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现代木结构建筑的安全性与耐久性

现代木结构建筑的安全性与耐久性

打印 0条评论来源:加拿大木业(ID:canadawood)

[摘要] 现代木结构建筑是有别于传统木结构建筑的,他更多的使用标准化的木材或工程木产品。木质构件与构件之间的连接,也多采用金属连接件。通过结构设计,使用软件对其进行受力分析,准确的判断出整个建筑中荷载的传力路径以及构件与节点的受力大小,从而保证结构的安全。通过防火设计,现代木结构建筑在耐火极限上的表现也非常突出,所有部位的所有构件,都能够提供给建筑物内的人员足够的逃生时间。通过耐久性设计,现代木结构建筑的使用寿命大大优于传统木结构建筑。


[关键词] 现代木结构建筑;木结构防火;抗震设计;抗风;耐久性


1.现代木结构建筑的安全性


现代木结构建筑通常可以分为轻型木结构建筑和重型木结构建筑,但不管是哪一种类型,经过设计以后,其防风、抗震及防火的表现都非常优异。


1.1现代木结构建筑的防风及抗震


现代木结构建筑的结构框架构件、剪力墙都由无数个分散的连接节点连接,从而在建筑受风或地震力的情况下提供多条传力路径来分散受力。这些灵活的节点使建筑框架成为一个柔性结构。在强震或强风的压力下,不会发生结构突然的垮塌,保证了建筑结构整体的安全性。


2004年袭击美国弗罗里达的查理飓风是该州历史上最大的飓风,风速达到240公里每小时,是一个四级飓风。飓风过后,根据当地民政部门的统计,所有依据2001版佛罗里达州建筑规范建造的木结构建筑都没有受到结构性破坏。


建筑受到的地震作用与建筑本身的质量有关,现代木结构建筑的质量轻,大大降低了来自上方垮塌物的重量,自然产生的地震作用也很小。而现代木结构建筑的各个构件都具有弹性,可在地震发生时通过短暂的变形和受力转向将地震荷载效应吸收,且自身不会发生折断、垮塌或松脱。另外,现代木结构建筑的整体结构体系一般具有较好的塑性、韧性,因此在国内外历次强震中,现代木结构建筑都表现出较好的抗震性能,其主要原因在于钉连接、螺栓连接和销连接等多种形式,在地震力作用下具有足够的承载力以及良好的延性和耗能能力[1]。


英国的“TF2000”研究项目、美国的“NEESWood”研究项目、意大利的“SOFIE”研究项目以及日本、新西兰、加拿大和中国的研究项目[2]都表明,纯木结构或混合结构中,木结构主体部分的整体结构具有良好的抗震性能且层间位移角位于限值以内,非结构构件在某些工况下部分破坏,但总体能够有效提高整体结构的抗侧刚度,且非结构构件的破坏是可以通过加强措施提前预防的。


1.2现代木结构建筑的防火


防火对于现代木结构建筑来说是一个非常重要的课题。国内的标准规范中,建筑设计防火规范[3]对现代木结构建筑的适用范围、主要构件的燃烧性能和耐火极限、高度、层数、防火分区面积、防火间距、安全疏散以及消防设施等方面给出了相关的规定。木结构设计标准[4]更关注现代木结构建筑的防火构造及措施。而多高层木结构建筑技术标准[5]则提高了现代木结构建筑的最高允许层数,并对较高的现代木结构建筑明确了其他防火要求。总的来说,针对小截面的构件(图1.2.1)要求使用石膏板保护,形成整体后达到耐火极限要求;针对大截面的构件(图1.2.2)则是通过燃烧过程中木材表面产生的碳化层起到保护作用,使构件不发生明显的结构性破坏,从而达到耐火极限的要求。



除了以上提到的被动防火措施,还有许多主动防火措施的使用都保证了现代木结构建筑的防火安全,例如喷淋系统以及烟雾报警器等。


2.现代木结构建筑的耐久性


与传统木结构建筑相比,现代木结构建筑在设计过程中,对建筑耐久性的考虑更全面。在多年国外现代木结构建筑的建造经验中,可以总结出四个主要原则。


第一,让雨水偏离建筑物表面,最大限度减少雨水渗入围护结构的可能性。主要手段包括屋面挑檐和有组织排水装置及路径的设计等(图2.1)。



第二,通过对屋面及水平构件的斜面设计,让水在重力作用下流出房屋。主要手段包括导水泛水板(图2.2)、防雨幕墙(图2.3)和排水空腔等。



第三,干燥机制能借助通风使水蒸气蒸发扩散防止形成冷凝水。主要手段包括屋顶通风(图2.4)的设置。



第四,必要的地方需要使用防腐木材来提高关键构件的耐久性。


良好的耐久性设计能够确保现代木结构建筑无论是在多雨,还是暴晒的环境下,都能始终保持最佳性能。


3.结束语


木结构建筑在中国有着悠久的历史,虽然目前国内木结构建筑的发展比起国外还存在一定差距,但与十多年前比起来,已经渐渐形成一定的规模。在如今全球追求低碳,节能,绿色的建筑体系的大背景下,我们在引进国外先进的现代木结构建筑体系的同时,也可以从传统木结构建筑技术中取其精华,去其糟粕,形成一套与当前国内建筑体系相适应的中国现代木结构建筑技术。但不论如何,建筑的安全性和耐久性都是设计之中的重中之重。


参考资料:

[1] 武威, 张盛东. 木结构连接抗震性能研究综述[J]. 中国建筑学会建筑结构分会2012年年会, 2012.

[2] 何敏娟,倪春. 多层木结构及木混合结构设计原理与工程案例[M]. 北京:中国建筑工业出版社, 2018.

[3] 建筑设计防火规范:GB 50016-2014[S]. 北京:中国计划出版社,2018

[4] 木结构设计标准:GB 50005-2017[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2018

[5] 多高层木结构建筑技术标准:GB/T 51226-2017[S]. 北京:中国建筑工业出版社, 2017


更多现代木结构建筑技术资料,可访问加拿大木业官网:https://canadawood.cn/literature-downloads/




(责任编辑:何雯丽)




延伸阅读:

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[责任编辑:Susan]

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