木质工程材料在木结构建筑中的设计与应用研究

赵俊龄

（佛山市顺德建筑设计院股份有限公司 广东省佛山市 528300）

0 引言

木结构建筑属于一种框架式的结构体系，起到关键作用的部分包括外墙、楼盖等，对建筑物的整体稳定性及强度等存在直接影响，是设计此类建筑时难度较高的部分。所以，合理应用木质工程材料，针对外墙、楼盖等开展有效设计十分重要。

1 木质工程材料概述

此类材料是现阶段我国建筑行业在开展木结构建筑建设操作的过程中，应用较为广泛的材料之一，尤其在南方地区。胶合木具体是利用板材或小型的方材，结合木纤维平行的方向，于厚度、长度等方面，经由胶合的方式制作的木材产品。大片刨花板主要指厚度、长度等均一定的大片刨花。

在一个平面的结构上方，通过随机开展铺装操作的方式，建造而成的可用于建筑工程的单板层积材也叫做切片。定向刨花板存在强度高、握定力高以及结合力强等优势。定向刨花板在具体制作过程中，需要利用到小径材、木间伐材，经由指定设备进行加工，形成长条刨花再开展后期的各环节操作[1]。

2 木质工程材料在木结构建筑中的设计

南方建筑工程为以建造岭南建筑为地区特色，木结构设计应用是岭南建筑的主要传统表现手法，体现出中国的岭南情调和神韵。南方主要气候特征是夏季炎热，高温持续时间长，伴随环境潮湿、自然光充足，岭南建筑风格重视建筑物开敞通透，通过充分应用木结构，能够充分体现岭南建筑风格特色及与户外园林设计的无暇接合。在实用功能上木结构也可以实现防暴雨、保温等多种基本围护结构和使用等功能要求。该部分，本文选择楼盖结构、外墙结构对此进行分析。

2.1 楼盖结构设计

以完全应用轻型木结构建造楼盖体系的木结构建筑为例，可选取工字型的木搁栅，并将楼盖搁栅间的距离设计为600mm，利用竹大片刨花板作为覆盖面材料，以低层跨度值最大的部分为对象，开展具体的强度验算操作。

2.1.1 主结构设计

楼盖主要分为三层，基于工字梁设计的标准，开展相关设计的过程中，可优先预留孔洞，便于后期穿插管道。利用15mm厚的竹大片刨花板作为覆盖面，木搁栅的跨长为4.8m，楼层结构以混凝土基础作为支持。

2.1.2 设计与验算

将托梁的净荷载设计为0.48kPa、其余房间及卧室的活荷载分别为1.92kPa、1.44kPa，合理择选适宜类型的工字梁开展楼盖建设操作，EI为285×106IN2-LBS，中心的间隔距离为S，设计值为600mm。

2.1.3 最大跨度计算

剪力限制跨度最大值：设计剪力为Q=ql/2，因此，跨度的最大值为Lmax=2Q许用/q=2×（875×4.44822）/（2.4×1000×0.6）=5.4m＞4.8m。

挠度限制跨度最大值：针对荷载分布均匀的简支梁来讲，挠度的最大值为fmax=5qL4/384E1，因此，Lmax=[（384EIfmax）/（5qS）]1/3，通过相关调查得知，在间隔距离为610mm的条件下，最大跨度是17′-6″=5.3m＞4.8m。

针对底层跨度最大的部位开展挠度和剪力跨度最大值计算，以及相关验算可以得知，工字梁设计跨长4.8m符合挠度最大值要求，和材料设计要求及标准相符[2]。

2.2 外墙结构设计

开展外墙结构建设的过程中，需要用到数量较多的钉子，将各覆面板连接在一起，形成蒙皮效应，以达到强化结构强度的目的，进而提高墙体结构牢固程度。和楼盖相比较而言，针对外墙的设计，繁琐程度相对更低，通常只需要根据相关标准开展各环节施工便可。

