轻型木结构与方木和原木结构的比较

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1、轻型木结构与方木和原木结构的比较摘要本文从建筑的整体稳定性、屋盖构造、围护构造、施工方式、地基基 础的要求等五个方面，对轻型木结构与方木和原木结构两种建筑形式进行 了较为详尽的比较，分析了各自的特点、优劣，为今后建筑结构形式的选 择及木结构施工提供了一定的参考依据。通过分析我们可以看出：轻型木 结构作为一种较新的结构形式进入我国，它在建筑的整体性、抗震性能及 建造范围等方面都比方木和原木结构有绝对的优势，特别是轻型木结构的 一个构件多种用途的巧妙利用和屋架的齿板连接方式是值得借鉴的。但由 于轻型木结构大量使用木材，对于我们森林资源比较紧张的国情来说不宜 提倡和推广。另外这种轻型木结构使用寿命相

2、对较短（一般使用年限30 50年），抗冲击能力较差 ，而且尽管我们采取有各种防护措施，但它的防 腐、防蛀、防火能力仍不能彻底解决。关键词 ：轻型木结构 方木和原木 比较1序言随着我国国民经济的增长，改革开放的不断深入，建筑业出现了迅速发 展。一些国外建筑结构形式也逐步传入我国，北美轻型木结构就是其中之一： 它主要结构采用规格木构件恰当钉合而成，其它主体部分也基本都采用轻质 材料，如外墙多采用挂板或涂料；内隔墙采用木龙骨石膏板挂面，屋面多采 用彩色油毡瓦或彩色水泥瓦，它自重轻、荷载分布分散均匀、整体性、抗震 性能好，对地基要求低，建造范围大。采用装配式施工，快捷方便，另外它 大部分材料能周转重复

3、使用，而且它造型丰富多彩，居住舒适。由于它有以 上几个特点，得到一部分有在北美居住经历的人士的青睐，特别是别墅开发 商做样板间非常适合。目前在我国建造数量仍较少(约1000 栋)总面积不超过 40 万平方米。 由于本人曾经在2000 年、2001年、2003 年作为主要负责人监理过21 栋约 6000 平方米轻型木结构别墅，对它的结构形式和建筑构造有一些了解，下 面我将对轻型木结构构与方木和原木结构造进行比较，恳请建筑同仁能够就 此进行讨论,并提出宝贵的修改意见.2 轻型木结构与方木和原木结构的比较2.1 轻型木结构与方木和原木结构定义轻型木结构定义：轻型木结构是由锚固在条形基础上，用规格材作

4、墙 身龙骨、木基结构板材做面板的框架墙承重，支承规格材组合梁或层板胶 合梁做主梁或屋脊梁，规格材做搁栅、椽条与木基结构板材构成的楼盖和 屋盖，并加必要的剪力墙和支撑系统。1方木和原木结构定义：方木和原木结构是指包括齿连接的方木、板材 或原木屋架，屋面木骨架及上弦横向支撑组成的木屋盖，支承在砖墙、砖 柱或木柱上。22.2 轻型木结构与方木和原木结构整体稳定性比较2.2.1 轻型木结构的整体稳定性1中华人民共和国国家标准(GB50206-2002)木结构工程施工质量验收规范第6页2中华人民共和国国家标准(GB50206-2002)木结构工程施工质量验收规范第18页 轻型木结构基础以上受力结构基本都

5、是木材，墙体用每 600MM 一根的 规格材钉合成墙龙骨作为竖向承重结构，外墙面用木基结构板与墙龙骨钉 合而成，内墙面为双面纸面石膏板，这样构造使墙体的整体性和稳定性大 大加强了，而且中空部分填充保温棉又能满足墙体的保温功能。轻型木结 构的屋盖的结构同样是用规格材，屋架搁栅也是间距600MM,屋面板也是 用木基结构板材与屋架钉合而成，屋架直接搭在墙体上并与墙体钉合在一 起，这样屋面荷载分散的传递给墙体，再通过墙体均匀的传递到基础。这 种结构的优点是荷载分布均匀，房屋就象一个大木厢，整体性非常好，即 便是某些受力构件失效也不会导致整个房屋马上倒塌，当发生地震灾害时 能够使室内人员安全逃离赢得补救

