木梁木结构与混凝土结构组合应用技术

在建筑中采用木结构虽然有很多优点, 但是仍然有不少的缺点, 比如施工的进度紧, 很难控制木制材料中的含水率, 木构件中经常会在使用中出现腐烂、开裂的现象, 如果采用大量的优质木材, 并采用相应的措施将木材中含的水烘干, 就会加大施工的成本, 而且木材不具有较好的防火性能, 因此, 在仿古建筑中很少使用纯木结构。经过建筑行业的不断发展, 对建筑材料和工艺的不断探索, 混凝土结构由于施工简单、连接方便快捷并且耐久性和安全性强的优势, 在当前的建筑建设中对混凝土结构的应用越来越广泛。当前在仿古建筑的建设中, 也更多的采用木结构和混凝土结构组合应用的模式。建筑的主体框架比如金柱、梁、屋面等一般采用混凝土框架结构, 可见的部分比如外檐、栏杆、外门窗、斗拱等采用木结构, 挑选的木材质量要优, 并进行防火和防腐处理, 之后才能够装修使用。采用这样的组合将两种结构融为一体, 可以扬长避短, 一方面能够使木材得到节省, 从而使工程的成本降低, 并使建筑能够具有更好的耐火性能, 耐久性也更好;另一方面也有利于使传统的建筑风貌得到保持。

在仿古建筑中对木结构和混凝土结构组合进行应用虽然能够节省材料、降低成本、增强安全耐久性, 但是当前使用的木质构件和混凝土间的连接仍然没有可供我们进行参考的规范和设计标准, 因此需要我们对节点的安全可靠性更加重视, 以下对几种传统的混凝土柱与木梁连接技术进行介绍。

木梁整体现浇法

整体现浇法是最直接的柱梁连接方式, 指的是进行支模板时直接将木构件的断头绑扎到混凝土柱中, 对插入的木构件端头的距离也有要求, 不能够小于混凝土柱半径的一半, 需要将木构件的端头和柱内钢筋固定牢固, 可以在之间穿插钢丝或者扁钢;对木构件和混凝土柱模板基线进行校准并且确定之后再进行关键的工序即模板支护, 为保证木构件的位置准确, 通常情况下要在木梁的底面用单排钢管进行支撑, 最后再进行混凝土浇筑, 后期加强养护, 从而使混凝土柱和木构件之间能够实现连接。整体现浇法对模板的需求量比较高, 不利于施工进度的开展。

木梁钢铁靴预埋法

将混凝土柱和木梁连接起来的现行方法之一就是钢 (铁) 靴预埋法, 这种方法中的钢靴整体由钢板围成, 钢板的厚度为4~5mm, 木榫由钢靴口进行固定并和木梁相连接, 木榫头和钢靴钢板需要焊接并固定起来, 主要依靠木梁上固定的对角钢进行。在进行连接的过程中以木榫头的大小为依据来确定使用的木构件和钢筋混凝土柱的尺寸。由于钢靴的中间是空的, 浇筑的混凝土浆很容易将其堵塞, 这样就不能够将木梁的端头包裹起来, 在对混凝土柱进行浇筑之前通常需要使用一些填充物填入空堂内来对堵塞进行防治, 需要将钢靴埋在混凝土柱中与木梁的高度相等的位置, 将轴线、标高进行校准, 保证准确之后与柱内钢筋焊接在一起。在连接构件的过程中要对使用的构件进行相应的防锈处理处理, 防止生锈。还要在木构件能够接触到的面上进行木材防腐处理, 以使木材的能够具有更好的防腐性, 使用寿命能够得到延长。

木梁预埋榫头法

预埋榫头法是将对应木构件尺寸的木质榫头预埋在混凝土柱中, 绑扎的形式与整体现浇法基本相同, 露在混凝土柱外面的榫头需要支撑固定起来, 等到榫头和混凝土柱的现浇完成以及强度足够后, 再和带有相应的卯口的木构件进行连接, 要求卯口和榫头与相关的质量要求标准相符合, 并且对施工和技术人员的水平有较高的要求。

胶合木 (Glued Laminated Timber简称Glulam) 是一种根据木材强度分级的工程木产品, 根据单层板材的性能特点, 将其安排在不同的位置, 然后用耐久性高的粘合剂胶合在一起形成的。通过胶合木生产, 可以把采伐作业和木材加工后的短小材料, 以及人工林抚育间伐的小径材用拼接、层积、胶合技术, 变短为长、合窄成宽、积薄为厚。胶合木可以根据需要采用不同等级的层板优化组合, 有效地避免了原木的缺陷, 做到劣材优用, 使构件具有较高的强度和耐久性。

荣誉表彰

2011年9月，中华人民共和国住房和城乡建设部发布《关于公布2009-2010年度国家级工法的通知》建质[2011]154号，《古建筑木梁柱嵌肋加固施工工法》被评定为2009-2010年度国家二级工法。2100433B

基于传热传质理论、粘弹性理论，考虑木材早晚材差异、粘弹性蠕变和机械吸附蠕变性质，研究胶合木梁在变化的湿度和长期荷载联合作用下产生横纹应力的机理，建立计算温度场、湿度场和应力场分布的三维有限元模型，预测胶合木梁的长期工作性能。并通过试验研究，对有限元分析结果予以验证。根据断裂力学和损伤力学理论，研究胶合木梁在湿度和长期荷载联合作用下裂纹的产生、扩展机理及其对承载能力的影响，建立胶合木梁考虑湿度变化导致横纹应力的开裂强度准则。同时，也对胶合木生产制作过程中层板的选择、叠放方式等影响横纹应力的因素进行优化研究，寻求减缓胶合木梁在制作和使用过程中横纹应力的措施。 2100433B