1.建筑用木材
木材在建筑中的使用可以追溯到数千年以前。事实上,木材是人类所使用的第一种建筑材料。人们使用木材最直接的方式是用原木当梁柱,或把原木水平堆砌成墙。从那时起,建筑中木材的使用在建筑和覆层应用方面就停止了进步。历史上,某些技术性的里程碑,例如,方形截面技术的面世(使更高精密度和更强调节度成为可能),以及屋顶桁架技术,都是值得关注的。14~17世纪,西班牙所使用的“环路”(Lazo)系统,是一项有趣的架顶技术。这项技术使屋顶得以伸展到10m,并促进了多面斜顶的建造。
建筑用木制品或木材制品,自初始形态以来的加工度大为不同。今天,传统技术仍与技术先进的产品共存。市场上木材产品系列的范围很广,制作这些产品的木材,包括极高机械规格的预制件在内,都经过了不同程度的加工。
现代制造系统使定制木结构建筑系统的生产成为可能。定制木结构建筑系统是由单个与指定情况相适应的要素构成的。相对于大批量生产封闭系统而言,这些系统所具备的灵活性是一个极大的优势,而前者的应用则更为有限。现代制造业更偏向于“开放系统”。人们通常把这种系统看成产品,将其设计用作地板、墙壁和屋顶。
木材的性能
木材是唯一一种具有结构性能的可再生自然资源,也是唯一一种用于建筑中的活跃元素。这种固有的特质甚至在树木被锯开后依然存在。这种内在特性体现于木质部件移动或出现缺陷时。
树木的种类大约为3万种,其中约2000种都用作商业采伐。在同种木材范围内,木材所表现出的特质都可以大为不同。人们通常会将木材分为硬质与软质。大部分松柏科树木(如松树、冷杉、雪松等)都不是软木材。考虑到生长快,树色浅的因素,对木材的商业性开发主要局限于北半球。比起软木材,硬木材主要生长在温带及热带气候区,颜色、纤维和纹理图案多种多样。硬木材生长较慢。
结构性能
木材的内部结构天生就是非均质的,具有显著的方向性。在主方向方面,木材的机械性能和物理性能是不同的:与木材纹理方向一致,还是横穿木材纹理,抑或是与树干相切。从本质上讲,木材是一种耐磨的材料,因为木材取自树干,而树干支撑的是整棵树的重量。在外力作用下,树干中纤维方向与树木内所产生张力的方向是平行的。出于此因,人们可以将树干看成原本就是有结构性的。此外,作为一种活性材料,木材有许多特质,这些特质在性能方面将木材与金属或钢筋混凝土构件区别开。
按照木材的内部结构,可将其分为两类,即裸子植物与被子植物。第1类,此类树木结球果且分泌树脂,四季常青,生长在温带北方地区,是建筑用木材的主要来源。
第2类,此类树木为阔叶落叶树,尽管它们的基本成分也包括相同的元素,但其所拥有的多孔结构已将其与裸子植物区别开。这种区别是通过一种名为“导管”的细胞群表现出来的,这些细胞专门存在于树液的流动过程中。
被子植物,作为密度更大、抵抗力更强、更耐用的木材来源,生长于温带地区,主要用于制作橱柜。
原木的横截面
1.外层树皮
2.内层树皮
3.形成层
4.边材
5.心材
6.木髓
7.年轮
8.髓质半径
从微观尺度上讲,横切树干后,人们很容易便能将树皮、韧皮与木材和木质部区别开来。
树皮可分为明显的3层:外树皮,能够保护树木不受外界环境侵袭;内树皮,通过内树皮,叶子所产生的树液能够供给树循环;形成层,这是一种活性层,在形成层内,细胞有丝分裂促成生长。“有丝分裂”即1个细胞分裂成2个细胞。
在树干部分的木材中,与每个生长季节相对应的年轮是十分明显的,外圈的年轮颜色更浅,由软质而年轻的木质构成,称为“边材”。年轮间距离越宽,证明当时树木的生长速度越快,而在同一树种当中,年轮间距离越宽,则说明此处木材密度越小,抵抗力越差。
