木結(jié)構(gòu)梁研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

王佳陽， 陳澤華， 楊小軍， 付 帥， 董浩然

(南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210037)

我國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑歷史悠久、造型獨(dú)特、氣勢磅礴，被廣泛應(yīng)用于宮殿、寺廟和園林建筑等[1]。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，以工程木為主要材料的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)受到了世人的追捧，出現(xiàn)了輕型木結(jié)構(gòu)、膠合木結(jié)構(gòu)、原木結(jié)構(gòu)等建筑形式[2]。建筑結(jié)構(gòu)決定了建筑類型及建筑造型的表達(dá)，結(jié)構(gòu)合理更是建筑安全的基本要求。對于框架結(jié)構(gòu)木建筑而言，其建筑結(jié)構(gòu)主要由梁、柱及連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，主要承受建筑的豎向及水平荷載，各構(gòu)件在連接節(jié)點(diǎn)的作用下相輔相成，保證了整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全可靠性。隨著現(xiàn)代工程木等新型材料的出現(xiàn)及建筑技術(shù)的發(fā)展，木建筑結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了從小跨結(jié)構(gòu)向大跨結(jié)構(gòu)、低層建筑向高層建筑、單一框架體系向多元化結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)變。

木結(jié)構(gòu)梁是建筑結(jié)構(gòu)的重要組成部分，起承受外力荷載及聯(lián)系整個(gè)結(jié)構(gòu)的作用。木結(jié)構(gòu)梁在結(jié)構(gòu)中由柱或墻體支承，承受橫向力和剪力為主的外力，抗彎剛度、強(qiáng)度及延性是其主要評(píng)價(jià)技術(shù)指標(biāo)。近些年來，國內(nèi)外學(xué)者針對建筑木結(jié)構(gòu)梁在破壞機(jī)理、構(gòu)件結(jié)構(gòu)、構(gòu)件承載性能、防火及耐久性等方面進(jìn)行了大量研究，取得了較大進(jìn)展。然而，隨著現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的發(fā)展，對木梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件在建筑結(jié)構(gòu)中的要求愈發(fā)提高，在木梁結(jié)構(gòu)組合多元化、木梁裝配化等方面提出了更高的要求。筆者以木梁為研究對象，對木梁在建筑中的敗壞模式、受力特點(diǎn)、物理力學(xué)性能的國內(nèi)外研究進(jìn)展進(jìn)行闡述，并在現(xiàn)有的研究成果上探討木梁未來可能的發(fā)展趨勢，以促進(jìn)我國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

1 木建筑構(gòu)件敗壞特點(diǎn)

木結(jié)構(gòu)建筑使用的主要材料為木材，是一種天然生長的生物質(zhì)材料，長時(shí)間服役時(shí)常常承受持續(xù)荷載、地震、風(fēng)、溫濕度等多種復(fù)合作用，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件易產(chǎn)生腐朽、開裂、拔榫或斷裂等破壞，給建筑結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。木結(jié)構(gòu)梁不同于其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在發(fā)生敗壞時(shí)易被察覺，便于及早評(píng)估與修復(fù)，從而確保建筑結(jié)構(gòu)的安全性。

蟲害多發(fā)地區(qū)，木建筑結(jié)構(gòu)易遭白蟻、甲蟲等侵蝕，表現(xiàn)為蟲眼、蟲溝或缺損[3]，如不及時(shí)采取防治措施，易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或構(gòu)件斷裂。潮濕環(huán)境對木建筑設(shè)計(jì)及保護(hù)要求較高，如設(shè)計(jì)不當(dāng)或經(jīng)長期服役后屋蓋出現(xiàn)漏雨，建筑結(jié)構(gòu)或構(gòu)件易出現(xiàn)腐朽敗壞，表現(xiàn)為木質(zhì)疏松易脫落，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)或構(gòu)件喪失承載能力[4-5]。開裂是建筑結(jié)構(gòu)件常見的敗壞現(xiàn)象[6]，環(huán)境中變化的溫濕度、持續(xù)受載時(shí)間、荷載變化等因素均易引起構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力變化，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力超出木構(gòu)件橫紋抗拉強(qiáng)度，木構(gòu)件將出現(xiàn)一條或多條沿木構(gòu)件順紋方向的開裂，且開裂程度隨服役時(shí)間延長逐步加大[7]。開裂一方面易直接削弱木構(gòu)件承載性能，同時(shí)也易給菌蟲害提供入侵的通道，是較嚴(yán)重的損傷。

