新型建筑結(jié)構(gòu)

徐偉晨+王婉婉+傅紅

摘 要：就像美酒越珍藏越香醇，建筑也是越古老越有韻味：莊嚴(yán)的故宮，典雅的蘇州園林，神圣的龍門(mén)石窟等。然而很多建筑卻因?yàn)楦鞣N自然因素逐漸退出我們的視線，為了更好的保留歷史的瑰寶，我們必須采取一定的措施。尋求新型建筑結(jié)構(gòu)是一種不錯(cuò)的選擇，新型結(jié)構(gòu)不僅可以在建筑修復(fù)中用來(lái)提高建筑壽命，降低修復(fù)成本，還可以用于現(xiàn)代化建筑的建造來(lái)增強(qiáng)建筑的美觀實(shí)用性，促進(jìn)建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新型結(jié)構(gòu)；優(yōu)勢(shì)；發(fā)展

哲學(xué)家黑格爾曾經(jīng)說(shuō)過(guò)建筑是凝固的音樂(lè)，那么傳統(tǒng)古建筑更是一首妙不可言的民歌。然而不知從何時(shí)起，我們身邊不計(jì)其數(shù)的傳統(tǒng)建筑已遭到不同程度的破壞，實(shí)在讓人扼腕嘆息。很多木結(jié)構(gòu)的房屋構(gòu)架整個(gè)暴露在外面，任憑太陽(yáng)的暴曬和雨水的侵蝕，大多房梁上的花紋已被雨水沖刷平整，而且竟有很多帶有雕花的窗門(mén)及柱等不翼而飛。

據(jù)悉，中國(guó)原本擁有的具有兩千年以上歷史的古城大約為兩千，而如今在現(xiàn)代化和城市化高速發(fā)展的時(shí)代，最終保護(hù)完好的卻寥寥無(wú)幾，像平遙、麗江也是經(jīng)歷九死一生才存留到今天。鑒于中國(guó)傳統(tǒng)古建筑所遭受到的嚴(yán)重破壞，我們不僅要喚起全社會(huì)對(duì)建筑的保護(hù)意識(shí)，并采取有效措施對(duì)破損的古建筑進(jìn)行修復(fù)，也應(yīng)該尋求更合適的建筑材料來(lái)提高建筑壽命，例如：鋼木結(jié)構(gòu)。

所謂鋼木結(jié)構(gòu)，就是將現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)相結(jié)合從而形成的一種混合結(jié)構(gòu)。其中梁、柱等受力構(gòu)件均采用鋼結(jié)構(gòu)形式，外包例如：欄桿、吊頂、門(mén)窗等用木結(jié)構(gòu)，使得建筑不僅具有傳統(tǒng)的建筑風(fēng)格而且更堅(jiān)固實(shí)用。鋼木結(jié)構(gòu)可以分為現(xiàn)代鋼木結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)鋼木結(jié)構(gòu)，相比較而言，在設(shè)計(jì)、制造和安裝過(guò)程中現(xiàn)代鋼木結(jié)構(gòu)具有防火、防蟲(chóng)、防腐和抗震等功能?，F(xiàn)代鋼木結(jié)構(gòu)在國(guó)外被廣泛運(yùn)用于住宅，目前在國(guó)內(nèi)也有了一定的發(fā)展。在美國(guó)和加拿大約有95%人住鋼木結(jié)構(gòu)的住宅，而在日本、韓國(guó)、土耳其等國(guó)家鋼木結(jié)構(gòu)類(lèi)型的建筑也被大量普及。尤其在地震多發(fā)地區(qū)如臺(tái)灣，日本等地，鋼木結(jié)構(gòu)住宅都作為重建的不二之選。在國(guó)內(nèi)，建設(shè)部近年發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以及鋼木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、技術(shù)等方面的一系列規(guī)范，這一舉措無(wú)疑加快了我國(guó)鋼木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展步伐。

由此可見(jiàn)，鋼木結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)不可阻擋，而它自身的優(yōu)勢(shì)也彰顯出它卓越的地位。

1 抗震性能

1.1 常見(jiàn)的鋼木框架房屋具有無(wú)數(shù)的小連接點(diǎn)，在地震發(fā)生時(shí)，一旦某連接點(diǎn)超載，其超載部分可以被相鄰的連接點(diǎn)分擔(dān)，從而間接為地震力提供了附加的轉(zhuǎn)力路徑。

1.2 一般鋼木結(jié)構(gòu)比其它類(lèi)型的結(jié)構(gòu)重量輕，比如相同體積的鋼木材重量?jī)H為混凝土重量的1/4到1/5，在相同體量的建筑物中，結(jié)構(gòu)自重小使得地震作用也小了，因此鋼木結(jié)構(gòu)重量輕在抗震中是一大優(yōu)勢(shì)。

1.3 鋼木結(jié)構(gòu)一般為小斷面密布的柔性結(jié)構(gòu)，有一定范圍的變形能力以及很大的結(jié)構(gòu)冗余度，再加之鋼木框架體系采用釘接節(jié)點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生了更強(qiáng)的柔性，從而結(jié)構(gòu)可以通過(guò)自身的變形來(lái)消耗能量，提高整體安全性。

1.4 鋼木框架建筑經(jīng)工程設(shè)計(jì)建造，其結(jié)構(gòu)是面板與墻骨柱組成的建筑組件，能夠有效抵抗側(cè)向力以此增加了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能?？梢?jiàn)鋼木結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出了良好的“以柔克剛”的抗震性能，例如就像普通的鋼木椅，其各個(gè)構(gòu)件之間連接均采用隼卯，如果使用時(shí)間長(zhǎng)久或使用不當(dāng)，鋼木椅的節(jié)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生松動(dòng)，再去搖動(dòng)鋼木椅時(shí)，雖然鋼木椅會(huì)產(chǎn)生明顯的變形，但不會(huì)散架破壞，這就很好地印證了鋼木結(jié)構(gòu)“以柔克剛”的道理。鋼木結(jié)構(gòu)就是通過(guò)結(jié)構(gòu)在允許范圍內(nèi)的變形和錯(cuò)動(dòng)使地震能量消耗，從而確保結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和安全性。