树干内部即心材,是树木内没有生命的中心细胞核部分。由于木质化过程,其颜色比边材更深。在针叶树中,心材部分含有树脂,而在落叶树中,心材部分则有丹宁酸沉积物。与树木早期生长阶段相对应年轮间木材偶尔会是软质的,且质量较差。
除去这些区别,有的树种边材和心材是很难区分的,这可能是由于抽检的树木比较年轻,或者由于其自身构成,如落叶松、桦木、赤杨、菩提树和俄勒冈松。边材能更好地吸收治疗药物,但无论是在物理方面还是防虫和抗菌方面,总是不如心材的抵抗力强。
最后,树心部分即是心材中心部位的木材,此部分时间最久,通常是最硬的部分,且裂纹情况很严重。
心材的中心是髓质,其尺寸不尽相同,橡树的木髓尺寸小,而柳树的则较大。
♦ 组成液(4%~5%):从化学角度讲,组成液仅存于组分的有机分子中,因此仅会通过分解和燃烧而流失。
♦ 浸渍水(多孔且吸湿):浸渍水能够渗透到细胞壁中。其会导致木材径向、横向膨胀,或者缩水。这是因为细胞壁的厚度取决于其水分含量,当细胞壁水分含量饱和,细胞壁先会变厚,接着变薄,丧失水分。浸渍水在木材的物理特性中影响很大,因为它使木质软化。浸渍水可以从空气中吸收,所以它在木材中的存在与环境条件是相对应的。纤维(PSF)的饱和点标志着吸水上限。与干燥量相比,饱和点通常在20%~30%左右。在正常环境下的室内环境条件中,饱和点在10%~15%左右;而在室外环境条件中,饱和点为15%~18%。由于需要减少木材的吸湿运动,最后该数值为建筑用木材可容许的最大水分含量。工业用干木材水分含量水平可低于10%。
♦ 吸入水:由毛细管吸收,含量不受限制。吸入水存在于树木的树管或导管中,填充细胞内的空余或细胞间的空间。吸入水含量可超100%,尤其是在绿木中,是树木伐倒干燥后第一种消失的元素。它不能从空气中吸收取得,只能通过液态水与树木的直接接触获得。吸入水不会影响木材中的尺寸变化,也很少影响木材的物理属性,但却影响着树木的表观密度、可加工性及是否易生长蚀木菌类。
萃取物占树木的5%~6%,根据树种的不同,其类型和数量也不尽相同。萃取物包括树脂或松节油、丹宁酸或多酚、植物油、植物脂肪、树蜡、色素及胶状物等物质。这些萃取物在很大程度上影响了树木的气味和毒性,换句话说,这些物质影响着树木对于生物攻击的抵抗能力。
不同类型木材的属性
除去细孔,木材的实际密度(木材的质量及其纯体积之间的关系),事实上所有树种的实际密度都是相同的,为1550kg/m3。
然而,树木的表观密度却确实会在多孔性以及木材的水分含量方面有所变化。大多数树木会有400~850kg/m3的表观密度,轻于石头(2000~3200kg/m3),金属(2600~11300kg/m3),以及塑料(900~1400kg/m3)。
至于水分含量在5%~25%的树木,水分含量每变动1%,其质量便会相应变动0.5%。
至于受热膨胀和收缩,木材是最稳定的建材之一。实际上,温度升高导致的水分流失会引起收缩,这种收缩能够有效地缓解受热膨胀。树木横纹的膨胀系数为0.3×10-4~0.6×10-4/K,顺延膨胀指数为横切的1/10。
机械强度
就物理特性而言,与其他建材相比,木材的主要特质是其良好的强度 - 重量比:其强度 - 重量比是混凝土的3倍,钢铁的3~4倍。
此外,作为一种结构材料,值得注意的是木材顺纹(尽管其抗压力很小,仅为上述的1/5~1/7横纹受力)受压缩力情况下的弹性属性及强抗压力。
