現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的安全性與耐久性

楊懿煜，曾就職于美國(guó)某頂尖木結(jié)構(gòu)公司，擁有超過(guò)10年的木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)，目前就職于加拿大木業(yè)協(xié)會(huì)上海代表處。先后擔(dān)任技術(shù)培訓(xùn)及市場(chǎng)開(kāi)發(fā)工作，參與編寫(xiě)全國(guó)高職高專教育土建類專業(yè)教學(xué)推薦教材，與南京林業(yè)大學(xué)共同開(kāi)發(fā)木結(jié)構(gòu)建筑工程學(xué)網(wǎng)上課程等。

1 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的安全性

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑通?？梢苑譃檩p型木結(jié)構(gòu)建筑和重型木結(jié)構(gòu)建筑兩種，其防風(fēng)、抗震及防火表現(xiàn)優(yōu)異。

（1） 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的防風(fēng)及抗震?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的框架構(gòu)件、剪力墻都由多個(gè)分散的連接節(jié)點(diǎn)連接，可在建筑受風(fēng)或地震作用的情況下提供多條傳力路徑來(lái)分散受力。靈活的節(jié)點(diǎn)使建筑框架成為一個(gè)柔性結(jié)構(gòu)，在強(qiáng)震或強(qiáng)風(fēng)的作用下，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生突然垮塌，保證了建筑結(jié)構(gòu)整體的安全性。

建筑受到的地震作用與建筑本身的質(zhì)量有關(guān)?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑質(zhì)量輕，在相同地震烈度下，產(chǎn)生的地震作用也很小。且現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的節(jié)點(diǎn)為耗能節(jié)點(diǎn)，可在地震發(fā)生時(shí)通過(guò)短暫的變形和受力轉(zhuǎn)向吸收地震能量，同時(shí)構(gòu)件自身又不會(huì)發(fā)生破壞。此外，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的整體性較好，因此在國(guó)內(nèi)外歷次強(qiáng)震中，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑均表現(xiàn)出較好的抗震性能。

英國(guó)的 TF2000 研究項(xiàng)目、美國(guó)的 NEESWood 研究項(xiàng)目、意大利的 SOFIE 研究項(xiàng)目以及日本、新西蘭、加拿大和中國(guó)的研究項(xiàng)目都表明，純木結(jié)構(gòu)或混合結(jié)構(gòu)中，木結(jié)構(gòu)部分具有良好的抗震性能，且層間位移角位于限值以內(nèi)，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在某些工況下部分破壞，但非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞是可以通過(guò)加強(qiáng)措施提前預(yù)防。

（2） 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的防火。對(duì)于現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑來(lái)說(shuō)，防火是一個(gè)非常重要的課題。國(guó)內(nèi)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范對(duì)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的適用范圍、主要構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限、高度、層數(shù)、防火分區(qū)面積、防火間距、安全疏散以及消防設(shè)施等方面給出了相關(guān)的規(guī)定。木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更關(guān)注現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的防火構(gòu)造及措施。多高層木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)則提高了現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的最高允許層數(shù)，并對(duì)較高的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑明確了其他防火要求。

總體而言，針對(duì)小截面的構(gòu)件要求使用石膏板保護(hù)，形成整體后達(dá)到耐火極限要求；針對(duì)大截面的構(gòu)件則是通過(guò)燃燒過(guò)程中木材表面產(chǎn)生的碳化層起到保護(hù)作用，使構(gòu)件不發(fā)生明顯的結(jié)構(gòu)性破壞，從而達(dá)到耐火極限的要求。小截面的構(gòu)件見(jiàn)圖 1，大截面的構(gòu)件見(jiàn)圖 2。

圖 1 小截面構(gòu)件

圖 2 大截面構(gòu)件

除了這些被動(dòng)防火措施，還有許多主動(dòng)防火措施的使用都保證了現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的防火安全。例如噴淋系統(tǒng)以及煙霧報(bào)警器等。

2 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的耐久性

與傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑相比，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)建筑耐久性的考慮更全面，可以概括為以下 4 個(gè)主要原則。

（1）讓雨水偏離建筑物表面，最大限度減少雨水滲入圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)等，如圖 3 所示。

圖3 排水設(shè)置

（2）對(duì)屋面及水平構(gòu)件進(jìn)行斜面設(shè)計(jì)，讓水在重力作用下流出房屋。主要手段包括導(dǎo)水泛水板、防雨幕墻和排水空腔等，如圖 4 所示。

圖 4 斜面設(shè)計(jì)

（3）干燥機(jī)制能借助通風(fēng)使水蒸氣蒸發(fā)擴(kuò)散防止形成冷凝水。主要手段包括屋頂通風(fēng)設(shè)置，如圖 5 所示。

圖 5 屋頂通風(fēng)設(shè)置

（4）必要的地方需要使用防腐木材來(lái)提高關(guān)鍵構(gòu)件的耐久性。

綜上所述，良好的耐久性設(shè)計(jì)能夠確保現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑無(wú)論是在多雨，抑或暴曬的環(huán)境下，都能始終保持最佳性能。

木結(jié)構(gòu)建筑在中國(guó)有著悠久的歷史，雖然目前國(guó)內(nèi)木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展與國(guó)外相比還存在一定差距，但已漸漸形成一定的規(guī)模。在如今全球追求低碳、節(jié)能、綠色的建筑體系大環(huán)境下，在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑體系的同時(shí)，也可以借鑒傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)，取其精華，去其糟粕，形成一套與當(dāng)前國(guó)內(nèi)建筑體系相適應(yīng)的中國(guó)現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)。但最重要的是，不論如何。建筑的安全性和耐久性都是設(shè)計(jì)之中的重中之重。