6、时间。轻型木结构使用的木构件细小、 尺寸规范、间隔紧密，能抵抗很强的地震力。加拿大全国木产品研究机构 Forin tek研究了过去40余年世界上主要地震中将近50万栋木结构的表现, 并于最近公布了可靠的数据。研究表明无论其新旧如何，北美式木框架建 筑在地震中表现良好。在调查的7次地震中，总共只有34人因为框架建筑 损坏而丧生。相比之下， 1999年的土耳其地震摧毁了在建筑中广泛使用砖 石和混凝土的区域，造成了40,000丧生。2.2.2 方木和原木结构的整体稳定性 方木和原木结构其实是混合结构，木结构构件只是屋盖部分和支承屋架的 木柱，主要的围护结构是砖石砌体，最终屋面荷载由木柱或砖柱将整个屋

7、 面荷载传至基础。柱下端与基础的连接主要是限制水平位移，一般柱基座 为石材或混凝土预制，中央有柱窝（相当于榫孔），木柱下端有突出的榫头， 立柱时榫头正好卧在柱窝内。木柱与梁（屋架或柁）的连接也比较简单， 有榫接，铁件连接，螺栓连接等也是主要限制水平位移，有时梁直接放在 放有防腐垫木的砖柱或墙垛上。屋架根据建筑的开间进身跨度不同，通过 计算采用不同的规格的方木和原木作为主要结构材料和连接方式。这种结 构形式荷载较集中，一旦某一结构构件失效都能导致整个建筑物的安全问 题。它的围护结构与柱和屋盖是分离的，整体性较差，在 1976 年唐山大地 震中农村中的很多这种木结构房屋的围护墙先倒塌然后木屋架才倒

8、塌，我 们村有许多房屋墙体都倒了、屋架却还立在那里，这说明这种结构形式有 一定的抗震性能但整体性较差。2.3 轻型木结构与方木和原木结构屋盖构造比较2.3.1 轻型木结构的屋盖构造轻型木结构屋盖是由屋面板和屋架构成，屋架是用规格木材的木杆件 构成，屋架间距600MM,屋面板直接钉在屋架的上弦上，屋面荷载通过屋 面板直接传给屋架。由于屋架密集，荷载可以比较分散地传给墙体。轻型木结构屋架连杆连接方式一般均采用单面齿板连接（齿板分为单 面齿板和双面齿板，一般根据实际需要尺寸用铁板在冲床上加工制成，主 要用于纵横木之间的连接，使用时通常用锤将其嵌入木材）。在轻型木结构 的桁架制作中齿板连接工艺已经相当

9、规范。先将规格木材按设计图尺寸、 角度、数量下料并编号放置到屋架加工平台旁，待同一规格尺寸的桁架的 杆件全部裁完开始连接。先将一品屋架的连杆全部按设计图摆布在操作台 上、确认每个杆件的尺寸角度正确无误，后用卡件将屋架向内收紧、保证 屋架外轮廓尺寸准确和杆件拼接缝满足规范要求，之后根据受力不同和桁 架杆件的规格不同而设计的不同尺寸规格的齿板用锤钉入木连杆连接点，一侧的齿板钉好后将屋架翻转再钉另一侧的齿板，全部钉好后下一道工序 就是将桁架送入滚压机使齿板铁齿完全压入木材中，一般要进行两次滚压 屋架制作完毕。图 1 轻型木结构屋架用齿板轻型木结构的屋盖构造优点是齿板（见图 1）工艺较扒钉工艺的可靠

10、度大大提高。首先它是面连接、整体性好，齿板的铁齿相对薄且冲成扭面 对木材纤维破坏少，并且不易脱出。由于是面连接，所以它具有双向约束 力，对木材的劈裂也能产生约束作用。这一点非常重要，根据北京市建筑 设计院的资料，木屋盖事故分类统计分析情况，木材劈裂造成质量事故占 所有木屋盖质量事故的 82%。3特别扒钉施工操作时也容易造成木材劈裂、3 王赫 主编建筑工程质量事故分析第二版 中国建筑工业出版社 1999 年 6 月第 328 页 或是木材干缩裂正好通过扒钉位置，螺栓连接有类似问题。缺点是杆件尺 寸角度精度要求高，设计计算非常复杂，目前国内还没有一家设计院能做 此类设计，所以现在我国已建和在建的轻

11、型木结构房屋均由国外设计。此 类建筑的主材也均从国外进口，成本相对较高2.3.2 方木和原木结构的屋盖构造方木和原木结构的屋盖主要由望板、椽子、檩（次梁）、柁（大梁或屋 架）组成，屋面荷载首先由望板传给椽子。椽子分布密集一般用60120MM 的木方或原木、间距约为300MM,椽子的长短是根据檩的分布间距确定的。 椽子用钉子固定在檩上，椽子再将承载传给檩（相当于次梁）。檩的分布和 规格根据开间大小、屋面载荷不同而不同，有5檩、 7檩、 9檩、 11 檩之 分，一般用100MM200MM方木或原木做檩，檩与檩的接头形式有搭接、平 接、榫接、对开接等。檩的荷载相对较集中地传给屋架或大梁（柁），这样