同样,木梁展现出对牵引力(是其压缩力的1.5~3倍)和弯曲度的良好耐力,这是上述两种特性的产物。由于其纤维结构,其纯抗压力也非常突出。这些特性决定了接合处的形态,接合处集中张力,并通过改变方向来疏导张力。
15%湿度下不同树种的物理防腐力,单位:N/m2及MPa
木材的另一特性是,在短时间内承受强张力。出于此因,当木结构自重与偶然受到的负荷相比较轻时,木结构会更有效地抵抗外力。最后,当湿度和温度升高,木材的物理属性会变弱,反之则会增强,了解此点是很重要的。
耐火性
木材的防火等级很低,这意味着建筑法规会限制木材在特定环境下的应用。然而,木材在火中的表现却是可以预测并相对稳定的,为其提供了稳定火情的时间。从另一方面来讲,由水分流失引起的收缩抵消了木材在火中的受热膨胀。通常,在大型建筑物中,没有必要为了达到特定的防火等级而去将区域尺寸划分过大。对抗炎产品的应用改善了木材的遇火反应,但却没有改善其稳定性。其中一个主要限制因素是金属连接件,金属连接件只有15分钟的防火等级。在只有轻微超尺寸的情况下,防火等级可以达到30分钟,通过覆盖金属元件,防火等级可以达到60分钟。
在立柱结构的建筑物中,人们使用石膏板作内包层来保护建筑物的结构,因为使用小块木材无法达到最小防火等级。此外,在楼层之间和毗邻住所之间安装合适的防火屏障也是很重要的,这是通过在阻碍火焰传播的立柱结构中为其他楼层、相邻层或屋顶结构加入元件而实现的。
切开木料后所显现的标准状锯面、截面及其变形
为了某种用途或用于某种位置,从选中一块木材开始,发现潜在的变形是很重要的。
木材的先天缺陷
1.不规则生长(侧偏)
2.径向裂纹
3.乌鸦脚状
4.震动
5.双边材
6.树节
高湿度状况下的木材
作为一种建筑材料,木材所呈现的许多问题都是由于其吸湿特性。木材是一种倾向于与周遭环境同化,根据气温的浮动和相对湿度的变化来吸收或排出水分的材料。
外部应用时,平衡含湿量在11%~18%之间,室内应用时则为10%~12%。持续的高湿度含量(20%以上)会导致菌类性腐蚀,而同时容易滋生噬木虫,如白蚁和Anobides(树屑样颗粒)。通常两种现象会同时存在,尤其是在靠近潮湿地带的区域(浴室、厨房、落水管等)。
因此,采用通风设计方案及使木材遇水时能及时排水,以此来保护木材是很重要的,尤其是在木质部件与其他材料接触或高危情况出现时。
然而,为横纹的膨胀和收缩而做出的设计是很重要的,即通过留出必要的活动自由。膨胀和收缩发生于所有的木材建造中。此种方法在设计木质部件之间的接合时尤为重要。大体说,最严重的膨胀收缩情况发生于沿年轮线的地方,因此最为稳定的是那些径切部位的木材。
耐风力
我们需要考虑到由风力引起的升力会作用在较轻的木结构上这一问题。充分确保屋顶与墙壁接合及墙壁与地基、地形接合非常重要。建筑物的稳定要求是与金属建筑技术所使用的相似解决方案。在金属建筑技术中,建筑物正面的部件与屋顶将水平荷载传给了地基。
地震反应
地震产生大量短暂负荷,在这种情况下木制结构展现了最佳反应。事实上,在地中海国家,为了改善墙壁构造的抗震性能,传统上人们总是将木质部件加入其中。
声学特性
木材具有良好的吸声性能,因为这个原因,人们通常将木材用于体育和零售建筑中,并且收效良好。然而,木材却不是一种好的隔音材料。木质建筑部件十分轻便,这就意味着仅凭重量木材并不能提供良好的隔音,尤其是低频率。尽管如此,通过采用多种不同厚度层及性能的木材,实现真正的高规格还是可能的。更难解决的问题是对碰撞噪声的隔音。对于此问题,正在大量进行该领域的研究。