榫卯連接是我國傳統(tǒng)木建筑常用的連接方式，類型多樣，應(yīng)用于各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件間節(jié)點(diǎn)連接，榫卯連接相對金屬件連接優(yōu)點(diǎn)較多，但不足也較突出，如節(jié)點(diǎn)剛性差、構(gòu)件因榫卯加工損傷大、設(shè)計(jì)及加工精度要求高等，如設(shè)計(jì)或加工不當(dāng)，易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力分配不均，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件脫出的拔榫現(xiàn)象[8]。結(jié)構(gòu)失穩(wěn)是木建筑常見的破壞現(xiàn)象，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力不足或隨服役時(shí)間承載能力衰減過大是結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的主要原因，木結(jié)構(gòu)柱設(shè)計(jì)時(shí)截面尺寸過小、長細(xì)比過大導(dǎo)致壓彎破壞失穩(wěn)，木結(jié)構(gòu)梁設(shè)計(jì)安全系數(shù)過低及持續(xù)承載引起的蠕變變形等易導(dǎo)致彎曲撓度過大失穩(wěn)。

2 木結(jié)構(gòu)梁研究現(xiàn)狀

2.1 物理性能

木結(jié)構(gòu)建筑的防火性能一直備受關(guān)注，在很大程度上影響了木結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用。木結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件的火災(zāi)耐久性是建筑防火的基本要求。當(dāng)前木結(jié)構(gòu)防火或阻燃性能的相關(guān)研究主要集中在木材阻燃涂料、木梁受火后殘余力學(xué)性能及防火處理方法等方面[9-10]。木結(jié)構(gòu)梁是木結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在受火后其抗彎性能隨受火時(shí)間延長而大幅降低。許清風(fēng)等[11]對斷面為10 cm×20 cm的膠合木木梁進(jìn)行了三面受火后力學(xué)性能試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)受火后木梁的剩余承載力隨著受火時(shí)間增加而降低，在受火20～40 min后剩余承載力降低幅度較大，此時(shí)木梁表層出現(xiàn)較厚的碳化保護(hù)層，通過有限元軟件模擬分析能夠準(zhǔn)確模擬木梁的碳化速度，進(jìn)而評(píng)價(jià)木梁的耐火極限。采用阻燃劑或防火涂料可有效延緩或阻止構(gòu)件在火災(zāi)中燃燒。張晉等[12]采用B60-2膨脹木結(jié)構(gòu)防火涂料對膠合木梁進(jìn)行表面處理，通過受火試驗(yàn)及靜力加載試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)防火涂料能使木梁碳化速度明顯減小，木梁的防火性能顯著提高。目前木梁防火性能的相關(guān)研究較少，關(guān)于木梁受火后力學(xué)性能的相關(guān)理論計(jì)算和防火設(shè)計(jì)方法研究亟待加強(qiáng)。