12、屋面的荷载就主要由大梁（屋架或柁）承载。大梁（屋架或柁）是根据房 间的开间大小布置，一般梁下都有隔墙隔开，两梁之间叫一间房，如果梁 下没有隔墙叫通间可做厅堂。梁柁一般都是原木为材料加工而成。方木和原木结构的屋盖木屋架连接方式一般用 100150MM 规格方木 为主要材料，连接方式有榫接、楔接、榫楔混合接、钉连接、钉榫混合接 螺栓连接、扒钉连接等，通常一品屋架有两种以上连接方式。如普通木屋 架端节点为单齿正榫结合和螺栓固定，上弦中央节点用个型铁件加螺 栓连接固定，下弦中央节点用U型兜铁加螺栓连接固定。方木和原木结构的屋盖构造的优缺点：优点是不用大型机械现场就可 以加工，包括扒钉、铁件、螺栓都可以

13、根据现场实际需要现场制做。缺点 是一对受力构件有一定程度的损伤，二应力相对集中，由于材料不标准设 计时无法给出每根杆件的精确尺寸，锯榫、螺栓开孔无法精确定位，这样 一来屋架加工质量人为因素增加，不利于质量管理。由于普通木屋架构件 规格大、重量大，所以吊装相对轻型木屋架来说难度大一些。2.4 轻型木结构与方木和原木结构围护构造比较2.4.1 轻型木结构的围护结构轻型木结构的围护结构既有承重作用又有围护作用。它的构造是：骨架是用规格木材每 600MM 间隔一根根竖向排列，上下两端用相同的规格木材水平固定。内侧封双面纸面石膏板，以有防护作用同时又是装修基面。木骨处用保温棉填充，外侧满封木基结构板材4

14、，用 50MM 长地板钉从外侧施钉、钉距150MM,使外墙板与木骨架成为一体。这样的构造不仅能承受竖向力、也能承受水平剪力,所以它既是承重结构又是围护结构,并且能承受剪力破坏。外墙板外是一层具有单向 透气性能的防潮纸,它可防止外边的水和湿气进入到里面,又可以将里面的湿气排到外面。防潮纸的外面是一层20厚的聚苯保温层,再外面就是面层了。外墙面层做法主要有涂料面层、挂板面层或文化砖石面层。它们既4中华人民共和国国家标准(GB50206-2002)木结构工程施工质量验收规范第2页 具有防水作用又有防护作用、还有装饰效果。2.4.2 方木和原木结构的围护结构 方木和原木结构的围护结构主要是砖砌体。它的

15、最大缺点就是整体性 差，抗震性能差。在 2002 年的土耳其大地震中不少建筑框架虽然还完好但 墙体已全部倒塌。2.5 轻型木结构与方木和原木结构施工方式比较2.5.1 轻型木结构的施工方式轻型木结构原材料主要是木材，所以施工人员主要是木工。由于使用 的原材料都是规格木材料和半成品，且施工工艺简单，因此使用工具相当 简单。主要有小型手电锯、铁锤、钢卷尺、水平尺、线坠、角尺等、螺丝 刀、扳手、手电钻及各种钻头。而我们传统木工工具如刨、斧、挫、凿基 本不使用。施工顺序：基础上固定防腐垫木 一拼墙体一立墙体一安装 屋架 屋面板室内保温封石膏板一 屋面瓦和外墙装饰轻型木结构现场就是将各种材料进行拼装，感

16、觉象搭基木。首先基础 上固定防腐垫木，做基础时在沿墙体中心位置的基础顶部每隔1 米预埋一 根12螺栓，将垫木用预埋的螺栓固定在基础上，垫木与砼基础面之间加 一层油毡卷材防潮层。墙体是现场地面上将同一层的整个一面墙的骨架和 外墙板先拼好（门窗洞口均留设好），直接立起放在基础垫木，使墙体下边 水平木架与垫木对齐，用地板钉将墙体与垫木连接固定。一层的所有墙体 拼装完接下来拼装上层楼板（二层地面），上层楼板属梁板结构，用搁栅或 木制I梁上面钉木基结构板。搁栅或木制T梁与首层墙体也是用地 板钉连接，搁栅或木制I梁的搭接都有相应的连接铁件。楼板结构拼装完相对二层墙体施工又有了一个基础平台，二层墙体拼装同首