木材制品
实木
成型木材主要应用于立柱结构中,尽管在非木质建筑类型中它也应用于屋顶和地板结构中。成材截面通常尺寸很小(从38mm×39mm~45mm×240mm),产地在美国、加拿大及北欧国家。应用最普遍的树种是松树和冷杉。
较大块的实木板产自条板木或胶合在一起的小块木板。它们被称为胶合层压木材(厚度宽度相同的胶合条板)、细木工板(复合板横纹镶面)及复合板(由机械或化学连接的企口板)。
层压木材
胶合板
层压木材产品出现于20世纪初,弗里德里克·奥托·海策(Friedrich Otto Hetzer)于1901年获得第一个关于直梁的专利。通过利用市场上大量的小刨面木质部件,他生产出了不限尺寸的部件。5年后,他又获得了弯曲件系统的专利,从那时起,层压木材产品的发展开始引人注目。1920年,已有200多幢使用海策专利的层压木材结构的建筑物。第二次世界大战及随之而来的限钢令为这项技术提供了决定性的推动。
尽管层压木材多在大型建筑物或公共建筑中采用,由于对生物制剂和大气制剂的保护,层压木材开始应用于室外场所(人行道和桥梁),并应用到原本只有金属和混凝土等材料的领域中。
用于黏合材料中的树脂(尤其是甲醛树脂)在室外环境下表现良好,并有着不错的阻燃性能。目前的趋势正向着使用对环境冲击较小的黏合剂发展,但是到目前为止,对它们的应用性及耐久性,人们很少去做彻底的测试。
衍生木材板
这是由木质胶镶面、小块木材或木质纤维素构成的,由黏合剂接合的木板。衍生板主要用作二级结构元件之间的填料(托梁、桁条等),且具有物理和机械特性,这些特性在整块部件的所有截断方向都是高度一致的。它们可以用作壁骨结构隔膜,也可当成镀层材料使用。
胶合板是多用于结构中的木板。胶合板是通过将多层薄木片粘着在一起而制成的(通过“去皮”工艺得到质地良好的木板)。胶合板是由奇数的镶面构成的,这些镶面都粘着在一起,连续镶面按纹理方向垂直叠加。这样导致一整块板内据有机械属性的部分纹理方向都相同。胶合板的性能是由所使用的黏合剂及镶板的类型决定的。因此,胶合板可分为不同等级,有的适用于室内,有的则适用于室外。
标准欧洲企口板样式
制作胶合板最常使用的树种是俄勒冈松、加州松和南部松,以及热带落叶树,如奥古曼木。在黏合剂方面,酚醛树脂是室外用胶合板中最常用的。出于此因,此种类型的夹板通常称为“酚醛板”。
在其所有优点中,其中之一即胶合板尺寸稳定且抗翘曲。在轻骨构造及其他类似结构中,胶合板广泛用于镀层,并在结构上与壁骨结构相得益彰。
定向刨花板(OSB),是为结构应用而特别设计的,尽管它偶尔也用做室内镀层材料。定向刨花板通过用压力将木纹粘在一起而制造。外层的木纹是朝向木板的长度方向的,而在里层,它们则为垂直方向。这样木板就能从朝向两方木纹的机械抗力所能发挥的最大价值中获益。定向刨花板的外观十分独特,缕缕木纹构成了淡黄色的粗糙外表。
定向刨花板应用于屋顶与墙的架设,以及天花板和镀层中。与胶合板相比,其结构属性并不逊色。它的优点包括使用轻松、轻便。它是由生长迅速的树种——黄松木、白杨和桦树制成的,在生产过程中只有15%的木材浪费。
刨花板(在英国及某些国家也称为“硬纸板”),是在压力下将碎木粘在一起制成的。它很少用于建筑应用中,因为其大多数生产是针对非建造应用的(门、家具等)。作为一种机械耐腐蚀元件,它最常用于建造屋顶,偶尔应用于地板及天花板的建造中。可以对碎木板进行多种处理:改善其防水性;阻燃性;对其使用杀虫剂或杀菌剂;甲醛处理等。在最后加工方面,刨花板可以裸露、加盖木质胶合板、镀上塑料层或聚酯层、喷漆或涂漆。
