城鎮(zhèn)建設(shè)中木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

摘要：木結(jié)構(gòu)房屋作為我國城鎮(zhèn)建設(shè)的重要內(nèi)容，對人們生活質(zhì)量的提升起到積極作用。該結(jié)構(gòu)體系可以有效改善房屋抗震效果，提升房屋環(huán)保效益，是房屋可持續(xù)發(fā)展建設(shè)的核心。文章從我國城鎮(zhèn)建設(shè)中的常規(guī)木結(jié)構(gòu)房屋出發(fā)，對木結(jié)構(gòu)房屋的特點、優(yōu)勢、問題等進行全面分析，并在該基礎(chǔ)上深入挖掘了我國城鎮(zhèn)建設(shè)中木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求、設(shè)計方法等內(nèi)容，對其設(shè)計體系進行了完善。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)建設(shè)；木結(jié)構(gòu)房屋；結(jié)構(gòu)設(shè)計；房屋框架；民用建筑

中圖分類號：TU352 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0017-02

木結(jié)構(gòu)房屋作為我國城鎮(zhèn)建設(shè)的重要內(nèi)容，對人們生活質(zhì)量的提升具有非常積極的意義。該結(jié)構(gòu)體系可以有效改善房屋抗震效果，提升房屋環(huán)保效益，是房屋可持續(xù)發(fā)展建設(shè)的核心。但由于技術(shù)水平的限制，我國城鎮(zhèn)建設(shè)中的木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍較小，其整體建設(shè)并不完善。如何改善木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)狀，提升其設(shè)計規(guī)范性及科學性已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點。

1 城鎮(zhèn)建設(shè)中的木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)概述

木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)是一種新型城鎮(zhèn)建設(shè)房屋結(jié)構(gòu)，主要以木結(jié)構(gòu)材料為主，通過該材料實現(xiàn)房屋框架的建設(shè)，具有非常高的環(huán)保價值。該結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于三層或三層以下民用建筑中，抗震及抗風效果非常顯著。

從結(jié)構(gòu)體系來看，我國城鎮(zhèn)建設(shè)中的木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)主要可以分為普通木結(jié)構(gòu)、輕型木結(jié)構(gòu)和膠合木結(jié)構(gòu)三類。普通木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)主要將原木作為建筑核心，通過原木構(gòu)建房屋結(jié)構(gòu)體系，例如梁柱式結(jié)構(gòu)。這種木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)只需要進行簡單人工加工即可，材料處理及施工操作較為簡單，施工周期較短，在傳統(tǒng)城鎮(zhèn)建設(shè)中應(yīng)用較為廣泛。但隨著房屋結(jié)構(gòu)發(fā)展的不斷深入，普通木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)承載效果欠佳、截面比較大等問題逐漸暴露出來，已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化城鎮(zhèn)建設(shè)需求。輕型木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)主要是通過輕型木結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建的房屋結(jié)構(gòu)核心，該結(jié)構(gòu)常以一定的木構(gòu)件為主體，將木構(gòu)件進行適當搭配形成房屋結(jié)構(gòu)框架，實現(xiàn)房屋承載。這種框架體系承載效果非常好，框架結(jié)構(gòu)具有非常高的靈活性及安全性，在現(xiàn)代城鎮(zhèn)建設(shè)中應(yīng)用效果非常顯著。輕型木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)主要包括連續(xù)框架式結(jié)構(gòu)和平臺式框架結(jié)構(gòu)兩種，具體狀況見圖1。輕型木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)體系對木結(jié)構(gòu)要求較高，需要在設(shè)計中把握好木結(jié)構(gòu)的連續(xù)性及合理性，否則非常容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題，使房屋安全性受到影響。而膠合木結(jié)構(gòu)體系主要以膠合木及膠合板作為主要木結(jié)構(gòu)體系，通過該材料構(gòu)建膠合結(jié)構(gòu)，形成對應(yīng)尺寸、結(jié)構(gòu)的木結(jié)構(gòu)房屋框架。膠合木結(jié)構(gòu)在構(gòu)建的過程需要對材料進行全面加工，將材料剪裁、涂膠、層疊、加壓等，操作較為復雜，施工周期較長，在當前城鎮(zhèn)建設(shè)中木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)中主要為輔助材料，并非結(jié)構(gòu)主體材料。

