本篇建筑論文認為進行國產輕型木結構用材料的制造及性能評價技術研究，有利于提高國產木材的附加值，促進國產材料在木結構建筑中的應用，促進建筑工業化發展，對促進木結構新興產業發展，推進我國城鎮化建設具有重要的意義。可以發表建筑論文的期刊有《建筑材料學報》(雙月刊)創刊于1998年，由國家教育部主管，同濟大學主辦。收錄本刊的數據庫有：中文核心期刊要目總覽(2008年版)、美國《工程索引》(Ei Compendex)、美國《化學文摘》(CA)、中國科學引文數據庫、中國核心期刊(遴選)數據庫、中國學術期刊綜合評價數據庫、中國期刊全文數據庫、中國學術期刊文摘(中、英文版)等，并被國家科技部、中國科學文獻計量評價研究中心等認定為“中國科技論文統計源期刊(中國科技核心期刊)”;在《中國學術期刊評價研究報告》(2009-2010)中，被評為“RCCSE中國核心學術期刊”。

　　摘要：圍繞“結構用木質復合材料和構件制造技術”任務的研究目標和內容、技術路線，總結分析國產規格材和定向刨花板設計方法、輕型木桁架制造技術和設計方法、結構用木質保溫板制造與性能評價技術的研究現狀，概要介紹了圍繞國產材料應用研究課題的總體框架，旨在提升國產結構用木質材料及構件的制造水平，促進國產材料和構件的結構應用，推動輕型木結構建筑材料的本土化發展。

　　關鍵詞：輕型木結構;規格材;定向刨花板;輕型木桁架;結構用木質保溫板

　　輕型木結構建筑發源于北美，與重型木結構建筑相比，得益于其完善的規格材加工、認證體系和成熟的預制構件制造技術[1]，具有建設周期短、成本低等優勢，適合在低層建筑中應用[2]，是北美住宅的主要結構形式。輕型木結構建筑引入我國后，亦得到了一定程度的應用[3]，而建筑用工程材料仍主要依賴進口[4]。目前國產工程木質復合材料構件，如定向刨花板[5]、輕型木桁架[6]等尚缺乏性能、設計方法的系統研究，國產規格材生產、評價體系尚不完善[7]。開展國產材料和構件制造關鍵技術研究，是促進國產木質材料和構件在現代木結構中應用，提高國產材利用率的必要前提。筆者針對國產木材和木質復合材料及木構件缺乏工業化制造和評價技術體系的突出問題，重點研究國產規格材、定向刨花板等材料和構件的強度設計值確定方法;創新齒板連接和壓制技術，優化木桁架設計參數;研究結構用木質保溫板制備工藝，評價結構用木質保溫板產品應用性能，提出結構用木質保溫板結構體系。相關研究內容及成果將在專欄陸續報道。

　　1輕型木結構用材料和構件制造技術、設計規范及評價技術現狀

　　輕型木結構是一種板壁式結構體系，由剪力墻、樓蓋和屋蓋組成。剪力墻通常由規格材骨架和木基結構板制作，也可采用保溫-結構一體化的木質保溫板作為剪力墻。樓屋蓋通常由木桁架和木基結構板制作，部分建筑采用規格材擱柵作為樓蓋骨架。因此，規格材和木基結構板是輕型木結構的主要材料，木桁架和木質保溫板是輕型木結構的常用構件。