硬纸板是由木质纤维结合黏合剂或树木天然树脂而构成的,其主要应用于家具业。尽管有时它也用于复合T形粱的制造,在这里它作为法兰构成了固体木质部件之间的连接网。
定向刨花板(OSB)
刨花板
结构木材标准尺寸
欧洲标准实木样式
欧洲方形截面木材标准尺寸
中密度纤维板(MDF)是由木质纤维素结合合成树脂,在受热增压的情况下构成的。比起刨花板,它较少应用于建筑中,因为它易渗水,可加以防水、防火处理。
水泥纤维板是通过对木材施加压力并使其受热,将其他植物纤维与水泥混合而制造的。其防水特性使其适用于建筑物正面,在火中也表现良好。
预制板材
通常所说的夹芯板及预制板材,包含一个铺在两层衍生木层之间的核心绝缘材料(合成泡沫、软木、胶木或其他材料)。一些板材在芯内并入实木长度,以增加其抗弯曲力(这些板材称为“加强板”),以及蒸汽屏障。加强板可以制造更大尺寸,这样可以使单块木板距离扩大,例如从屋檐延伸到屋脊。
木质板材在屋顶、楼板和建筑物外墙都有着广泛应用,导致了一种称为“模板施工”的建筑方式出现。一栋整体的建筑可以现场预制,即在短短几天时间内在现场建起。
工业化结构板
这些产品自美国发展而来,它们使最大限度的开发小直径原木成为可能,以此来获得高机械性能、高规格的产品。它们与标准型钢有一定的相似点。
欧洲胶合板耐用度等级
胶合板分类
单板层积材(LVL)或微型层压木材(Microlam),是通过将厚度在2.5~4.8mm的木板按相同纹理方向黏合起来(与夹板不同)的木材。此种产品用于制造矩形截面部件,而矩形截面部件的抗弯曲力是同等正常品质实木抗弯曲力的2倍。松柏科木材是最普遍使用的一种木材,尽管就外观而言,其并非为美观而设计。松柏科木材通常用作横梁。
平行纹理木材(PSL):在受压情况下,由木质层压板碎片沿木板长度方向黏合而成。其机械特性与单层板积材的特性有所相似,且在建筑中,平行结构木材是用作横梁或柱子的。
双T形型材:随着微型层压木材的发展,当今木梁是以双翼缘的单层板积材建造而成的,各层板积材之间则有胶合板与刨花板构成的连接板。单层板积材翼缘的低弹性及整个剖面的高度使得达到最佳的刚性自重比成为可能。此外,双T形粱使楼板搁栅能够连续伸展两个或两个以上的跨度,这样在结构效率方面就有了重大进展。在美国的住宅区域里,双T形粱在楼板搁栅应用方面已然取代了实木横梁,这些横梁通常不裸露出来。
常见木材桁架类型
1.桁椽
2.复合桁架
3.基节桁架
4.单柱桁架
5.双柱桁架
混凝土及木材混合结构系统
在某些情况下,例如跨度在6~10m之间,无论单独使用木材还是单独使用混凝土,都会有一定的缺陷,此时混凝土与木材混合系统则是理想的解决方案了。在这些复合系统中,木材提供了抗牵引力,而混凝土则起到了抗压作用。在大小跨度中,木材能有效地抵抗屈曲力,而在中间跨度情况下则不然。与混凝土混合后则会出现这样的结构,比全混凝土结构质轻,比全木结构坚固。此外,此种结构在声学性能和耐火性能方面有着显著提高。
另外一种混合解决方案的应用是在高点荷载的桥梁建设中。在利用压缩混凝土翼缘分散荷载方面,混合结构制已证明是更耐用及有效的。
木结构系统
重型木结构
