“用木头,造一所木屋”

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收藏文章 赞一个 已赞 2016-07-15 加拿大木业协会


文章略长,建议收藏观看


在人们的印象中,木结构住宅,各个构件之间,应该是采用传统的“卯榫构造”形式,进行连接构造的。

 
什么是“卯榫构造” ——
 
卯榫,是“卯眼”、“榫头”两个名词的简称,在传统的木工加工制作中,连接两个或多个木材构件,一般就采用“卯榫构造”的形式。其中,木材构件上的凹入部分,称为“卯”(或者叫“卯眼”,也有的地方叫“卯口”、“榫眼”等),凸出部分,则称为“榫”(或者叫“榫头”)。
最基本的卯榫结构,是由“卯眼”和“榫头”两个部分组成,“榫头”插入“卯眼”中,使两个构件连接并固定。




榫头伸入卯眼的部分,被称为“榫舌”,其余部分,则称作“榫肩”。
 卯榫,按其位置或做法的不同,可以分有多种类型:
 面与面之间的接合位置:槽口榫、企口榫、燕尾榫、穿带榫、札榫……
 承重框架节点位置:格肩榫、双榫、双夹榫、勾挂榫、楔钉榫、半榫、通榫……
 三个构件的接合位置:托角榫、长短榫、抱肩榫、粽角榫……
下面首先简要介绍几幅日本木结构住宅承重框架系统组成示意图 ——


一幢日式木结构住宅承重框架系统组成示意图01


上图简要说明 ——
 
房屋的下部,为整体结构的现浇钢筋混凝土地下架空层基础,房屋的中部,为2层结构的木结构承重框架,房屋的顶部,为双坡屋面阁楼木结构承重框架。

一幢日式木结构住宅承重框架系统组成示意图02


上图简要说明 ——
 
房屋的下部,为整体结构的现浇钢筋混凝土地下架空层基础,房屋的中部,为2层结构的木结构承重框架,房屋的顶部,为双坡屋面阁楼木结构承重框架。

一幢日式木结构住宅结构组成示意图03


以下部分图例,为日式住宅,木结构承重框架系统中,节点位置,采用类似“卯榫构造”连接形式的一些情况

木材构件,多种卯榫构造形式,构件一宗。


天然实木构件,梁、柱,垂直卯榫构造连接。


天然实木构件,梁与梁之间,水平卯榫构造连接。


天然实木构件,梁与梁续长,卯榫构造连接。


天然实木构件,梁与梁续长,卯榫构造连接。


天然实木构件,构件之间,水平卯榫构造连接。


天然实木构件,梁与梁之间,水平卯榫构造连接。


天然实木构件,三根构件之间,卯榫构造连接。




整体结构的现浇钢筋混凝土地下架空层基础(日本叫“筏板基础”)的上部,首先,在混凝土基础墙的顶面上,分散放置许多黑色的通风透气的特殊构造的塑胶垫块,然后,穿透预先埋设的镀锌钢制螺栓(日本叫“地脚螺栓”),水平放置固定木材构件(日本叫“土台”)。图为两相互垂直的水平“土台”之间,采用“卯榫构造”的连接情况。


水平的“土台”构件,与垂直的“立柱”之间


木结构承重框架系统


木结构承重框架系统,搭建过程中


木结构屋架,承重框架系统,搭建过程中


木结构承重框架,系统搭建过程中,梁与柱


木结构承重框架,系统搭建过程中,梁与梁续长


木结构承重框架,系统搭建过程中,梁与柱


日本木结构独立住宅,施工过程中,“上栋式”


