陳 超 （東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040）

隨著生活的不斷進(jìn)步和發(fā)展，人們?yōu)榱烁玫捻槕?yīng)社會并與自然和諧相處，我國引入了膠合木材料作為建筑建材。經(jīng)歷了多年的孜孜不倦的研究探索，已經(jīng)可以利用間苯二酚或者酚醛間苯二酚樹脂膠等膠粘劑進(jìn)行粘接壓制，形成可以達(dá)到安全規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的膠合木，也成為綠色建筑的首要選材。同時(shí)，混凝土技術(shù)發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了非常成熟的地步，可以說幾乎很多的建筑都離不開混凝土的使用，目前已成為使用量最大、應(yīng)用范圍最廣泛的建筑材料。為了提高其應(yīng)用性能，相關(guān)規(guī)范不斷完善，同時(shí)不斷研究和探索，均衡同步提高各種各樣的應(yīng)用性能，滿足人們社會的需要。

膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)作為近些年一種新型建筑結(jié)構(gòu)，順應(yīng)社會發(fā)展和滿足時(shí)代的需要[1]。在2016年國務(wù)院印發(fā)《中共中央國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》，要堅(jiān)決貫徹“適用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀”的建筑方針，著力轉(zhuǎn)變城市發(fā)展方式，著力塑造城市特色風(fēng)貌，著力提升城市環(huán)境質(zhì)量，著力創(chuàng)新城市管理服務(wù)，著力于興建綠色建筑及推廣使用綠色建材[2]。

1 膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 整體性能

膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)是在木結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，木材在順紋方向有較好的受拉性能，而混凝土抗壓能力強(qiáng)，理論上兩者的組合可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)來承擔(dān)荷載。除了在力學(xué)性能上能有效發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)外，膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)還有以下特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)生態(tài)，天然再生；抗震和抗沖擊性能好，并且質(zhì)輕高強(qiáng)、安裝便捷；具有良好的防火性能，這都能促進(jìn)膠合木一混凝土組合結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展。

1.2 抗震性能

中國是一個(gè)地震頻發(fā)的國家，位于世界兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，受太平洋板塊、印度板塊和菲律賓海板塊的擠壓，地震斷裂帶十分活躍[3]。膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)的房屋具有良好的抗震性能，利用栓連接和釘連接，兩者可以通過自身的變形消耗能量。據(jù)有關(guān)研究表明，膠合木在遇到地震時(shí)，在方向上的偏移率僅為1.3%。同時(shí)，本身也質(zhì)輕高強(qiáng)，具有良好的韌性，高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和高抗震性能的優(yōu)勢[4]。

1.3 綠色環(huán)保

圖1 Vihantasalmi橋

膠合木與鋼筋類材料相比，其密度小和強(qiáng)度高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在一棟200m2的建筑上，在耗能方面為鋼結(jié)構(gòu)的66%，二氧化碳排放量為鋼結(jié)構(gòu)的81%，空氣污染指數(shù)為鋼結(jié)構(gòu)的57%，生態(tài)資源耗用指數(shù)為鋼結(jié)構(gòu)的88%，水污染指數(shù)為鋼結(jié)構(gòu)的29%[5]?？梢娔z合木具有低碳環(huán)保、綠色節(jié)能、保護(hù)環(huán)境等等的優(yōu)勢，綜合性能指標(biāo)要強(qiáng)于鋼結(jié)構(gòu)。膠合木是一種可循環(huán)可再生資源，使用壽命也比鋼筋混凝土的房屋要長，最后也可以進(jìn)行回收處理。

1.4 構(gòu)造簡單，便于施工

組合結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，合理可靠，則必然會易于施工，滿足國家安全規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，對于施工連接構(gòu)造的質(zhì)量檢查也會容易許多。連接方式可以參考榫卯連接、齒連接、銷連接、鍵連接、膠（膠粘劑）連接、植筋連接、承拉連接等等。

同時(shí)，采用膠合木具有以下的優(yōu)點(diǎn)：①作為新型材料，合理利用可再生能源，滿足可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。②安裝簡單快速，加工不受時(shí)間限制，可以大力推廣裝配式建筑。③輕質(zhì)高強(qiáng)，滿足實(shí)際工程的力學(xué)性能，同時(shí)抗震能力出色。④與鋼材料相比，有很好的防火性能，結(jié)構(gòu)也更加的牢固。⑤保溫性能，隔音性能良好，可以不用擔(dān)心熱量的散失和噪聲污染。⑥使用膠合木，可以更好地融入大自然，美觀大氣，屋里有淡淡的木香，心情舒適。

圖2 Vihantasalmi橋結(jié)構(gòu)

在芬蘭，很早就找到膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)的足跡，著名Vihantasalm i橋的設(shè)計(jì)（圖1、圖2）是一個(gè)五扇形的桁架橋，其中三個(gè)主跨中的承重結(jié)構(gòu)由膠合木制成，兩側(cè)跨度構(gòu)造為膠合木-混凝土組合橋。橋梁的跨度為168m，行車道的有效寬度為11m，人行道的有效寬度為3m[6]。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