从19世纪末开始,重型木结构渐渐几乎不为人们所用。此后,由于新接合方法的出现,以及层压木材和预制板材的使用,此系统似乎又经历了复苏。此系统是由一个一级的梁柱结构组成的。此梁柱结构由大型木质部件来支撑这些部件之上的次级结构。虽然建筑物正面及内墙可以用来稳定结构,但它们并不会受到竖向荷载。一级结构的跨度一般为3~8m。
至于小于4.5m的跨度,锯材足可构成次级结构。对于大跨度及大荷载,则可使用层压材或微型层压材。叠层梁能够跨越托梁或架设在托梁上,以跨越多个跨度。
跨度非常大的情况下,最好的选择是使用双T形型材或表层元素,如细木工板或胶合板。
侧向刚度可通过水平和垂直部件或仅由垂直部件(传统壁骨工作物)来提供。第二种情况下必须采用钢架、木材对角线、木板或刚性核来稳定轴线。通过将上立板墙筋以实心板墙筋的形式建入层压木材或使用木材-混凝土复合系统,上力墙板筋也可以用来吸收部分侧向力。
有各种各样的重型木结构,这些结构以不同部位的连续部件为依据,各自有别:是否梁为连续,柱为连续,两者都为连续还是都不为连续,选择主要取决于跨度、负载及空间要求。当壁骨在短中心处形成壁骨工作物并以对角线支撑强化时,壁骨工作物可起到承重墙的作用。壁骨之间的空隙传统上来讲是由陶瓷材料、夯土、枝条和涂料填充的。
有的结构系统也不依赖于刚性化整体的镀层材料,如柱和梁,其侧向刚度是由垂直于主平面的对角线及梁提供的。在单层建筑中,托梁架设于柱上,而在双层建筑中,柱由横梁阻截,跨过一个以上的结构开间。然而,荷载应由上柱直接传递到下柱,无须通过横梁,这样横梁就不会负荷过多。
如果托梁横跨柱间,且横梁方向在每个连续开间都有所变化,那么,柱也可以连续贯穿一层以上的楼层。该系统导致连接问题变得更难解决,但内部及外部镀层开间的高度是相同的,从而辅助预制,简化施工过程。
该系统的双托梁及倍高柱提供了这样的一个优势,即所有的结构部件都是连续的。相反,倍高柱可对折,并与连续托梁相结合,其优势与上一案例相同。
轻型框架结构
轻型壁骨工作物建筑是这样的一个系统,此系统于19世纪出现于美国,其现世是必然的,工业生产钉的出现及锯木技术的传播确保了快速施工技术的面世。该建筑体系与其前身截然不同。其前身后来被称为“重型木结构”。在20世纪中期,随着衍生木板的发展及更加强效的胶合剂出现,轻型框架结构逐渐在市场上成为主导。通过在墙壁、楼板和屋顶使用膈膜来刚性化及稳定结构,在水平荷载(风力及地震力)下,此系统的性能大大提高。这样就无须使用对角刚性部件了。
轻型框架结构是一个高度灵活的系统,此系统为高度预制提供了条件,此外,可以使用简钉或枢接来实现连接。承重与镀层部件之间没有区别,相反结构由3个主要方向的承重板构成,由极短的中央位置小截面部件构成。墙壁由一个垂直壁骨框架及水平横梁组成,纤维板和衍生木板将其覆盖以保证其硬度。这些复合板承受垂直负载,而外墙也会承受水平风荷。
楼板是由矩形截面木托梁或双T形构成的,其中线为300~600mm。中线长度取决于不同的荷载和变形限度。胶合板和定向刨花板钉于托梁上,为整个结构提供了必要的硬度。
有以下两种基本类型的轻型框架结构。
• 在轻骨构筑中,外墙的壁骨跨越整栋建筑的高度,其中并没有间断。托梁钉于壁骨上,架于壁骨之间的间隔装置之上。这个系统的缺点是其防火性能差,因为在此结构中,楼层之间是连续的,这种构造在火灾中会辅助火情的垂直传播。此外,壁骨板必须同时竖起,这就增加了施工过程的难度。
• 平台式建筑:平台式构筑是应用最为广泛的结构之一。在此结构中,壁骨高度与楼层相当,形成一个由下层顶梁支撑的框架。它是由一系列平台由顶到底建造而成的,施工过程简单易行。