一幢单层木结构独立住宅,承重框架搭建完成的施工现场的外观


一幢木结构独立住宅,“卯榫构造”承重框架


一幢木结构独立住宅,“卯榫构造”承重框架


一幢木结构独立住宅,“卯榫构造”承重框架


一幢木结构独立住宅,“卯榫构造”承重框架


一幢木结构独立住宅,“卯榫构造”承重框架


一幢单层木结构独立住宅,承重框架搭建完成的施工现场的外观


卯榫构造”承重框架,施工现场,局部特写


木结构承重框架,施工搭建,结构系统组成,规格编号示意图。


采用“卯榫构造”的木结构承重框架,配套使用的部分“木销子”。


卯榫构造的木结构承重框架,节点位置,使用“木销子”的情况


一幢木结构独立住宅,梁与柱,“卯榫构造”,局部特写。


一幢木结构独立住宅,“卯榫构造”承重框架,


一幢木结构独立住宅,“卯榫构造”承重框架


卯榫构造”承重框架


“卯榫构造”承重框架,施工现场的外观。


施工现场中有“上栋式”的一些标志物。


施工现场的内部,局部特写。


“卯榫构造”承重框架,施工现场,集体合影留念


“卯榫构造”承重框架,施工现场的内部一瞥。


“卯榫构造”承重框架,施工现场的内部一瞥。


“卯榫构造”承重框架,屋顶位置,施工现场的内部一瞥。


“卯榫构造”承重框架,施工现场,局部特写。


卯榫构造”承重框架,施工现场,局部特写。


“卯榫构造”承重框架,木材构件临时存放,施工现场,局部特写


“卯榫构造”承重框架,施工现场的内部一瞥。


“卯榫构造”承重框架,施工现场的内部一瞥。


分析以上图例,可以看出,木结构承重框架结构系统中,节点位置的“卯榫构造”形式,特别是在“卯”的位置上,由于构造开口较大,因而会减小木材构件的原有承载截面的尺寸,损伤木材构件整体性能,影响木材构件承载能力的发挥。
 
 
采用“卯榫构造”形式的木结构住宅,为了保证结构系统的安全结实,所使用的承重框架结构中的木材构件,大都比较粗大笨重。
 
 
日本现代木结构住宅,在传统的木结构承重框架的构造连接基础上,也有许多改良的配套措施,比如使用所谓的“金物补强”技术,充分发挥了传统木材和现代钢材这两种材料各自的优势,在木结构承重框架的节点位置,使用一些金属连接件,对木结构承重框架的节点位置,进行增强加固。这些现代构造措施的应用,极大地提高了传统木结构住宅的整体承载能力,提升了木结构住宅的抗震性能。
以下部分图例,为日式现代木结构住宅,承重框架系统中,使用金属连接件,增强住宅坚固结实和抗震性能的一些情况 ——













从图中可以看出 ——
 
 
1、  水平的“土台”木结构构件,通过预埋的镀锌钢制螺栓,牢固地与混凝土基础墙的顶部连接在一起。
 
 
2、  木结构承重框架中的“立柱”构件,也是通过配套的预埋螺栓与金属连接件,与“土台”、与“基础墙”牢固地连接在一起。
 
 
3、图中倾斜、交叉设置的“筋交”木材构件,在下部端头,也是使用专用的金属连接件,与“立柱”牢固地连接在一起。
 
 
4、  当然,“土台”构件,与混凝土基础墙的顶面之间,设置有黑色的特制通风透气垫块





























































































为抵抗水平力破坏,增强整个结构系统的抗震能力,而设置的交叉斜








除了上面介绍的,使用金属连接件,加固木结构住宅承重框架的建造形式之外,还有的日本现代木结构住宅,完全抛弃了传统的“卯榫构造”形式,直接采用特殊的金属连接的新式构造做法,比如,日本所谓的“SE构法”,就是其中的一种建造现代木结构住宅的新式技术。
 
 
在日本,还有一些类似的木结构承重框架构造新技术的存在,可能是出于知识产权方面的考虑,不一定就叫“SE构法”,而是取了其它的一些名称和叫法。
 
 
 