木建筑在長期的風(fēng)化及生物侵害等環(huán)境作用下，其結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件極易產(chǎn)生多種損傷或敗壞，導(dǎo)致木構(gòu)件的物理力學(xué)性能衰減，嚴(yán)重降低木結(jié)構(gòu)的耐久性及安全性。當(dāng)前關(guān)于木梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐久性能的相關(guān)研究主要集中在防腐劑種類、腐朽木材無損檢測技術(shù)、腐朽木梁力學(xué)性能等方面[13]。木梁防腐通常采用水溶性防腐劑通過高壓浸注方法處理，能有效改善其防腐性能。劉磊等[14]采用鉻砷銅(CCA)、檸檬酸銅(CC)、季銨銅(ACQ)三種不同防腐劑對馬尾松木梁進(jìn)行抗蟻蛀能力測試，發(fā)現(xiàn)三種防腐劑處理后的木材均有較強(qiáng)的抗蟻蛀能力，CC及ACQ防腐劑在0.6%～2.0%高濃度處理下，抗腐蝕性能很強(qiáng)，外表幾乎無腐蝕現(xiàn)象。木梁等構(gòu)件的內(nèi)部損傷，如構(gòu)件內(nèi)部腐朽的位置、大小及腐朽木材力學(xué)參數(shù)等，肉眼難以辨別，常采用無損檢測方法進(jìn)行。腐朽木梁無損檢測方法主要有微鉆阻力儀檢測、應(yīng)力波檢測、超聲波檢測等，其中超聲波檢測法在眾多木梁構(gòu)件無損檢測方法中，應(yīng)用最為廣泛。谷雨等[15]采用超聲波檢測儀，測定不同腐朽等級(jí)木材的力學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)計(jì)算得到的小試件木梁的等效彈性模量與試驗(yàn)值具有顯著相關(guān)性，驗(yàn)證了超聲波檢測腐朽木材力學(xué)參數(shù)的可行性。木梁產(chǎn)生腐朽是導(dǎo)致木結(jié)構(gòu)承載性能下降的重要因素，因此對腐朽木梁的力學(xué)性能是否能達(dá)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度展開研究成為重中之重。不同的腐朽狀況對木梁力學(xué)性能的影響也不盡相同，應(yīng)考慮腐朽位置、腐朽深度及腐朽等級(jí)對木梁承載力產(chǎn)生影響時(shí)的折減系數(shù)，為木結(jié)構(gòu)加固修繕提供理論依據(jù)[16]。目前木梁耐久性的相關(guān)研究中，無損檢測技術(shù)已較為成熟，但對于腐朽損傷木梁的力學(xué)性能研究還較少，后期有待加強(qiáng)。

2.2 力學(xué)性能

2.2.1 普通木結(jié)構(gòu)梁

普通木結(jié)構(gòu)梁的斷面形狀及結(jié)構(gòu)形式多樣，是未經(jīng)過增強(qiáng)或加固，未施加預(yù)應(yīng)力的木梁。普通木梁是木結(jié)構(gòu)建筑的主要結(jié)構(gòu)材，應(yīng)用最為廣泛，國內(nèi)外相關(guān)研究較多。木梁的力學(xué)性能研究主要圍繞抗彎強(qiáng)度、剛度及破壞形態(tài)表現(xiàn)來展開；其結(jié)構(gòu)類型較多，有工字型木梁、方木梁、實(shí)木梁、圓形木梁、工藝復(fù)合梁等；力學(xué)性能研究主要采用四點(diǎn)受彎方法進(jìn)行，木梁破壞特征及承載性能預(yù)測主要采用ABAQUS、ANSYS等有限元軟件模擬[17-20]。

木材的天然缺陷對木材的強(qiáng)度和剛度性能影響較大，節(jié)子的存在改變了木材紋理的完整性，致使木材的強(qiáng)度降低，尤其是受拉強(qiáng)度降低最為顯著。同木質(zhì)復(fù)合梁相比較實(shí)木梁有著巨大的優(yōu)勢，可以有限減少實(shí)木梁中天然節(jié)子、缺陷等影響，將優(yōu)質(zhì)木材更好地組合利用，其抗彎承載力較鋸材或?qū)嵞玖旱玫搅舜蠓忍嵘?，可?yīng)用于對承載力要求較高的建筑工程[21]。

根據(jù)木梁構(gòu)件受力特點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)梁的截面形式，在滿足承載性能要求的同時(shí)，可以減少木質(zhì)材料的消耗。工字型組合梁的腹板主要起支撐兩側(cè)翼緣作用，翼緣需采用抗拉性能好的材料，根據(jù)這一特性，進(jìn)行截面尺寸設(shè)計(jì)，一方面滿足承載需要，另一方面可以大幅度節(jié)省材料。木結(jié)構(gòu)工字梁相較于實(shí)木梁具有更高的強(qiáng)度、剛度、尺寸穩(wěn)定性，以及不易發(fā)生翹曲等優(yōu)點(diǎn)[22]。中空結(jié)構(gòu)空心梁依據(jù)受力特點(diǎn)在滿足承載性能的同時(shí)可以有效減少材料的損耗。尚澎等[23]在對矩形截面空心膠合木梁的抗彎性能研究中發(fā)現(xiàn)空心膠合木梁的極限承載力和延性與高度方向的壁厚及空心率有關(guān)?？招哪玖旱谋诤裨叫?，承載性能及延性越??；空心率越小，承載力越大，延性越小?？招哪玖旱淖冃慰刹捎脧椥岳碚撚?jì)算，在計(jì)算彎曲剛度時(shí)需引入折減系數(shù)0.88。