当代对于轻型框架系统的研究主要集中于中高层建筑的施工方面。此系统在技术上是完全可行的。事实上,在美国已有著名实例,即7层高的建筑,将此种结构付诸实施。
木结构的连接
从历史上看,木质部件的连接或咬合一直是最大、最难的挑战之一,在木质建筑的设计中已成为一个关键问题。在力的传输方面,接合处的限制与木材的非均质特性直接相关,横纹机械阻力要大大小于纹理方向的机械阻力。
两块木材的连接可通过不同方式实现,而接合这一方式在设计中起着决定性的作用。一般说来,木质部件之间的连接是通过铰链来实现的,并且是半硬式的,因为想要达到完全的刚性连接是十分困难的。最常使用的是机械连接,包括所有使用金属元件的系统,无论是贯穿式(钉子、螺栓、别针和U形钉)还是表面部件(连接头和钉板)。
也可以选择完全刚性的胶合接头,但这种接头比较脆弱,应用范围有限。还有木制接头,这种接头实现了企口接合,通过局部压缩和切向剪应力来分散受力。这最后一种也是最为传统的技术已被淘汰,因为其成本高,而最近随着计算机控制制粉技术的出现,这种技术又有所复苏。这项技术的优点是可以做到美观清洁。与人们预期所相反的是,这项技术不需要比机械接头必要尺寸更大的部件。
重要的是,要了解每种类型的接头具有不同的刚度,并且,在考虑到不同类型的各种接头时,仅仅将各接头的抗压力相加是远远不够的。例如,如果将两块木质部件胶合并钉在一起,钉子将不会承受任何荷载,直到胶合剂失效。
由于大气变化,发生在木材当中的横纹尺寸偏差也应铭记于心。当涉及到处理大截面部件及采用板连接来横向连接木材时,问题就会变得尤其突出。为了调节木材的扩张和收缩,设计接点时,应当考虑到一定的活动幅度。
当前的发展路线
在木质建筑领域中,减少制造、供应及建造次数是当前发展的焦点。为达到这些目的,应将三维自支撑模块与框架结构垂直或水平结合或连接起来。相同的目标导致了所谓的“密卡诺(Mecano)”系统的发展。这种系统基于预制件及模块之上,构成了一系列的建筑部件。通常,这些系统在完全制成后供应,与已经安装完成的建筑设备一同在现场安装。
轻骨构筑
平台式构筑
然而,最大的技术创新却出现于表面系统领域中。此系统无须任何调制。复合部件构成的系统中,部件以成品形式供应,现场建造,形成完整的单位。在实心截面系统中,部件均为大型。一些此种类型的系统是由不同制造商生产的。这些系统包括箱型件、蜂窝板、加肋板、细木工板、层压板和细木工板木材。
成品
对木材最有效的处理方式是,一开始就能为预期用途选出合适的木材种类,加以适当地详细设计,并考虑到其详细的放置位置及潜在的有害药剂的存在。从屋顶收集雨水、排水、减少建筑接触地面部分的通透性,适度通风,防止湿度过高,这些都是有助于增加木材寿命的举措。
木材的耐久性取决于木材种类及环境条件。如果已经选择了合适的木材,并加以必要的维护,那么大多数树种就算是在最恶劣的条件下都能维持其特性达50年以上。然而,要保护木材避免以下几种因素的影响:
• 食木昆虫,可使用化学杀虫剂。使用何种防护产品取决于木材将会有何种程度的伤害风险,主要是水分含量。当使用这些处理方法时,要记住,有些木种对防护产品有抵抗力。
• 菌类,此时,应使用杀菌剂进行处理。当木材内水分含量大于或等于20%时,菌类就有可能大肆侵蚀木材。一些菌类侵蚀木材,降低其抵抗力,而有的菌类只会引起变色现象。
平台构筑展示两种不同楼面构造系统
楼面系统使用预制木质箱型托梁
1.楼面料
2.三层芯胶合板,27mm