以下部分图例,反映传统节点构造与现代金属连接件构造的对比情况 ——







日本“一户建”独立住宅,主流的结构类型,一般有:木结构住宅,钢结构住宅,钢筋混凝土结构住宅,等等。其中,以木结构住宅占多数。
 
 
在日本,建造住宅的方法,一般称之为“XX工法”。
 日本住宅建造技术中,有一种所谓的“SE构法”,或者叫“SE工法”的现代木结构住宅建造方法。



日语中,“SE構法——安全で工学的な構法”,中文意思是“SE——构法,安全工程建造方法”,源自英文“Safety Engineering”,中文意思是“安全工程”。
 
 
“SE构法”的主要组成有两点:一是SE集成木材构件,二是SE钢制连接件。









从图中立柱的顶部,可以清晰地看出,立柱的材质,不是单纯的是木构件,而是采用力学性能比较优异的“集成材”。
 
 
集成木材构件,使用现代技术拼合实木木材构件加工而成,克服了天然实木木材构件,容易变形,受力强度不高的缺陷。

日本集成木材构件制作加工流程示意图


SE构法,摈弃了传统木材构件,使用卯榫结构连接的做法(传统的卯榫构造,由于在木材构件的端部或者中间,加工制造卯榫,卯榫本身的体积较大,削弱了木材构件本身的结构强度),在集成木材构件的端部或者中间,加工损伤木材构件较小的线槽以及螺栓孔,配合SE钢制连接件,在施工现场进行装配安装和连接,形成的承重木结构框架,力学性能稳定,结构强度较高,因而在日本应用比较广泛。
 
 
 
SE构法部分图例 ——

日本木结构住宅承重框架系统组成示意图






SE构法木结构住宅承重框架体系中,最低部的水平构件 —— “土台”,与下部现浇钢筋混凝土基础墙之间,使用地脚螺栓连接固定;木结构承重框架中,柱与梁之间,使用SE钢制连接件进行连接固定。











SE构法木结构住宅承重框架体系中,典型节点位置的外观示意图。


SE构法木结构住宅承重框架体系中,节点位置的外观示意图。


柱与梁节点位置,连接构造分解,示意图。




在钢筋混凝土基础墙的顶面,安装固定钢制连接件,钢制连接件再与上部木柱进行构造连接,并使用镀锌钢销固定。

水平“土台”木构件,墙角位置立柱木构件


水平“土台”木构件,墙角位置立柱木构件


水平“土台”木构件与十字交叉位置立柱木构件




“土台”构件,属于“集成材”性质。




钢筋混凝土基础墙的顶面,首先铺设一种特制的通风透气防潮塑胶垫块,然后再固定木结构“土台”构件。
 
木结构“土台”构件的表面,涂刷黄色的防蚁、防腐液体材料。







力学试验样品之一。集成木材构件;钢制连接件;镀锌钢销。


SE工法构件,力学试验样品之一。


SE工法构件,力学试验样品之一。






















墙体外侧的聚氨酯PU泡沫保温板,以及预埋镀锌螺栓的部分情况。


混凝土基础墙的顶面,正在准备安装土台构件。


SE工法中,钢制连接件,已经安装在现浇钢筋混凝土地下架空基础








混凝土基础墙的防水隔潮塑料薄膜






将钢制连接件,安装在木柱以及大梁的上面






SE构法中,木柱以及大梁的实物现场。


木柱通过钢制连接件,与水平土台构件进行连接固定。


SE工法,建造住宅,一楼位置,施工现场。


SE工法,建造住宅,二楼位置,施工现场。










SE工法节点位置,构造安装,施工现场。


SE工法中,楼面结构胶合板,运到施工现场。


一幢SE构法建造的木结构独立住宅前家人合影。




从图中可以看到,施工现场悬挂的宣传标语“二〇〇年住宅”






举行“上栋式”时




















在国内一些人的印象中,总是认为木结构住宅应该是比较轻的,肯定容易被“飓风”、“龙卷风”刮跑。
 
 
其实,现代木结构住宅,它的下部,一般是整体结构的现浇根据混凝土地下架空层基础,重量是比较大的,另外,基础上部的木结构承重框架,通过木结构框架系统中最底部的“土台”构件,穿透预埋在混凝土基础中的镀锌钢制螺栓,牢固地与混凝土基础连接在一起。
 