　　1.1規格材和木基結構板的性能評價和設計方法

　　歐美及日本等國家對鋸材和木質復合材產品的測試方法、特征值和設計值的確定等，已進行了系統的研究[8]，建立了生產、分級、抽檢認證等完整體系，如北美的規格材制造和評價體系[9]。我國規格材和木質復合材的加工制造、評價、認證體系尚在發展階段。GBJ168-84《建筑結構設計統一標準》的頒布，標志著我國建筑結構的設計方法從安全系數設計法，逐漸過渡到以概率論為基礎的可靠度設計法。GBJ5-88《木結構設計規范》將方木、原木原容許應力指標，通過可靠度校準的方法，轉換成了基于可靠度的設計值。為促進進口木材在中國建筑市場的應用，1999年，應原建設部要求，主編單位會同國內外多家單位及協會對GBJ-88進行了修訂，并將規范代號更改為GB50005-2003[10]。GB50005-2003《木結構設計規范》將輕型木結構體系及進口規格材設計值納入了規范，但由于當時國產樹種規格材的研究幾乎處于空白，故規范中尚無國產規格材設計值的規定，制約了國產規格材的生產和應用。依托于“十一五”國家科技支撐計劃項目(2006-BAD18B07)，中國林科院木材工業研究所對國產落葉松規格材的力學性能和測試方法等開展了系統地研究[11-15]，但國產規格材力學性能設計值的可靠度研究，有待深入探索。此外，輕型木結構中常用的各種木基結構板，其力學性能的安全設計研究，也基本處于空白。

　　1.2輕型木桁架的制造技術和設計方法

　　輕型木桁架是用規格材作為桿件，采用齒板連接，形成的一種結構。在20世紀50年代于美國發明后，現已成為輕型木結構樓蓋和屋蓋桁架的主要形式[16]。目前，北美地區超過60%的住宅屋頂采用輕型木桁架[17]，樓蓋桁架也越來越多地用于住宅和公共建筑中。北美木桁架工業發達，很多企業有專用的設計軟件及生產設備，可完成輕型木桁架的設計、加工、安裝等工作，還開發了各種新型齒板，形成了較為完整的產業鏈。我國學者對輕型木桁架及其節點連接性能進行了研究[18-21]，在吸收國外相關技術和標準的基礎上，于2012年出臺了JGJ/T265-2012《輕型木桁架技術規范》，規定了齒板節點性能的測試方法。然而，采用國產材、國產齒板用于輕型木桁架的制造工藝及力學性能研究較少，其連接性能評價尚缺乏基本數據，且國產材料制造輕型木桁架的工藝、檢測方法等相關標準尚待完善。我國大部分企業目前依然按照國外標準，采用進口規格材和進口齒板為主要材料制造輕型木桁架。由于我國建筑結構構件的可靠度指標與美國和加拿大有較大差異[22]，不宜照搬國外制造、設計方法，否則易導致安全隱患。1.3結構用木質保溫板的制造與性能評價將保溫材料與面板集成的結構用木質保溫板，其原型于20世紀30年代提出[23]，由于其可預制和可模塊化制造等特點，在住宅產業化、建筑工業化進程中應用前景廣泛。國外研究了連接方式、面材、開洞等因素對木質保溫板墻體性能的影響[24-25]，美國已出臺了國標ANSI/APAPRS-610.1“StandardforperformanceratedSIPsinwallapplications”。國內對結構用木質保溫板的研究與應用尚處于起步階段，已有學者對木質保溫墻體的力學性能進行了研究[26-27]，但目前尚無相關標準出臺，且國產木質保溫板生產工藝尚不規范，需要從木質保溫板的制造技術、基本力學性能及設計方法等方面，開展系統的研究。

