，從底層樓蓋安裝完畢開始施工第一層墻體。在多數情況下，先在樓蓋上水平施工，待整片墻體組裝完畢，然后豎起安裝到位。如果整片墻體太長，則可將墻體分成若干片，分別組裝安裝。

    在安裝墻體框架構件時，特別應注意交角和拐角處的墻骨柱的安裝，即提供內部裝修材料的安裝基層。一般在隔墻與外墻的交接處，應采用雙根墻骨柱，為隔墻提供支承。（見圖10）
 
    承重墻體的頂梁板一般為雙層，尤其當屋面椽條或樓蓋擱柵的的支座位置在墻骨柱之間時，頂梁板必須雙層。上下頂梁板的拼縫應錯開至少一個墻骨柱的間距。在風力較大或地震烈度較大的地區，規范要求上下層墻體之間以及底層墻體與基礎之間都必須有可靠的錨固連接。 

    外墻面板材料一般采用木基結構板材。和樓蓋用作剪力橫撐的道理一樣，作為一種箱形結構，輕型木結構的墻體承擔風力和地震力引起的剪力，并將這種剪力傳至基礎。在輕型木結構中，并不是要求所有的墻體都起到傳遞剪力的功能，對于具有傳遞剪力功能的墻體，我們稱作加撐墻或剪力墻。為了保證這些墻體本身的剛度用以傳遞剪力，墻體內部必須有支承。而最常用和簡單的支承辦法就是利用墻面板，包括木基結構板材和石膏墻板。除此之外，美國的規范還提供了其他幾種不同的加撐辦法，有興趣的讀者可參閱美國有關的建筑法規。

輕型木結構的天棚和屋面 

    現在在美國，輕型木結構的屋面體系一般有兩種，即傳統的擱柵-椽條體系以及輕型桁架。而后者的應用現在越來越廣泛，已經達到了75% 的市場占有率。 

    美國50 年代以前的建筑大部分采用擱柵和椽條體系。椽條一般一端支承在墻體的頂梁板上而另一端支承在屋脊板上。為了減少椽條對墻體的推力，椽條之間在底部支座處用天棚擱柵連接。而天棚擱柵同時與墻體的頂梁板連接。

輕型木結構的附屬結構 

    現在在美國，越來越多的住宅帶有露臺。露臺提供了室內和室外的過度空間。露臺一般采用經過防腐處理的木材建造。在美國，大部分露臺采用南方松防腐材建造。根據露臺的復雜程度，用戶可以請專業的施工單位或自己動手安裝。
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