17、层施工。最 后是屋面品装，首先是安装屋架，由于屋架使用的规格材料截面尺寸较小 每品屋架的重量很轻，一般用斜滑道作为垂直运输即可，屋架按顺序全部 运到屋顶或根据实际情况分段运到屋顶分段拼装。由于屋架用材小施工中 要注意屋架不要側弯。固定前要校正好屋架的标高、位置、垂直度、构件 的纵向弯曲等。先要将屋架上下弦用长木杆临时固定，然后再将屋架与墙 体连接，连接方式仍然是用地板钉，局部根据实际情况也用一些铁件连接。 屋架之间在上弦用规格木方每隔1200MM钉一道水平横撑，既有对屋架的固 定作用，又是屋面板的横向骨架，屋面板的拼缝处都要有骨架。所以横向 木撑的位置必须要事先考虑屋面板的铺设，尽量使用整块板

18、材。屋面板同 样是用木基结构板，用地板钉与屋架固定。屋架下弦也有水平连杆，一般 用 20*60木板与下弦成90度水平通长设置，用地板钉与屋架先弦钉牢，它 既有固定作用又可以是房间天花吊顶的龙骨。这种屋架构造整体性很好。屋面板上做法有卷材防水层，和瓦屋面。屋面保温层也是用保温棉，格柵 屋架保温棉放在搁柵之间的空当处下面钉双层塑料薄膜并加横木撑，横木 撑作用同屋架下弦的横木撑。屋架结构的保温层设在天花吊顶的上侧，保 温棉铺设在屋架间的空当处。轻型木结构的施工方式优点是是工种较少、工序少、交叉施工少、湿 作业少，所以基本不存在技术间歇，不容易造成窝工，工期大大缩短。缺 点是需要专用设备加工屋架。2.

19、5.2 方木和原木结构的施工方式方木和原木结构施工人员包括木工、瓦工、抹灰工、钢筋工、混凝土 工等。 使用工具就木工而言有：锯、铁锤、钢卷尺、水平尺、线坠、角尺 等、螺丝刀、扳手、手电钻、各种凿具、各种刨具、斧头、锛子、木挫等施工顺序：立木架吐檁钉椽子 砌围护墙屋面和外装。如果是墙柱，施工顺序则是先砌围护墙再架屋架。（略）方木和原木结构的施工方式优点是对材料精度要求不高，可根据现场 情况进行材料的调配和加工，不需要大型专用设备。缺点是工种较多、工 序多、交叉施工多、湿作业多，所以存在技术间歇，容易造成窝工，工期 较长。2.6 轻型木结构与方木和原木结构对地基基础的要求比较在建筑物的设计和施工中

20、地基和基础占有很重要的地位。它对建筑物 的安全使用和工程造价和工程量有着很大影响。基础设计主要考虑两方面 因素，一是建筑物的结构形式、荷载大小和荷载性质，二是地基的地质情 况。如果在天然地质情况不是很好时，或是进行地基处理增加成本，或是 对某些结构形式的建筑受到了限制。2000 年我监理的某小区部分建筑建在 古旧河道上地基情况复杂，特别是有几栋轻型木结构样板房（永久性建筑） 还建在了3 米深的新近人工回填土上。地基位置原是个鱼塘，1994年进行 的回填，未分层撵压夯实。地质勘探单位给出的地基承载力是5 吨，设计 院根据上部荷载情况，基础设计为带圈梁的条形基础，基础宽度 9001100MM、埋深

21、1.8米，通过这几年使用观察、未发现异常情况。而附 近同样层高和布局只是结构形式为混凝土剪力墙结构的建筑，地基形式根 据上部荷载情况及地基承载力的考虑设计为箱型基础，这样一来基础成本大大上升。3 结论和建议通过上述分析我们可以看出：轻型木结构作为一种较新的结构形式进 入我国，它在建筑的整体性、抗震性能及建造范围等方面都比方木和原木 结构有绝对的优势，特别是轻型木结构的一个构件多种用途的巧妙利用和 屋架的齿板连接方式是值得借鉴的。但由于轻型木结构大量使用木材，对 于我们森林资源比较紧张的国情来说不宜提倡和推广。另外这种轻型木结 构使用寿命相对较短(一般使用年限3050年)，抗冲击能力较差，而且 尽管我们采取有各种防护措施，但它的防腐、防蛀、防火能力仍不能彻底 解决。4 参考文献1中华人民共和国国家标准(GB50206-2002)木结构工程施工质 量验收规范2 BUILDER S GUIDE -ENERGY EFFICIENT BUILDING ASSOCIATION3王赫 主编建筑工程质量事故分析第二版中国建筑工业出版社 1999 年 6 月4王寿华 王比君编木工手册第二版 中国建筑工业出版社 1999 年 10 月5建设工程质量管理条理实施手册中国石化出版社