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        生活中處處可見的木頭,你真的了解它嗎?

        生活中處處可見的木頭,你真的了解它嗎?

        打印 0條評論來源:加拿大木業

        △ 圖片來自ricespeir


        有一種材料,它很環保,給人溫暖而舒適的感覺;同時它耐久性好,使用年限可達百年甚至千年,它既可以做成一張薄紙又可以用以建造龐大的建筑體,它,就是木頭。


        地球上約有一兆英噸的木材,且每年約增加一千萬噸。木材的蘊藏量大,是碳中性的、可再生材料,是當下最受關注的可再生能源之一。那么,生活中處處可見的木頭,你真的了解它嗎?


        關于樹種


        樹木主要分為針葉木和闊葉木這兩類,也就是我們常說的軟木和硬木。


        軟木來自常綠的針葉林,如左圖的松樹,樹葉細長如針,包括雪松,柏樹,冷杉,和云杉等。硬木如右圖橡樹這類闊葉樹,它的葉子具有扁平、較寬闊的葉片,還包括白蠟樹,柚木和胡桃木等。


        硬木和軟木主要由于各個樹種、及其生長的環境、土壤、地理氣候的不同,導致其木材質地和紋路的變化。


        硬木,比如榆木,胡桃木,橡木等,通常這類樹種樹干通直部分較短,但是樹木材質堅硬,比較適合制作家具。木材合適的含水率對木材家具制作有著很大的影響,一般需要控制在15%以下。


        而軟木大多高大筆直,紋理清晰,容易加工,是建造木屋別墅的主要材料。相對硬木,不易脹縮變形,而且更耐腐蝕。特別是木屋原產地——北美地區的SPF,是常見的用于木屋建造的結構材料。


        關于木材的強度


        木材的特性包含各種因素,因此需要根據用途進行選擇。主要的兩個因素為木材的外觀和強度,其中強度是建材的首要考慮因素。


        具體來說,木材的密度越高,強度越高。其他因素如干燥程度也會影響強度,一般我們可以通過人眼觀察和機器輔助來幫助辨別強度。


        其它材料如金屬、塑料和陶瓷往往具有相當均勻的內部結構,在某一點的各個方向上力學性能是相同的。而木材不同,因其年輪和內部結構的不同,沿著纖維和垂直纖維方向一般都會有巨大的性質差。如果你曾經用斧頭砍過木頭就會知道,順延著木紋砍就很容易劈開,直接垂直對著木紋劈就要困難的多。


        因此,木材是各向異性材料,這意味著一塊木材在不同的方向上具有不同的特性。木材強度基本取決于紋理方向,正確的使用其強度并不比鋼材弱。


        同理建造木結構建筑也要考慮到木材的力學性能。傳統的木結構,會使用較大的木柱,使傳遞荷載的路徑平行于木紋方向,當受力方向與木紋方向一致時,木材具有較高的抗壓強度。當壓力方向與木紋方向垂直時,其抗壓強度就要弱得多,通常需要增加支撐來阻止彎曲和折斷。


        隨著對木材研究的不斷深入以及科技水平的提高,木材也在不斷的在打破以往人們對它的認知,創造了越來越多的可能性。


        △ 超強木材的制備示意圖和機械性能。圖片來自 Nature


        根據美國馬里蘭大學的最新研究成果,原生木材直接處理成為一種超強超韌的高性能結構材料,強度甚至媲美鋼材,實驗方法主要通過熱壓法能夠最大程度壓縮木材,使木材達到最大致密化,同時消除了原生木材中的結構缺陷,且保留纖維素的有序排列,從而大幅度提高木材的多方面強度指標。


        木材的性能


        因為木材具有其他材料無法比擬的環境學特性,知道木頭的特性之后,才能更好的使用它。


        綠色,可再生


        只要合理種植、砍伐樹木,相對于其他建筑材料如磚石、混凝土和鋼材等,木材最易再生產,速生材一般周期為10~50年。


        對分別以木材、鋼材和混凝土為主要結構材料,面積約2000平方米的不同住宅建筑進行比較,結果表明:木結構建筑消耗的能量是混凝土建筑的45%、是鋼結構建筑的66%;木結構建筑排放的等效二氧化碳是混凝土建筑的66%、是鋼結構建筑的81%;木結構建筑的空氣污染指數是混凝土建筑的46%、是鋼結構建筑的57%;木結構建筑的水污染指數是混凝土建筑的47%、是鋼結構建筑的29%。因此,綜合考慮能耗、等效二氧化排放、空氣污染、水污染、生態資源耗用和固體廢棄物排放等因素,木材最為綠色環保。


        越來越多的建筑師主張回歸木結構建筑,并身體力行地推動他們的主張。木材如果是取自可持續管理的森林,實際上是有助于碳的儲存,因為樹木在生長過程中,會從大氣中吸收二氧化碳,釋放氧氣。每立方米木材能吸收大約一噸的二氧化碳,相當于350升汽油。至于實際存儲多少,則取決于樹木的種類。



        具有保溫隔熱性能


        由于木材本身構造的特點,細胞內有空腔,形成了天然的中空材料,使得熱傳導速度慢,保溫、熱性能好,所以木結構有冬暖夏涼的特點。


        木材是優良的隔熱材料,其熱阻值是鋼材的400 倍,是混凝土或磚的10倍。木結構建筑結構體系的中空墻體設計內能填充保溫材料,進一步提升了建筑圍護結構的整體保溫隔熱性能。這意味著鋼材、混凝土或磚石結構建筑如要達到與木結構相同水平的節能性能,必須使用更多的保溫材料或加厚墻體。



        建筑重量較輕


        木材密度比傳統建筑材料都小。木材的強度與荷載作用方式、荷載與木紋的方向等因素有關,但只要設計合理,木材的抗壓、抗強度是完全能達到建筑標準的。


        施工便利


        木材易加工,可切成各種形狀。木結構構件相對輕巧,運輸和安裝都較容易,尤其對于輕型木結構建筑安裝無需大型設備,3~4個月就能完成一獨立別的建造。


        抗震性能良好


        結構物上的地震作用與結構質量有關,木結構質量輕,產生的地震作用小;木結構的整體結構體系一般具有較好的塑性、韌性,因此在國內外歷次強震中木結構都表現出較好的抗震性能。


        2009年在日本神戶三木市,世界最大的振動臺對一棟足尺寸的六層輕型木結構進行了模擬1995年阪神地震強度的測試,試驗證明了中高層木結構對地震具有很好的耐受力。


        △ 圖片來自 NEEDwood JAPAN 2009 KOBE



        預制化程度高


        現代木結構建筑一般采用工廠預制構件的生產和建造方式。與其它建筑形式相比,木結構的現場施工周期能縮短2/3左右 。工廠預制、批量生產、現場安裝、可最大限度控制質量、加快施工速度、節約成本。木材十分輕巧,易于在現場施工且木材在運輸過程中消耗的能源也較少。木結構建筑自重輕,基礎施工用材也少。


        加拿大目前國家建筑規范已經允許純木建筑最高建造到6層,下一版的修訂正在考慮將層數拓展到12層。而中國最新頒布的GB/T 51226-2017《多高層木結構建筑技術標準》也允許木結構建造到5層。這將為未來木建筑的發展帶來更多可能性。


        建造多層木結構不僅成本更為經濟,同時會帶來更好的環境效益,而且也更適合中國的現實國情。


        (責任編輯:何雯麗)




        延伸閱讀:

        中國輕型木結構建筑預制生產線介紹 BROCK COMMONS高層木結構建筑 裝配式木結構建筑,引領未來城鄉建筑

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        [責任編輯:Susan]

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