(绵阳市西南科技大学,621000)
摘要:钢-木组合结构轻质高强、绿色环保、抗震性能良好,同时兼并了钢材和木材的优点,因此得到了国内外的广泛关注。本文针对钢-木组合结构,从钢材和木材的特性出发,集中阐述了钢-木结构的优越性。同时研究了国内外钢-木组合结构的发展现状,总结出钢-木组合结构目前所面临的挑战,最后对未来的发展做出展望。
关键词:钢木组合结构;优越性;现状;发展趋势
1、钢-木组合结构特性
1.1木材特性
木材作为我国建筑的原始材料,从古至今取得了很大的发展,与其他建筑材料相比,木材存在许多优点。第一,我国是一个木材大国,因此木材的成本较低,并且木材易加工,绿色环保,符合国家的可持续发展战略;第二,木材的抗压性能良好,它的顺纹理方向的抗压强度和抗拉强度可超过某些金属;第三,木材的保温性能良好,将木材运用到建筑材料中将大大提高建筑的保温性能。但与此同时,木材仍存在易燃、易腐蚀和干缩湿涨等缺点,因而应用范围较为局限。
1.2钢材特性
钢材具有轻质高强、承载力高、延性塑性好等优点。并且钢材的受力性能良好,受力均匀,便于结构分析计算。但对于截面尺寸小,长细比较大的钢材构件,容易产生结构失稳的问题。在长细比过大之后,刚才容易发生较大的形变,产生附加弯矩,由此造成结构失稳破坏。因为钢材容易产生失稳的问题,在某些工程应用上面钢材具有一定的局限性。
1.3钢-木组合结构优越性
(1)材质更轻,承载力高
通过钢材和木材相互结合,钢-木组合结构兼并了钢材和木材的优点。两种材料自重都较轻,都具有较高的承载力,因此钢-木组合结构满足轻质高强的要求。
(2)绿色环保
钢-木组合结构中木材是一种十分环保的建筑材料,无污染,对人体也无害.其透气性能较强,可以维持室内外的湿度.最重要的是木材再生产的过程也是一个绿色过程,满足国家可持续发展的要求。
(3)抗震性能良好
钢材和木材的都具有较强的冲击韧性,木结构本身的完整性可以弥补钢材的材料缺陷.结构可以通过自身的变形来消耗能量,提高整体安全性.
2、钢-木组合结构的发展现状
2.1国外发展现状
对于钢-木组合结构的研究,国外已取得了非常大的进步。例如日本的鬼石多功能厅和AIRA综合运动公园体育馆,在某些部位用木材替代钢材,相应增加了承载能力和美化了居住环境。
图1日本鬼石多功能厅
图2AIRA综合运动公园体育馆
2.2国内发展现状
国内的钢-木组合结构的研究相对滞后于国外,但近年来仍有很多专家学者在钢-木组合结构领域开展了一些有益的研究。孙亚楠等人探讨了钢木装配式住宅的应用,结果表明,钢木装配可以用于多层以及高层住宅中,并且可以大量推广使用。白润山等人分析了钢木组合结构的研究进展,指出这种组合结构存在着材料物理性能显著差异,存在着组合构造、温度下协调性等问题亟需研究解决。
3、钢木组合结构所面临的挑战
3.1材料性能存在差异
钢材和木材的温度热膨胀系数存在着较大的差异,温度变化时,钢材和木材的变形将存在较大的差异,组合结构内部将产生内部应力,威胁结构安全。
3.2组合构件连接问题
目前,钢-木组合结构的连接主要是螺栓或者铆钉连接,并且许多研究只停留在单个构件的实验上。钢木组合结构在某些部位采用螺栓连接时,在力的作用下,钢材和木材的其余的接触面将会产生相对的滑移,螺栓处木材和钢材相对挤压,锚固处的木材会发生较大的变形。
4、钢-木组合结构的未来展望
国内目前的钢木组合结构的研究还不够深入,存在钢材和木材的材料性能存在差异、组合结构形式单一等等问题。但同时,钢木组合结构的有点十分明显,随着我国经济的发展,人们对居住环境提出了更高的要求,而钢木组合结构轻质高强、绿色环保等优点恰巧可以满足未来建筑的发展要求。因此,刚沐足和结构的前景十分广阔,具有进一步研究的价值。
5、结束语
钢木组合结构轻质高强、绿色环保、抗震性能良好,得到了国内外的广泛关注。国外对钢木组合结构先于国内,并且国内处于发展阶段。但与此同时,钢-木组合结构仍有一些问题亟待解决,例如:二者线膨胀系数存在差异,组合结构形式单一和缺乏对结构的整体研究等等。随着我国生活水平的提高,钢木组合结构有望满足人们对更舒适建筑环境的要求。
参考文献
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