 
相对地讲,整个房屋框架,应该是比较坚固可靠的。
 
 
不是像人们想象的那样“头重脚轻”,大风一吹就跑,地震一震就垮,而是“脚重头轻”,属于比较结实牢固的一种设计建造方式。
 
 
当然,对于特殊的自然灾害,比如,特大海啸,就是再结实的住宅,它也是无能为力的。
 
 
 
下面介绍部分基础施工过程片断 ——

建造场地,平整处理、施工放线、设置测量控制的龙门桩。


基础底板和基础墙。图为基础底板浇注混凝土以后的施工现场。


基础底板,浇注混凝土完毕之后,开始组立基础墙的钢模板




木结构“土台”构件的外表,已经涂刷一层黄色的防蚁、防腐特制液


日本民间风俗,建造住宅,开工之前,要举行“地镇祭” 仪式




建造现场,设置龙门桩,进行测量控制。


地基土壤挖掘以后,进行碎石垫层铺设,并进行压实整平处理。




碎石垫层的上部,铺设一层防水隔潮塑料薄膜,然后垫支基础底板的双向钢筋网,然后架设组立基础墙的钢筋网,围护四周的钢模板。

“整体结构的全现浇钢筋混凝土地下架空层基础”,施工完成以后


架设水平承重木结构框架


上述日本独立住宅,建造完成时的外观一瞥。


“整体结构的全现浇钢筋混凝土地下架空层基础”,基础底板的下部 ——
 
 
一般是首先进行埋设管道,碎石垫层铺设,整平压实处理,然后,基础垫层的上部,再铺设一层防水隔潮塑料薄膜,然后,再垫支双向钢筋网,最后,进行现场浇注基础底板的混凝土。







钢模板的里侧,内衬较厚的白色的挤塑XPS聚苯乙烯泡沫保温板




















“整体结构的全现浇钢筋混凝土地下架空层基础”,基础底板,下部埋设管道,碎石垫层,整平压实,上部铺设防水隔潮塑料薄膜,垫支双向钢筋网,开始现场浇注基础底板的混凝土。



底板上部,基础墙位置,组立钢模板,现场浇注混凝土,施工现场。




















从图中可以看出,“整体结构的全现浇钢筋混凝土地下架空层基础”内部,各种管道线路的布设情况,还可以看出,基础上部,木结构“土台”位置,水平承重楼层地面的构造情况(土台框架之间,填充黄色的无机物材质的不燃型玻璃纤维保温毡毯,土台框架顶面,钉设较厚的结构胶合板,后续施工,再进行胶合板上面,室内地面的构造处理。)
 
 
 
 
以下几幅图例,可以进一步帮助理解日本独立住宅中常见的“整体结构的全现浇钢筋混凝土地下架空层基础”(在日本一般叫“筏板基础”)的构造情况 ——

图中反映:基础、预埋镀锌钢制地脚螺栓、基础垫块、土台、立柱等


两种不同构造形式的基础,内部通风防潮,效果对比。


基础内部通风防潮示意图










通过图中可以看出,区别于“条形基础”,“整体结构的全现浇钢筋混凝土地下架空层基础”,它的底板下面,土壤中的潮湿水分,是不能渗透到上部空间中的,因为底板本身就是全现浇的一个整体,另外,底板的构造层次中,还设置有塑料防水隔潮薄膜。
 
 
“地下架空层基础”的特点,一是底部基础全现浇为一体,结构整体性能较好,二是基础内部空间中,便于各种管线的布设,三是住宅的底层,防水隔潮效果较好。
 
 
当然了,“整体结构的全现浇钢筋混凝土地下架空层基础”,它的造价也会比单纯的“板式基础”会高一些。


日本的所谓“布基础”,就是国内所谓的“条形基础”。






 


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