3.隔音材料,40mm
4.预制箱型托梁,120mm×320mm
带锯材托梁的地板
5.木制地板(企口),24mm
6.隔音材料,条板,40mm
7.粗地板(对接的斜板)
8.锯木托梁,120mm×200mm
9.隔音材料
10.条板
11.木屑板
墙壁结构
12.横向板,24mm
13.垂直板(通风孔),40mm
14.沥青浸渍软质纤维板(密闭膜)
15.绝缘木质壁骨,120mm
16.衍生木板
17.条板,电气安装空间,50mm
18.木屑板
窗户
19.卷帘箱
20.卷帘箱周边绝缘层
21.套管,25mm
22.铝挡水条
23.排雨管道
24.橱窗装饰,60mm×160mm
垂直木结构部件尺寸
地板部件尺寸
木屋顶部件尺寸
• 火,提高木材燃点可起到保护木材的作用。木材的防火等级可从M4(易燃)改善至M2(高度抗火)。
• 阳光,可使用金属颜料,或透气性油漆。
应该牢记的是,许多防护制品会影响木材的颜色,有些还有毒性,增加木材的可燃性或与其他产品不相容,如黏合剂。最好的产品是那些能够深深渗入木材,而不是仅停留在表面,最多只能渗入皮下3mm的产品。表面产品只建议用于不会暴露于高湿度水平环境及易受到白蚁侵害的木材中。
表面加工,通过防止紫外线辐射损伤及氧化,可使木材颜色稳定,纹路清晰。
以下是最常见的粉饰产品。
清漆是指传统的含有水或有机溶剂的树脂溶液,在木材表面形成保护层。水性清漆是更环保的选择,由于最近出台了关于控制挥发性有机化合物(VOC)排放的规定,逐渐开始主导市场。
清漆能够为树木表面增添光泽和色泽。其灵活性、粘附性、安全性、防水火性的特质随时间都已得到改善。然而,它们不适用于暴露在室外的木材,因为在这种环境下,清漆很容易降解(导致开裂和剥落),这要求每3年就要去掉木材表皮,重上一次新漆。
简式木工接头
榫眼和榫接
鸠尾榫
张性节理
通风斜屋顶,贴陶制瓷砖,木质结构
1.企口接合板
2.防汽层
3.热绝缘
4.椽
5.透气防潮层
6.木条板
7.瓷砖
8.防虫网
9.排水沟
10.排水沟配套
11.木条板
12.瓷砖排气口
13.墙梁
14.栋梁
15.屋脊瓦
至于室外应用,更可取的做法是开气孔,使用透气清漆,这样可使漆渗入木材,而不仅仅像闭孔上漆那样,仅在表面形成保护膜。这样使水蒸气从木材中挥发。此外,清漆如与颜料结合使用,可有效地进行防紫外线保护。这样重新上漆就不需要剥去木材的外皮,只要清理木材表面遗留的上次所刷清漆降解后留下的残余物即可。
油漆及天然漆会在木材表面形成抗蚀膜,形成一个防紫外线的屏障。这比清漆形成的屏障更为有效。然而,它们却实实在在地覆盖了整块木材,掩盖了其美学特征。
油是用来处理柚木等油性木材的,而不能用于其他加工中。其抗渗水性使油特别适用于室外,尽管其所需干燥时间较长,会带来不便。最常使用的油是熟亚麻籽油、桐油(中国木油)和柚木油。
最后,蜡或蜡液只用于室内加工,因为它们不能充分地覆盖木材,几乎不能提供任何保护。另一方面,它们无污染,再次上蜡比较简单,并且增加了木材的吸湿稳定性。尽管可以直接将其用于木材表面,但最好还是先对木材做密封处理,避免木材吸蜡。
通过铰链式木质内开窗口的水平和垂直截面
1.窗框上槛
2.墙洞口
3.密封剂
4.模型制品
5.窗扇
6.玻璃接头
7.橡胶密封圈
8.双层中空玻璃
9.三元乙丙橡胶软垫
10.排水槽
11.橡胶密封圈
12.渗漏
13.密封剂
14.窗台
15.铰链
常见树种性能
常见树种性能
常见树种性能