2 木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計要求及方法

木結(jié)構(gòu)房屋已經(jīng)成為現(xiàn)代化城鎮(zhèn)建設(shè)的趨勢，該房屋結(jié)構(gòu)部具有非常好的生態(tài)環(huán)保效果，經(jīng)濟效益較高，耐久性較好，對我國房屋建筑發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。本次研究過程中筆者主要對城鎮(zhèn)建設(shè)中的輕型木結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計內(nèi)容進行分析，從設(shè)計要求及設(shè)計方法兩方面對輕型木結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計進行深入挖掘。

2.1 木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

輕型木結(jié)構(gòu)房屋設(shè)計的過程中要把握好房屋建筑環(huán)境，要依照城鎮(zhèn)建設(shè)內(nèi)容形成對應(yīng)結(jié)構(gòu)體系，依照城鎮(zhèn)建設(shè)需求構(gòu)建對應(yīng)指標，從而提升木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性、規(guī)范性和科學性，其具體設(shè)計要求包括：

2.1.1 木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)高度不得高于三層：我國城鎮(zhèn)建設(shè)中的木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)發(fā)展非常迅速，尤其是近年來，技術(shù)體系已經(jīng)得到了非常好的完善。但在上述發(fā)展過程中，其整體技術(shù)水平與歐美國家相比仍有一定差距，房屋建筑高度只能夠達到三層左右。一旦超過上述高度，木結(jié)構(gòu)房屋安全性將無法保障，這對城鎮(zhèn)建設(shè)發(fā)展具有一定的限制。

2.1.2 木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)要與環(huán)境相協(xié)調(diào)：木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中要做好對城鎮(zhèn)建設(shè)環(huán)境的分析，要把握好周圍環(huán)境狀況，確保設(shè)計內(nèi)容與自然環(huán)境一致，真正實現(xiàn)建筑與生態(tài)的統(tǒng)一，提升城鎮(zhèn)建設(shè)木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)美感。

2.1.3 木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)要符合可持續(xù)發(fā)展觀：木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中要對其材料、構(gòu)件等進行科學選取，要保證材料、構(gòu)件等內(nèi)容能夠與生態(tài)建設(shè)需求相同，從而提升房屋結(jié)構(gòu)的生態(tài)效益和經(jīng)濟效益。當前木結(jié)構(gòu)房屋材料過程中主要從溫度、濕度、養(yǎng)分等方面進行防腐控制，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計完成木結(jié)構(gòu)材料的保護。而在構(gòu)件設(shè)計過程中主要從截面、尺寸等方面出發(fā)，通過該內(nèi)容改善材料使用效益，提升材料經(jīng)濟價值，提升木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)可持續(xù)發(fā)展效益。

2.1.4 木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)要符合力學原理：城鎮(zhèn)建設(shè)木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)需要具有良好的抗震性及抗風性，要能夠承受外力的沖擊。在該結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中要做好力學原理分析，要對力學內(nèi)容進行對應(yīng)把握，從力學結(jié)構(gòu)出發(fā)形成對應(yīng)力學體系，如高次超靜定結(jié)構(gòu)體系、次要結(jié)構(gòu)受力體系等。由該力學內(nèi)容出發(fā)進行合理設(shè)計，最終確定木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)剛度、整體性等。

2.2 木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容較為復雜，需要依照環(huán)境狀況對設(shè)計方法進行對應(yīng)選取，只有實現(xiàn)上述方法的合理運用，木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計才能夠真正符合城鎮(zhèn)建設(shè)需求。我國城鎮(zhèn)建設(shè)中的輕質(zhì)木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計方法主要為有限元分析法。