膠合木最開始在北美和歐洲流行，在1900年，舊時(shí)德國魏瑪?shù)暮沾氖状伟l(fā)現(xiàn)了膠合木，并分別在瑞士和德國申請了專利。而標(biāo)志著拱形結(jié)構(gòu)膠合木應(yīng)用的真正開端是赫茨。在1906年，德國注冊的曲線型膠合構(gòu)件的專利。在北美，大約在1934年，注冊建筑師和工程師麥克斯·海因內(nèi)希（MaxHanisch）設(shè)計(jì)了“全膠合”拱形屋蓋結(jié)構(gòu)，是美國歷史上第一座采用膠合的建筑。同年，美國農(nóng)業(yè)部林產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)室（FPL）的建筑，至今仍在使用，使用期限大大超出預(yù)期。從上世紀(jì)50年代至今，歐洲、美國、日本等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)對膠合木進(jìn)行大量的研究和改良，取得了不錯(cuò)的突破。近些年，為了推廣裝配式建筑，加快推進(jìn)綠色建筑的進(jìn)程。在純膠合木建筑和純混凝土建筑的基礎(chǔ)上，提出了利用兩者各自的優(yōu)勢彌補(bǔ)各自的缺陷，可以使兩種材料得到最大的利用。而為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，也可以通過不同的組合形式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2002年，Ario Ceccotti認(rèn)為木材是一種可再生的綠色建材，易加工能耗低，但是木結(jié)構(gòu)自身有許多的問題，所以挖掘出一種新的結(jié)構(gòu)形式-復(fù)合混凝土木結(jié)構(gòu)，這種新型的結(jié)構(gòu)可以突破木結(jié)構(gòu)本身的特性，更好的滿足人們的需要[7]。之后于 2010年，L.F.Jorge等對 SFS螺釘連接件在短期荷載和長期荷載下受力性能進(jìn)行研究分析，這項(xiàng)研究利用了在科英布拉大學(xué)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)程序的優(yōu)勢，通過600天對數(shù)個(gè)木-混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行測試，分析了螺釘?shù)闹睆?、混凝土的類別、有無層間隔板對SFS螺釘連接件的受剪承載力及剛度的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，螺釘連接件的受剪承載力和剛度隨螺釘直徑的增大而增大；螺釘連接件的受剪承載力在輕骨料混凝土中較在普通混凝土中降低30%～50%，剛度基本相同；釘連接件的受剪承載力在設(shè)有層間隔板提高不大。發(fā)現(xiàn)SFS螺釘連接件對于整個(gè)結(jié)構(gòu)重要性，同時(shí)還提出了一種簡化的程序，可以將其作為設(shè)計(jì)理念的擴(kuò)展[8]。

對于木-混凝土組合結(jié)構(gòu)中的連接，國內(nèi)外學(xué)者通過理論分析、有限元分析和試驗(yàn)驗(yàn)證等方法開展了相關(guān)探索和研究。Hossain等對植入自攻螺釘?shù)哪z合木板連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了加載試驗(yàn)，研究節(jié)點(diǎn)的承載力、屈服強(qiáng)度、變形、剛度和延性。結(jié)果表明：垂直植入自攻螺釘?shù)墓?jié)點(diǎn)延性好，十字交叉傾斜植入自攻螺釘?shù)墓?jié)點(diǎn)剛度大但延性較差[9]。

目前，膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究主要在美國、日本等國家，我國對膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)還處于起步階段，沒有可供參考的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，只能通過其他國家的設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，所以更要重視對膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)之后的研究過程。迄今為止，僅有南京工業(yè)大學(xué)、中南林業(yè)科技大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)對膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)有初步的研究，但是膠合木-混凝土組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，為了實(shí)現(xiàn)裝配式建筑的推廣，為以后的工程應(yīng)用要提供理論支持和設(shè)計(jì)依據(jù)。

3 結(jié)論

膠合木也可以在其他領(lǐng)域有不俗的發(fā)展前景，目前可以通過特殊化學(xué)工藝把膠合木進(jìn)行處理，得到純凈、透明、強(qiáng)度高、保溫、隔熱，可以和玻璃相媲美的材質(zhì)，同時(shí)不會像玻璃那樣容易破損，可以說技術(shù)成熟后，使用該材質(zhì)建造會更加的美觀，也會對社會的發(fā)展起到非常大的作用。

混凝土現(xiàn)在也在不斷的進(jìn)行改良，比如陶粒-普通混凝土，防止在近?；炷粮g的性能研究，新型活性粉末混凝土等等，都是在原有技術(shù)上不斷突破，順應(yīng)社會的進(jìn)步和人類需求的發(fā)展，同時(shí)盡可能降低和避免環(huán)境的污染。

膠合木作為新型綠色建材，擁有很高的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，可以與混凝土組合，結(jié)構(gòu)充分利用兩者的特性可以滿足建筑的需要，以后可以在中國推廣使用。同時(shí)，膠合木使用前也必須進(jìn)行防腐、防蟲、防火處理，避免在施工完成后會出現(xiàn)住房安全質(zhì)量問題。