利用定向刨花板(OSB)面內(nèi)抗彎性能好的特點(diǎn)，對木結(jié)構(gòu)空心梁進(jìn)行釘接復(fù)合，是一種增大木梁截面面積、提高抗彎承載性能的有效技術(shù)舉措。楊小軍等[24]在木桁架兩側(cè)采用OSB來增強(qiáng)木桁架，研究發(fā)現(xiàn)采用OSB增強(qiáng)的木桁架能有效提高其抗彎承載力，其初始抗彎剛度及極限荷載均提升200%以上，且增強(qiáng)型木桁架連接方式簡單，木材用料少，這便于現(xiàn)場施工的優(yōu)點(diǎn)非常適用于木結(jié)構(gòu)工程。

裂紋是木梁構(gòu)件長期服役期間常見的缺陷，嚴(yán)重的開裂現(xiàn)象對木梁的承載性能有很大的影響。宋曉濱等[25]通過對裂紋對木梁承載性能的影響、裂紋木梁力學(xué)計(jì)算與理論模型推導(dǎo)等方面開展了相應(yīng)的研究，發(fā)現(xiàn)裂紋對木梁承載力的影響體現(xiàn)在削弱木梁構(gòu)件抗剪截面面積，降低程度與裂紋寬度、深度等方面；且裂紋處于木梁彎剪短截面中部時(shí)，木梁承載力下降最多。通過大量試驗(yàn)研究并結(jié)合相應(yīng)的有限元軟件進(jìn)行模擬，提出考慮縱向裂紋引起的木梁受彎承載力明顯降低裂紋界限指標(biāo)計(jì)算方法[26]。

普通木梁研究較多，范圍很廣，研究方法簡單直接，能夠直接為工程應(yīng)用提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)及理論依據(jù)，根據(jù)建筑中的受力特點(diǎn)，采取多種復(fù)合方式，實(shí)現(xiàn)了承載性能的提升。然而這些試驗(yàn)研究大多采用新鮮木材，對服役中存在問題的木梁缺少必要的探索。

2.2.2 增強(qiáng)型木結(jié)構(gòu)梁

普通木梁在受外力荷載時(shí)易出現(xiàn)脆性受拉破壞，復(fù)合其他高強(qiáng)材料是一種克服普通木梁抗彎剛度不足的有效技術(shù)手段。國內(nèi)外學(xué)者在木梁增強(qiáng)研究中，增強(qiáng)材料大多采用纖維增強(qiáng)材料(FRP)及鋼質(zhì)材料[27-28]等。

在FRP增強(qiáng)方面，常采用玻璃纖維(GFRP)、樹脂纖維(BFRP)、碳纖維(CFRP)等高性能纖維材料加固木梁，其中CFRP增強(qiáng)技術(shù)運(yùn)用較多，采用CFRP增強(qiáng)技術(shù)效果明顯優(yōu)于其他纖維材料[29]。采用粘貼CFRP布、板或植入CFRP筋等方式，可以有效改善木梁的承載性能。楊會(huì)峰等[30]對采用CFRP板增強(qiáng)楊木膠合木梁進(jìn)行四點(diǎn)受彎試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)CFRP增強(qiáng)的木梁較未增強(qiáng)的木梁，受彎承載力與剛度可分別達(dá)到常用松木實(shí)木構(gòu)件的1.82倍和1.35倍。采用FRP材料對含缺陷木梁進(jìn)行增強(qiáng)，是一種提高缺陷木梁承載力及延長服役時(shí)間的有效措施。歐陽煜等[31]對采用側(cè)面粘貼CFRP布加固的裂紋木梁進(jìn)行理論分析，發(fā)現(xiàn)CFRP布可明顯減小裂紋深度和數(shù)量對承載性能的影響，且在裂紋較深處加固效應(yīng)愈加明顯。在增強(qiáng)型木梁中，F(xiàn)RP與木材之間的粘結(jié)性能是保證其共同工作的關(guān)鍵，粘結(jié)承載力直接影響到FRP材料增強(qiáng)效果，F(xiàn)RP材料與木材之間有限粘結(jié)長度決定了粘結(jié)承載力的大小。莊榮忠等[32]研究粘黏劑種類、纖維布種類、粘結(jié)寬度、纖維布層數(shù)等不同參數(shù)對纖維布與木材粘結(jié)性能影響的變化規(guī)律，得到了有效粘結(jié)長度、粘結(jié)強(qiáng)度等重要參數(shù)，提出了粘結(jié)承載力計(jì)算公式，為進(jìn)一步研究FRP加固木結(jié)構(gòu)的效果和機(jī)理奠定了基礎(chǔ)，并證明在木結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。在理論公式推導(dǎo)方面，通過對FRP板不同放置方式、FRP筋以及鋼筋增強(qiáng)方法的對比，比較不同增強(qiáng)材料和方法對木梁承載性能的增強(qiáng)，通過大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)的推導(dǎo)，提出了增強(qiáng)型木梁的計(jì)算理論，并驗(yàn)證理論具有科學(xué)性[33]。