有限元分析法主要通過數(shù)學微分完成木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析及運算。該方法計算準確性和科學性較高，邏輯關(guān)系緊密，分析效益明顯高于其他數(shù)學分析方法，是輕質(zhì)木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心計算內(nèi)容。有限元分析法在進行木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時依照數(shù)值分析內(nèi)容及差分分析內(nèi)容對設(shè)計中的數(shù)據(jù)進行處理，由該處理內(nèi)容確定結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，建立數(shù)學模型，形成對應(yīng)模擬體系，從而明確木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)的設(shè)計性質(zhì)及設(shè)計效益。在設(shè)計數(shù)學分析過程中人員要做好以下四方面內(nèi)容：第一，對設(shè)計內(nèi)容進行劃分。人員要依照具體木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)狀況進行分析劃分，將結(jié)構(gòu)劃分為形狀規(guī)則、內(nèi)容單一的標準受力單元；第二，對單元內(nèi)容特征進行分析。人員要依照有限元分析法對單元結(jié)構(gòu)進行處理，由有限元分析處理確定單元之間受力狀況及特征；第三，對單元進行組裝，確定結(jié)構(gòu)狀態(tài)。人員要依照上述單元性質(zhì)對其整體結(jié)構(gòu)剛度進行明確，將初始狀態(tài)及受力狀況數(shù)據(jù)帶入到微分方程中進行處理，確定最終設(shè)計結(jié)構(gòu)效果；第四，實施CAD構(gòu)圖。由關(guān)系內(nèi)容及數(shù)據(jù)內(nèi)容確定CAD構(gòu)圖，以CAD系統(tǒng)確定最終設(shè)計方案。

除此之外，在木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中人員還常使用邊界元分析法及有限差分析法進行設(shè)計結(jié)構(gòu)分析。上述兩種方法也是主要通過數(shù)學建模及CAD系統(tǒng)進行分析，主體分析方法與有限元分析一致。

2.3 木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的其他注意事項

在木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中人員要做好木結(jié)構(gòu)材料設(shè)計單元的選取，要依照有限元分析結(jié)果及數(shù)學模型分析結(jié)果對單元類型進行對應(yīng)優(yōu)化，保證木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)與建設(shè)性能需求一致。人員要對單元進行對應(yīng)連接，依照木結(jié)構(gòu)房屋狀況形成系統(tǒng)化、規(guī)范化單元體系，從而改善系統(tǒng)受力分析狀況，提升系統(tǒng)設(shè)計的有效性和規(guī)范性。

在木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，人員要對木結(jié)構(gòu)材料屬性進行明確，要在SAP2000系統(tǒng)中對其材料類型進行合理選取，形成最優(yōu)設(shè)計方案。我國木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，部分人員常忽視結(jié)構(gòu)材料屬性，對其標注不夠完善，部分系統(tǒng)中材料性質(zhì)標注不全面，這均在一定程度上影響了木結(jié)構(gòu)房屋施工質(zhì)量。因此，在今后設(shè)計過程中要加大該問題的重視程度，要不斷豐富SAP2000系統(tǒng)，提升設(shè)計材料標注效益，改善城鎮(zhèn)建設(shè)木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)經(jīng)濟效益。

3 結(jié)語

隨著時間的推移，木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)越來越被人們所重視，這類房屋結(jié)構(gòu)綠色、環(huán)保、經(jīng)濟，具有非常廣闊的市場空間。作為木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)的核心因素，木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計狀況直接影響著房屋的安全質(zhì)量和經(jīng)濟效益。因此，在今后的研究過程中，相關(guān)人員要加大對木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析，充分挖掘其設(shè)計內(nèi)容，從根本上加速木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)在城鎮(zhèn)建設(shè)中的發(fā)展進程。

參考文獻

[1] 匡星，趙艷敏，Kerry Haggkvist，王紅珊.木結(jié)構(gòu)施工課程教學方法探討[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2014，（11）.

[2] 徐勇明.房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計中建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計與優(yōu)化[J].民營科技，2014，（5）.

[3] 苑素云.輕型木結(jié)構(gòu)建筑特點及發(fā)展前景[J].新型建筑材料，2013，（9）.

[4] 宋莎莎，費本華，王戈，孫正軍，王曉歡.木結(jié)構(gòu)建筑與現(xiàn)代人居環(huán)境[J].林產(chǎn)工業(yè)，2012，（5）.

