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為什么木結構住宅能在日本地震中屹立不倒?

現代構造措施在傳統木結構住宅的應用。

2019-05-04 11:24 |發布者:rznl02 |查看:303 |評論:0 |
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  • :建筑 施工應用類 工藝
  • :木建筑 木構筑 卯榫構造 金屬 施工工藝 材料運用

傳統的木結構建筑,都是以榫卯結構連接的,可靠耐用,無需其他零件。

什么是“卯榫構造” ——卯榫,是“卯眼”、“榫頭”兩個名詞的簡稱,其中,木材構件上的凹入部分,稱為“卯”,凸出部分,則稱為“榫”。最基本的卯榫結構,“榫頭”插入“卯眼”中,使兩個構件連接并固定。



下面是幾幅日本木結構住宅承重框架系統組成示意圖:









我們可以看到,房屋的下部,為整體結構的現澆鋼筋混凝土地下架空層基礎,房屋的中部,為2層結構的木結構承重框架,房屋的頂部,為雙坡屋面閣樓木結構承重框架。

采用傳統榫卯結構的建筑,承重構件一般比較粗笨,而日本現代木結構住宅,在傳統的木結構承重框架的構造連接基礎上,也有許多改良的配套措施,比如使用所謂的“金物補強”技術,充分發揮了傳統木材和現代鋼材這兩種材料各自的優勢,在木結構承重框架的節點位置,使用一些金屬連接件,對木結構承重框架的節點位置,進行增強加固。這些現代構造措施的應用,極大地提高了傳統木結構住宅的整體承載能力,提升了木結構住宅的抗震性能。






除了上面介紹的,使用金屬連接件,加固木結構住宅承重框架的建造形式之外,還有的日本現代木結構住宅,完全拋棄了傳統的“卯榫構造”形式,直接采用特殊的金屬連接的新式構造做法,比如視頻中介紹的“SE構法”,就是其中的一種建造現代木結構住宅的新式技術。







SE構法承重框架圖示

一棟普通民宅的建造過程:

設置龍門樁,進行測量



地基挖掘后進行碎石墊層鋪設



碎石墊層上鋪設防水隔潮塑料薄膜

然后墊支基礎底板的雙向鋼筋網

然后架設組立基礎墻的鋼筋網

四周圍好鋼模板



整體結構的全現澆鋼筋混凝土地下架空層基礎



架設水平承重木結構框架



立柱通過鋼制連接件,與水平土臺構件進行連接固定




主體框架完成

按照SE構法建造完成后的樣子


日本領先世界的鋼木組合結構建造技術



▲ 木質集成材加工制作過程示意圖


▲ 使用木質集成材加工的木柱、木梁斷面構造組成,以及集成材木梁的力學性能,示意圖



(日語)無垢材——(中文)實木構件,圖中是指直接使用天然木材加工制造的木質構件,力學性質一般。

木質集成材構件,是使用多塊木材,借助粘合劑,經過壓力,加工制作的構件,力學性質大大增強。



木質集成材構件樣品,橫斷面,局部特寫。

可見,該木質集成材構件,是使用5塊木材粘接壓制而成。




▲ 木質集成材構件以及配套的鋼制連接件一宗



▲ 日本獨立住宅,SE工法,承重框架,三維立體,示意圖



▲ 采用SE構法 / SE工法,搭建單層結構幼兒園住宅,施工現場。




▲ SE構法 / SE工法,搭建2層結構的一戶建獨立住宅,施工現場。





▲ SE構法 / SE工法,承重框架,節點位置,構造組成,三維立體剖解,示意圖

(日語)斷面欠損が少ない——(中文)木質集成材構件的橫斷面損失較少




▲ 木質集成材,SE構法 / SE工法,承重框架,節點位置,與傳統卯榫結構,承重框架,節點位置,對比示意圖

SE構法 / SE工法,木質集成材構件的橫斷面,損失較少,力學性能較好,而傳統的卯榫結構,木材構件的橫斷面,損失較大,力學性能較差。







▲ SE構法 / SE工法,試驗樣品(木質集成材構件 + 鋼制連接件+ 鋼制螺栓+鋼制銷子)








▲ SE構法 / SE工法,建造獨立住宅,整體結構的全現澆鋼筋混凝土地下架空層基礎,施工現場

施工工序:整平壓實地基土壤,鋪設碎石墊層,鋪設優質的防水隔潮塑料薄膜,現場澆注素混凝土墊層。




整體結構的全現澆鋼筋混凝土地下架空層基礎,由“基礎底板”和上部“基礎墻墻體”2大部分組成。

圖為,基礎底板,以及上部基礎墻墻體,鋼筋網的墊支、布設、架立,以及四周鋼模板的圍護施工現場。



▲ 已經拆除鋼模板之后的地下架空層基礎的施工現場。可見,基礎墻體上,預留埋設的錨固鍍鋅螺栓的布設情況。



▲ 基礎墻頂面,測量定位放線,施工現場。可見,基礎墻體上預留的鍍鋅螺栓以及鋼制連接件的安裝情況。









在木質集成材構件上,涂刷專用的防腐、防蟻保護性涂料。






基礎上部,首層地面,結構組成,施工現場。

整體結構的全現澆鋼筋混凝土地下架空層基礎的上部,水平承重木結構承重框架,在日本,一般叫“土臺”。

從圖中可見,水平承重木結構承重框架之間,填充淺黃色的無機物材質的不燃型玻璃纖維氈毯,在水平承重木結構承重框架頂部,鋪設結構膠合板地面基底。




從圖中可見,水平承重木結構承重框架之間,填充阻燃等級較高的硬質酚醛樹脂泡沫,或者是聚氨酯泡沫保溫板,此時,還未鋪設結構膠合板地面基底。




從圖中可見,水平承重木結構承重框架之間,填充淺藍色的阻燃等級較高的擠塑xps聚苯乙烯泡沫保溫板。












還可見,SE構法 / SE工法,集成材承重框架,屋頂框架外側,已經鋪設了一層鋁箔覆面的保溫材料。







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