鋼材材料剛性較好，可采取粘貼、釘接等方式與木材進(jìn)行復(fù)合，這種采用鋼板增強(qiáng)的木梁，可以很好地改善其承載性能。YANG等[34]通過對比未增強(qiáng)、在底部粘貼鋼板、在兩側(cè)中部粘貼鋼板三種不同木梁進(jìn)行抗彎承載試驗(yàn)的結(jié)果表明各增強(qiáng)方式均可顯著提高木梁的承載性能，在側(cè)面粘貼鋼板不僅能提高木梁的抗剪能力，還能在一定程度上抑制裂縫的發(fā)展，并提出側(cè)面粘貼鋼板木梁計(jì)算承載力推導(dǎo)公式。

木梁經(jīng)FRP或鋼板增強(qiáng)后，其承載性能及抗彎剛度也得到較大提高，與此同時(shí)木梁在增強(qiáng)后仍存在較大的變形，因此在應(yīng)用于一些大跨木梁結(jié)構(gòu)中仍需對木梁變形采取更加深入的研究以改變變形較大的現(xiàn)狀。

2.2.3 預(yù)應(yīng)力木結(jié)構(gòu)梁

預(yù)應(yīng)力是為了改善結(jié)構(gòu)受力表現(xiàn)，在施工期間給結(jié)構(gòu)預(yù)先施加的壓應(yīng)力，結(jié)構(gòu)服役期間預(yù)加壓應(yīng)力可全部或部分抵消荷載導(dǎo)致的拉應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)破壞。目前愈來愈多大跨度木建筑結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，對木梁等構(gòu)件的剛度、強(qiáng)度及延性提出了更高的要求。為了進(jìn)一步提高木梁的承載性能，拓寬木梁的應(yīng)用范圍，許多學(xué)者將預(yù)應(yīng)力技術(shù)引入木結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。近年來，預(yù)應(yīng)力木梁的相關(guān)研究主要從承載性能、破壞形態(tài)、預(yù)應(yīng)力損失、理論模型推導(dǎo)等方面進(jìn)行研究[35]。

在破壞形態(tài)及承載性能方面，預(yù)應(yīng)力增強(qiáng)木梁較未增強(qiáng)木梁承載性能有大幅度提升。楊會(huì)峰等[36]發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力增強(qiáng)膠合木梁比未增強(qiáng)木梁受彎承載力和剛度分別提高了28.8%～81.8%和44.9%。由于張拉工藝及材料因素會(huì)導(dǎo)致拉應(yīng)力筋中張拉力不斷下降，因此準(zhǔn)確估計(jì)和計(jì)算預(yù)應(yīng)力損失也是預(yù)應(yīng)力木梁的一個(gè)重要研究方向。在預(yù)應(yīng)力損失方面，通過有限元軟件模擬預(yù)應(yīng)力木梁的長期蠕變行為，研究木梁由于蠕變引起的預(yù)應(yīng)力損失，得出了木材蠕變的預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算公式，與試驗(yàn)結(jié)果較為吻合[37-38]。在理論模型推導(dǎo)方面，通過對膠合木梁施加預(yù)應(yīng)力，開展了試驗(yàn)研究和理論分析，并推導(dǎo)出相關(guān)的力學(xué)計(jì)算模型[39]，如圖1所示。