作者簡介：丁愛民（1973-），男，湖南桃源人，湖南藍都工程設(shè)計咨詢有限公司工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計。

除此之外，在木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中人員還常使用邊界元分析法及有限差分析法進行設(shè)計結(jié)構(gòu)分析。上述兩種方法也是主要通過數(shù)學建模及CAD系統(tǒng)進行分析，主體分析方法與有限元分析一致。

2.3 木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的其他注意事項

在木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中人員要做好木結(jié)構(gòu)材料設(shè)計單元的選取，要依照有限元分析結(jié)果及數(shù)學模型分析結(jié)果對單元類型進行對應(yīng)優(yōu)化，保證木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)與建設(shè)性能需求一致。人員要對單元進行對應(yīng)連接，依照木結(jié)構(gòu)房屋狀況形成系統(tǒng)化、規(guī)范化單元體系，從而改善系統(tǒng)受力分析狀況，提升系統(tǒng)設(shè)計的有效性和規(guī)范性。

在木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，人員要對木結(jié)構(gòu)材料屬性進行明確，要在SAP2000系統(tǒng)中對其材料類型進行合理選取，形成最優(yōu)設(shè)計方案。我國木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，部分人員常忽視結(jié)構(gòu)材料屬性，對其標注不夠完善，部分系統(tǒng)中材料性質(zhì)標注不全面，這均在一定程度上影響了木結(jié)構(gòu)房屋施工質(zhì)量。因此，在今后設(shè)計過程中要加大該問題的重視程度，要不斷豐富SAP2000系統(tǒng)，提升設(shè)計材料標注效益，改善城鎮(zhèn)建設(shè)木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)經(jīng)濟效益。

3 結(jié)語

隨著時間的推移，木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)越來越被人們所重視，這類房屋結(jié)構(gòu)綠色、環(huán)保、經(jīng)濟，具有非常廣闊的市場空間。作為木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)的核心因素，木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計狀況直接影響著房屋的安全質(zhì)量和經(jīng)濟效益。因此，在今后的研究過程中，相關(guān)人員要加大對木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析，充分挖掘其設(shè)計內(nèi)容，從根本上加速木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)在城鎮(zhèn)建設(shè)中的發(fā)展進程。

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作者簡介：丁愛民（1973-），男，湖南桃源人，湖南藍都工程設(shè)計咨詢有限公司工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計。

除此之外，在木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中人員還常使用邊界元分析法及有限差分析法進行設(shè)計結(jié)構(gòu)分析。上述兩種方法也是主要通過數(shù)學建模及CAD系統(tǒng)進行分析，主體分析方法與有限元分析一致。

2.3 木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的其他注意事項

在木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中人員要做好木結(jié)構(gòu)材料設(shè)計單元的選取，要依照有限元分析結(jié)果及數(shù)學模型分析結(jié)果對單元類型進行對應(yīng)優(yōu)化，保證木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)與建設(shè)性能需求一致。人員要對單元進行對應(yīng)連接，依照木結(jié)構(gòu)房屋狀況形成系統(tǒng)化、規(guī)范化單元體系，從而改善系統(tǒng)受力分析狀況，提升系統(tǒng)設(shè)計的有效性和規(guī)范性。

在木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，人員要對木結(jié)構(gòu)材料屬性進行明確，要在SAP2000系統(tǒng)中對其材料類型進行合理選取，形成最優(yōu)設(shè)計方案。我國木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，部分人員常忽視結(jié)構(gòu)材料屬性，對其標注不夠完善，部分系統(tǒng)中材料性質(zhì)標注不全面，這均在一定程度上影響了木結(jié)構(gòu)房屋施工質(zhì)量。因此，在今后設(shè)計過程中要加大該問題的重視程度，要不斷豐富SAP2000系統(tǒng)，提升設(shè)計材料標注效益，改善城鎮(zhèn)建設(shè)木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)經(jīng)濟效益。

3 結(jié)語

隨著時間的推移，木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)已經(jīng)越來越被人們所重視，這類房屋結(jié)構(gòu)綠色、環(huán)保、經(jīng)濟，具有非常廣闊的市場空間。作為木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)的核心因素，木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計狀況直接影響著房屋的安全質(zhì)量和經(jīng)濟效益。因此，在今后的研究過程中，相關(guān)人員要加大對木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的分析，充分挖掘其設(shè)計內(nèi)容，從根本上加速木結(jié)構(gòu)房屋結(jié)構(gòu)在城鎮(zhèn)建設(shè)中的發(fā)展進程。

參考文獻

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作者簡介：丁愛民（1973-），男，湖南桃源人，湖南藍都工程設(shè)計咨詢有限公司工程師，研究方向：結(jié)構(gòu)設(shè)計。