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現代木結構建筑的安全性與耐久性

現代木結構建筑的安全性與耐久性

打印 0條評論來源:加拿大木業(ID:canadawood)

[摘要] 現代木結構建筑是有別于傳統木結構建筑的,他更多的使用標準化的木材或工程木產品。木質構件與構件之間的連接,也多采用金屬連接件。通過結構設計,使用軟件對其進行受力分析,準確的判斷出整個建筑中荷載的傳力路徑以及構件與節點的受力大小,從而保證結構的安全。通過防火設計,現代木結構建筑在耐火極限上的表現也非常突出,所有部位的所有構件,都能夠提供給建筑物內的人員足夠的逃生時間。通過耐久性設計,現代木結構建筑的使用壽命大大優于傳統木結構建筑。


[關鍵詞] 現代木結構建筑;木結構防火;抗震設計;抗風;耐久性


1.現代木結構建筑的安全性


現代木結構建筑通??梢苑譃檩p型木結構建筑和重型木結構建筑,但不管是哪一種類型,經過設計以后,其防風、抗震及防火的表現都非常優異。


1.1現代木結構建筑的防風及抗震


現代木結構建筑的結構框架構件、剪力墻都由無數個分散的連接節點連接,從而在建筑受風或地震力的情況下提供多條傳力路徑來分散受力。這些靈活的節點使建筑框架成為一個柔性結構。在強震或強風的壓力下,不會發生結構突然的垮塌,保證了建筑結構整體的安全性。


2004年襲擊美國弗羅里達的查理颶風是該州歷史上最大的颶風,風速達到240公里每小時,是一個四級颶風。颶風過后,根據當地民政部門的統計,所有依據2001版佛羅里達州建筑規范建造的木結構建筑都沒有受到結構性破壞。


建筑受到的地震作用與建筑本身的質量有關,現代木結構建筑的質量輕,大大降低了來自上方垮塌物的重量,自然產生的地震作用也很小。而現代木結構建筑的各個構件都具有彈性,可在地震發生時通過短暫的變形和受力轉向將地震荷載效應吸收,且自身不會發生折斷、垮塌或松脫。另外,現代木結構建筑的整體結構體系一般具有較好的塑性、韌性,因此在國內外歷次強震中,現代木結構建筑都表現出較好的抗震性能,其主要原因在于釘連接、螺栓連接和銷連接等多種形式,在地震力作用下具有足夠的承載力以及良好的延性和耗能能力[1]。


英國的“TF2000”研究項目、美國的“NEESWood”研究項目、意大利的“SOFIE”研究項目以及日本、新西蘭、加拿大和中國的研究項目[2]都表明,純木結構或混合結構中,木結構主體部分的整體結構具有良好的抗震性能且層間位移角位于限值以內,非結構構件在某些工況下部分破壞,但總體能夠有效提高整體結構的抗側剛度,且非結構構件的破壞是可以通過加強措施提前預防的。


1.2現代木結構建筑的防火


防火對于現代木結構建筑來說是一個非常重要的課題。國內的標準規范中,建筑設計防火規范[3]對現代木結構建筑的適用范圍、主要構件的燃燒性能和耐火極限、高度、層數、防火分區面積、防火間距、安全疏散以及消防設施等方面給出了相關的規定。木結構設計標準[4]更關注現代木結構建筑的防火構造及措施。而多高層木結構建筑技術標準[5]則提高了現代木結構建筑的最高允許層數,并對較高的現代木結構建筑明確了其他防火要求??偟膩碚f,針對小截面的構件(圖1.2.1)要求使用石膏板保護,形成整體后達到耐火極限要求;針對大截面的構件(圖1.2.2)則是通過燃燒過程中木材表面產生的碳化層起到保護作用,使構件不發生明顯的結構性破壞,從而達到耐火極限的要求。



除了以上提到的被動防火措施,還有許多主動防火措施的使用都保證了現代木結構建筑的防火安全,例如噴淋系統以及煙霧報警器等。


2.現代木結構建筑的耐久性


與傳統木結構建筑相比,現代木結構建筑在設計過程中,對建筑耐久性的考慮更全面。在多年國外現代木結構建筑的建造經驗中,可以總結出四個主要原則。


第一,讓雨水偏離建筑物表面,最大限度減少雨水滲入圍護結構的可能性。主要手段包括屋面挑檐和有組織排水裝置及路徑的設計等(圖2.1)。



第二,通過對屋面及水平構件的斜面設計,讓水在重力作用下流出房屋。主要手段包括導水泛水板(圖2.2)、防雨幕墻(圖2.3)和排水空腔等。



第三,干燥機制能借助通風使水蒸氣蒸發擴散防止形成冷凝水。主要手段包括屋頂通風(圖2.4)的設置。



第四,必要的地方需要使用防腐木材來提高關鍵構件的耐久性。


良好的耐久性設計能夠確?,F代木結構建筑無論是在多雨,還是暴曬的環境下,都能始終保持最佳性能。


3.結束語


木結構建筑在中國有著悠久的歷史,雖然目前國內木結構建筑的發展比起國外還存在一定差距,但與十多年前比起來,已經漸漸形成一定的規模。在如今全球追求低碳,節能,綠色的建筑體系的大背景下,我們在引進國外先進的現代木結構建筑體系的同時,也可以從傳統木結構建筑技術中取其精華,去其糟粕,形成一套與當前國內建筑體系相適應的中國現代木結構建筑技術。但不論如何,建筑的安全性和耐久性都是設計之中的重中之重。


參考資料:

[1] 武威, 張盛東. 木結構連接抗震性能研究綜述[J]. 中國建筑學會建筑結構分會2012年年會, 2012.

[2] 何敏娟,倪春. 多層木結構及木混合結構設計原理與工程案例[M]. 北京:中國建筑工業出版社, 2018.

[3] 建筑設計防火規范:GB 50016-2014[S]. 北京:中國計劃出版社,2018

[4] 木結構設計標準:GB 50005-2017[S]. 北京:中國建筑工業出版社,2018

[5] 多高層木結構建筑技術標準:GB/T 51226-2017[S]. 北京:中國建筑工業出版社, 2017


更多現代木結構建筑技術資料,可訪問加拿大木業官網:https://canadawood.cn/literature-downloads/




(責任編輯:何雯麗)




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[責任編輯:Susan]

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