圖1 預(yù)應(yīng)力膠合木梁截面與理論計(jì)算模型

施加預(yù)應(yīng)力可以有效提高木梁的抗彎剛度、極限承載力及延性，在大跨度木結(jié)構(gòu)領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。但如何減少預(yù)應(yīng)力的損失，亟待學(xué)者去探索研究。

3 發(fā)展趨勢

3.1 木梁裝飾化

在木建筑結(jié)構(gòu)中，木梁及其他主要構(gòu)件與整個(gè)空間并存，不僅起到承重的作用，還有劃分各個(gè)空間的功能，對室內(nèi)設(shè)計(jì)風(fēng)格的影響有著重要作用。舒適的居住環(huán)境是人們追求高品質(zhì)生活的永恒主題，而木結(jié)構(gòu)梁具有一種天然美和親切感，能夠縮小人與人之間的距離，加之合理的顏色搭配會(huì)產(chǎn)生一種舒適的感覺，也會(huì)給人們帶來不同的情感體驗(yàn)。室內(nèi)作為人們?nèi)粘Ｉ罹镁拥膱鏊?，在滿足使用功能的同時(shí)還要兼具美觀高雅效果，木結(jié)構(gòu)梁的美觀性恰好符合其要求。木結(jié)構(gòu)梁斷面尺寸大，給人以一種震撼的視覺效果，便于營造宏偉壯觀、富麗堂皇的建筑裝飾效果。在一些特殊裝修風(fēng)格需求中，采用對木梁表面進(jìn)行雕刻，涂刷鮮艷色彩等手段，點(diǎn)綴出木梁的建筑美及裝飾美，便于營造舒適溫馨的居住環(huán)境。木梁的裝飾化在現(xiàn)代化木結(jié)構(gòu)裝飾中已逐步得到應(yīng)用且得到大眾的重視，尤其在日本，木梁在作為構(gòu)件使用的同時(shí)兼具裝飾效果。木梁及其他構(gòu)件需要結(jié)合建筑不同風(fēng)格類型、室內(nèi)藝術(shù)效果呈現(xiàn)角度等來進(jìn)行木梁的選料、設(shè)計(jì)及加工制作，從源頭做起，可以起到事半功倍的效果。

3.2 木梁裝配化

近年來，中國、加拿大等國家相繼出臺(tái)了裝配式建筑相關(guān)規(guī)范及政策，明確提出了建筑裝配化具有構(gòu)件生產(chǎn)工廠化、施工機(jī)械化、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化程度高等優(yōu)勢，引導(dǎo)和規(guī)范了整個(gè)裝配式行業(yè)的發(fā)展。木梁及其他構(gòu)件作為建筑的重要構(gòu)件，通常尺寸大、笨重不易運(yùn)輸，力學(xué)性能要求高，采取傳統(tǒng)的手段生產(chǎn)安裝運(yùn)輸需要耗費(fèi)大量人力物力，通過采用裝配化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與施工可以做到結(jié)構(gòu)的高效生產(chǎn)、快速安裝施工等效果，其裝配化程度對建筑結(jié)構(gòu)的整體裝配化有著重要意義。合理運(yùn)用金屬件、榫卯等連接方式相配合，可以實(shí)現(xiàn)木梁模塊化單元的組合，實(shí)現(xiàn)木梁的裝配化。對木梁進(jìn)行模塊化拆解、裝配化設(shè)計(jì)生產(chǎn)，便于實(shí)現(xiàn)木梁規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化，利于工廠的批量生產(chǎn)，提高構(gòu)件工廠生產(chǎn)化的效率。木梁作為建筑的重要構(gòu)件不是獨(dú)立存在的，需要統(tǒng)籌考慮整體建筑結(jié)構(gòu)與模塊化分塊同步進(jìn)行，為達(dá)成尺寸標(biāo)準(zhǔn)化等需求，還需要專業(yè)人員對此進(jìn)行大量工作，實(shí)現(xiàn)木梁構(gòu)件的模塊化設(shè)計(jì)生產(chǎn)施工。