2.2.1 主结构设计

选用轻型木构建的典型墙体，外层设计厚度是15mm的竹大片刨花板，最里层应用厚度为10mm的防火石膏板。

2.2.2 墙骨柱强度验算

所用材料为红松方木，挑选截面的尺寸是10×10cm，根据顺纹方向，允许的最大压力为[σa]=10N/mm2，基于此条件下，构件长度和细度比是：λ=l0/r=l0/0.289h=110.7＜120，和主要受压构件设计要求相符。轴心部位的受压构件，设计稳定系数为φ＝2800/λ2=0.228，基于此[σa]=10N/mm2，可以选择上述截面。

2.3 具体设计

本文在充分考量轻型木结构墙体特征的基础上，针对外墙结构开展设计，设计满足相关标准和要求。基于建筑物荷载要求，通过计算得知，建筑屋顶轴向荷载为每米4947N，底层轴向荷载为每米19324N。挑选底层房间荷载和高度均为最大值的位置，开展墙骨柱的设计及强度的验算操作，得知，压缩正应力的最大值为抗压强度相比，相对较小，因此，选用10×10cm截面材料符合要求。

3 具体应用

3.1 应用位置

该材料具有较为良好的力学性能，较为符合楼板覆面板要求，同时，由于能够直接充当建立墙板使用，因此，也可以作为墙板负面板。

3.2 应用模式

在具体应用此类材料的过程中，需要对搁栅间的设计距离加以充分考量，对板材的实际铺设方式、方向等进行分析，研究地板覆面板的铺装以及实际的接头方式。

3.3 操作顺序

首先，对试件的尺寸以及弹性模量进行测量，其次，将材料弹性模量的平均值计算出来，并精确到10MPa，最后基于相关计算可以得知，此类材料的弹性模量见表1。

基于表1可知，随着跨距的增加，试件的弹性模量会降低，因此，支撑跨距是可对此类材料弹性模量造成显著影响的因素之一。

表1 不同跨距试件弹性模量

3.4 地板覆面板铺设

结束基础施工以后，需要直接将底层地板的搁栅，于地梁板上方开展铺设操作，再将覆面板置于上方，结合板材的实际情况，及相关的铺设原则，再具体开展相关操作，其中，确保开口及边界等结构变化位置的板材的宽度均保持在300mm以上。

3.4.1 保温

对于木结构建筑来讲，其桁架、搁栅之间，由于距离较长，所以空间相对较大，可以实现各类保温材料的存储，因此，利用夹层保温的方式，在木结构建筑中较为常见。实际进行墙体保温操作的过程中，可选取内、外保温两种形式，其中，外保温主要发挥优化内保温效果的作用，具体是利用聚苯板玻纤网格布聚合物砂浆体系等，和我国其他结构的保温方法类似。内保温是现阶段在木结构建筑中应用较为广泛的一种方式，通常是将保温材料直接置于墙板覆面板之间。

3.4.2 防火

利用竹大片刨花板建设的建筑，在实际开展防火处理操作的过程中，可通过结构防火以及材料防火两种方式。其中，结构防火具体指直接在木结构的内部开展防火间距及隔断的设计操作，应用于防火隔断的材料可以是加筋混凝土或者规格材等。在设置防火隔断时，通常会选择水平与竖直的构件之间，或者楼盖位置。防火间距则主要指不同建筑间之间的距离，通常要求大于或者等于4m。材料防火主要是指对所应用建筑材料开展阻燃处理，和结构防火相比较而言，较为复杂，因此使用结构防火。

4 结束语

综上所述，竹大片刨花板可应用于木结构建筑屋顶、地板等覆面板的建造中，在铺装过程中，需要遵循所规定的铺设原则，倘若应用厚度为12mm的板材，则需要将搁栅间距控制在650mm之内。墙体保温过程中，需要优先考虑内保温，并有效发挥外保温的辅助功能。