　　2輕型木結構用材料構件制造技術項目研究概況

　　為突破我國木質材料和構件制造、性能評價和結構應用的技術瓶頸，提高我國結構用材的自給率，筆者對規格材、木基結構板、輕型木桁架和結構用木質保溫板進行系統研究。

　　2.1國產規格材和定向刨花板設計方法研究

　　2.1.1規格材安全設計方法國產規格材設計值確定方法及可靠度評價體系的研究，是國產規格材標準化、產品化的重要基礎。針對國產規格材強度設計指標缺失、制造評價體系不完善等問題，課題組通過試驗與理論分析結合的方法，對輕型木桁架用國產規格材開展系統研究。1)對國產落葉松規格材，分別進行拉、壓和彎等力學性能測試，得到各性能的概率分布。通過數理檢驗方法，優選分布模型。2)采用一次二階矩法(JC法)和蒙特-卡羅法(MC法)[28]等可靠度分析方法，結合荷載模型以及抗力模型，分析可靠度指標與荷載比率、抗力分項系數等的相關關系，結合我國可靠度指標要求，確定落葉松規格材的強度設計值。3)將規格材強度設計值確定過程標準化，提出國產規格材由測試值向設計值轉化的方法和可靠度評價體系。國產規格材的設計值確定方法和可靠度評價體系的建立，為國產規格材的分級、加工、檢驗等，提供了理論基礎及實現方法。2.1.2定向刨花板安全設計方法針對定向刨花板安全設計方法空白的問題，開展木骨架組合墻體和木質結構保溫板用國產定向刨花板握釘性能研究及承載性能研究。1)對國產定向刨花板的抗側和抗拔握釘力等主要性能進行系統研究，得到握釘力與釘直徑、釘種類及板材厚度等的相關關系。2)對定向刨花板進行集中荷載作用下的承載性能測試，得到性能統計特征，進行可靠度分析，得到定向刨花板的強度設計值。3)將定向刨花板強度設計值確定過程標準化，提出國產板設計值確定方法和可靠度評價體系。對定向刨花板安全設計技術的研究，是我國首次基于可靠度理論，對國產板的力學性能進行研究評價，是建立與國外類似的刨花板分級體系的有益探索，將推動國產刨花板在結構材領域中的應用。

　　2.2輕型木桁架制造技術和設計方法研究

　　針對目前缺乏國產規格材和國產齒板輕型木桁架的相關研究，制造、檢測方法標準急待修訂的現狀，課題組對國產齒板連接和國產輕型木桁架性能進行研究，提出國產輕型木桁架的制造工藝及力學性能的評價方法。1)選取不同的輥壓速度、壓力、木材密度、紋理等參數，制造國產齒板節點，并進行齒板節點拉伸試驗和抗剪試驗，研究上述因素對齒板連接性能的影響，提出優化的齒板節點制造工藝，并根據相關規范，確定齒板連接的強度設計指標。2)制作輕型木桁架，通過足尺構件試驗，研究桁架類型、齒板尺寸、布置形式等因素，對桁架承載性能的影響。3)考慮齒板鋼材性能、構件間隙、齒板主軸方向、木材紋理方向、齒密度等參數，基于齒板連接單齒的連接性能，建立齒板節點及輕型木桁架精細化有限元模型，對輕型木桁架受力性能進行參數研究。4)在試驗研究和有限元分析的基礎上，提出適用于國產規格材和國產齒板的輕型木桁架優化設計參數。從桁架制造工藝、節點性能、構件形式等多方面，對輕型木桁架的性能進行系統研究，提出國產輕型木桁架的制造關鍵技術和設計方法，并為進一步研究桁架的系統效應等結構性能奠定了基礎，有助于推進輕型木桁架用材的國產化。

　　2.3結構用木質保溫板制造與性能評價

　　我國對結構用木質保溫板產品的研究處于起步階段，產品尚未定型，對木質保溫板的體系尚缺乏深入研究。鑒于此，課題組對木質保溫板的制造工藝、構件性能及連接方式等進行了研究。1)選取木基結構板為面材，聚氨酯保溫板和酚醛保溫板為芯材，分析面材和芯材的力學性能，建立面材和芯材的力學性能評價方法。2)采用冷壓技術制造高強度結構用木質保溫板，并對制造的木質保溫板產品的基本性能進行測試，分析工藝參數與結構用木質保溫板產品抗彎性能、抗壓性能、粘結性能的相關關系，優化結構用木質保溫板的制備工藝。3)按照優化工藝，制備面層和芯材不同的結構用木質保溫板產品，研究不同材料組成、不同截面結構的結構用木質保溫板產品的抗彎承載性能、抗沖擊或撞擊性能、保溫性能，建立結構用木質保溫板的產品性能表。4)研究不同邊界和載荷條件時，結構用木質保溫板作為剪力墻構件的靜、動力學性能，確定結構用木質保溫板結構體系的最佳連接方式。從生產工藝到構件性能、結構體系，對結構用木質保溫板進行全面系統地研究，有助于推動國產木質保溫板產品的標準化，促進國產結構用木質保溫板產品的制造技術及結構應用。