3.3 結(jié)構(gòu)組合多元化

當(dāng)前組合梁大多采用同種木質(zhì)材組合、不同材料組合等方式，圍繞如何提高梁的強(qiáng)度、剛性、延性及節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度等方面進(jìn)行了一系列的探索研究。木梁主要的材料為木質(zhì)材料，優(yōu)點(diǎn)很多，但不足也很明顯，表現(xiàn)為材性較軟、強(qiáng)度剛性較差、長時(shí)間服役后易發(fā)生蠕變，通過與其他材料采用不同方式進(jìn)行復(fù)合，利用其他材料的優(yōu)勢，彌補(bǔ)木質(zhì)材料的不足，相互取長補(bǔ)短，可以提高木梁的強(qiáng)度、剛度及節(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度，避免出現(xiàn)“強(qiáng)構(gòu)件弱節(jié)點(diǎn)”或“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”等不足。

為了滿足力學(xué)性能的需求，將鋼材與木材采用嵌入式方式復(fù)合，利用鋼材剛性大的優(yōu)勢，可以大幅度提升鋼木復(fù)合梁的整體剛度、強(qiáng)度及延性，可以滿足更高力學(xué)性能的使用。為了滿足建筑中大斷面構(gòu)件的需要，通?？梢圆捎每招牧簛頋M足，并且能夠較大程度節(jié)省原材料。盡管當(dāng)前實(shí)際工程中已經(jīng)出現(xiàn)空心箱梁等空心梁應(yīng)用，但空心梁的研究仍處于探索階段，尚缺乏足夠的理論依據(jù)及技術(shù)支持。在一些特殊受力薄弱點(diǎn)部位，可以采用局部復(fù)合結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)其整體力學(xué)性能。

3.4 木梁評(píng)估與修復(fù)

木結(jié)構(gòu)建筑特別是古建筑木結(jié)構(gòu)經(jīng)過長時(shí)間的洗禮，期間遭受各種天災(zāi)人禍，在自然環(huán)境的長期作用及長時(shí)間服役情況下，均存在不同程度的損傷破壞，因此對梁、柱等重要構(gòu)件進(jìn)行適時(shí)評(píng)估與修復(fù)是非常有必要的。采用阻力儀、超聲波、應(yīng)力波等無損檢測技術(shù)，及時(shí)對缺陷木梁進(jìn)行評(píng)估檢測，然后采取相應(yīng)的措施對其進(jìn)行修復(fù)加固，同時(shí)需要建立相應(yīng)的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)估檢驗(yàn)方法，完善整個(gè)評(píng)估檢測流程。

對于損傷較為嚴(yán)重的缺陷木梁，需要及時(shí)對其進(jìn)行更換，以保證整個(gè)建筑的安全性。對在安全允許范圍的損傷木梁，也應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)措施對其進(jìn)行修復(fù)加固。開裂是木梁等構(gòu)件最為常見的敗壞形式，宜采取多種手段對其進(jìn)行及時(shí)修復(fù)，修復(fù)手段不宜采用傳統(tǒng)的添加膩?zhàn)印⑻扪a(bǔ)加固、構(gòu)件更換等方式，傳統(tǒng)修復(fù)方式只能短暫對木梁等構(gòu)件進(jìn)行加固修復(fù)保護(hù)，不能從根本上解決其力學(xué)性能衰減的現(xiàn)狀，宜采用新型修復(fù)加固技術(shù)如FRP加固，起到拉結(jié)作用，避免開裂處裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，同時(shí)還可以使分離的木纖維壁重新復(fù)合，起到重新受力作用。對于腐朽的木梁構(gòu)件，宜及時(shí)對其進(jìn)行腐朽等級(jí)評(píng)估檢測，及時(shí)剔除腐朽缺陷，然后對其進(jìn)行表面防腐處理，再使用干燥后的原木梁依照原樣修補(bǔ)整齊并粘接，應(yīng)做到“修舊如舊”的原則。

4 小結(jié)

木梁是建筑結(jié)構(gòu)的重要組成，這些構(gòu)件一方面承擔(dān)建筑荷載的重任，另一方面給建筑更廣泛設(shè)計(jì)提供多種可能性。梁是重要的結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件，研究人員針對不同使用需求，已提出了不同方式組合梁、新技術(shù)加固木梁、預(yù)應(yīng)力加固木梁等不同的木梁形式，基于試驗(yàn)理論的研究，在一定程度上已經(jīng)能夠滿足工程實(shí)際應(yīng)用的要求。同時(shí)，隨著現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的建房高效、設(shè)計(jì)新穎等新要求的提出，在木梁裝飾化、木梁裝配化、評(píng)估修復(fù)等方面仍有巨大的潛力值得挖掘。