2 綠色可持續(xù)

2.1 鋼木結(jié)構(gòu)住宅在拆除后，鋼材可重復(fù)利用，外圍的木結(jié)構(gòu)也可進(jìn)行回收，有效地減少了二氧化碳排放量和建筑垃圾，可以保證綠色環(huán)保。

2.2 鋼木住宅現(xiàn)場(chǎng)集成裝配，質(zhì)量可控，可以達(dá)到滿足住宅質(zhì)量和數(shù)量的雙重要求，進(jìn)而轉(zhuǎn)變了建筑業(yè)的生產(chǎn)方式，標(biāo)志著建筑技術(shù)的一大進(jìn)步，符合社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展要求。

2.3 我國(guó)鋼木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展一方面可以利用國(guó)外科學(xué)管理，來(lái)源合法的豐富森林資源這一優(yōu)勢(shì)，另一方面又能提高國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平，提升建筑節(jié)能環(huán)保的效率。針對(duì)構(gòu)建綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展理念的住宅，從世界發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)看，許多建筑師更傾向于為用戶提供鋼木結(jié)構(gòu)住宅。

3 防火耐久性

3.1 鋼木結(jié)構(gòu)外部的木結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)涂料噴刷等一些輔助措施處理過(guò)就能夠在多雨、白蟻高發(fā)地等惡劣的條件下保持良好的狀態(tài)，加之現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)在建筑圍護(hù)、防火、保溫、防蟲(chóng)、防潮等方面都按照一套嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)執(zhí)行，所以木結(jié)構(gòu)的耐久性是不容置疑的。

3.2 鋼木結(jié)構(gòu)內(nèi)部的輕鋼結(jié)構(gòu)采用超級(jí)防腐高強(qiáng)冷軋鍍鋅板制造完成，能夠有效避免鋼板銹蝕等傷害，從而增加了輕鋼構(gòu)件的使用壽命。

3.3 木材的導(dǎo)熱性能比較低，且在燃燒時(shí)表面會(huì)形成碳化層，這可以起到很好的隔熱效果，從而有效地減緩了碳化層下未燃燒木材的燃燒速度，再經(jīng)過(guò)阻燃劑浸泡或防火涂料噴刷等輔助措施就可以達(dá)到防火要求

3.4 鋼材經(jīng)過(guò)刷防火涂料也可以提高其耐火極限，達(dá)到防火效果。鋼木結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)與木結(jié)構(gòu)相結(jié)合的一種混合結(jié)構(gòu)方式，客觀來(lái)講，鋼木結(jié)構(gòu)具有鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)。再加上，鋼木結(jié)構(gòu)在其本身的特點(diǎn)上經(jīng)過(guò)輔助處理，可以達(dá)到內(nèi)外兼修的作用，在結(jié)構(gòu)的防火性和耐久性上會(huì)有更加明顯的提高。

4 美觀易設(shè)計(jì)

談及鋼木結(jié)構(gòu)美觀易設(shè)計(jì)這一特點(diǎn)，且拋開(kāi)鋼木結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)的多樣性不談，外包的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)就是最直接的反映

4.1 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)連接采用各類(lèi)金屬連接件，不僅在結(jié)構(gòu)耐用性、穩(wěn)定性上要優(yōu)于傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)，更加拓展了木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)跨度、高度及廣度。

4.2 一些公共建筑建造如學(xué)校、體育館、圖書(shū)館等現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)已經(jīng)非常普遍，如果將木結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)各取所長(zhǎng)，巧妙地結(jié)合在一起，就能夠營(yíng)造出更加多樣化且獨(dú)特溫馨的建筑氛圍，大大拓展了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可能性。雖然現(xiàn)今的鋼板可以被設(shè)計(jì)得更加美觀，但不可否認(rèn)，鋼板的冷色與一般家庭的暖色有些格格不入，相反，原木的色調(diào)則更容易配合家居設(shè)計(jì)，而且由于鋼木結(jié)構(gòu)外包為木材，對(duì)于木材進(jìn)行藝術(shù)效果的加工也可以為單調(diào)的建筑材料更添一份魅力。因此在性能優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，擁有美觀的外在表現(xiàn)也是鋼木結(jié)構(gòu)區(qū)別于其他結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)所在。

可見(jiàn)，鋼木結(jié)構(gòu)具有很大的發(fā)展空間。加拿大著名木結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)師艾普曾設(shè)計(jì)了溫哥華冬奧會(huì)橢圓速滑館項(xiàng)目，該項(xiàng)目擁有全球最大跨度的鋼木結(jié)構(gòu)屋頂，并榮獲了世界最佳運(yùn)動(dòng)場(chǎng)所結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。再者，日本川崎市穹頂，瑞士特拉弗西娜橋等一系列特色建筑無(wú)不彰顯著國(guó)外鋼木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的高層次水平。對(duì)此，我們國(guó)家也應(yīng)該重視和發(fā)展類(lèi)似鋼木結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新型建筑結(jié)構(gòu)，使我們的建筑水平達(dá)到一個(gè)更高的境界。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫崇咪.現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑之墻體構(gòu)造研究.南京林業(yè)大學(xué)，2007.

作者簡(jiǎn)介：徐偉晨（1993.12- ），漢族，江蘇無(wú)錫人，研究方向：土木工程結(jié)構(gòu)。endprint