輕型鋼木結(jié)構(gòu)的實(shí)用性和抗震性

四大特性決定現(xiàn)代輕型鋼木結(jié)構(gòu)建筑為何抗震：

1、典型的鋼木框架房屋具有無數(shù)的小連接點(diǎn)，而非少數(shù)的幾個(gè)關(guān)鍵的連接點(diǎn)，從而為地震力提供了附加的轉(zhuǎn)力路徑。地震發(fā)生時(shí)，一旦某連接點(diǎn)超載，其超載部分可由相鄰的連接點(diǎn)分擔(dān)。

2、材具有較高的強(qiáng)度重量比，因而鋼木結(jié)構(gòu)一般比其它類型的結(jié)構(gòu)重量輕。重量輕在地震是一大優(yōu)勢(shì)。

3、鋼木框架體系采用釘接節(jié)點(diǎn)，因而使結(jié)構(gòu)體系有很好的柔性，因此能夠在地震中吸收和耗散能量。

4、經(jīng)工程設(shè)計(jì)建造的鋼木框架建筑，其結(jié)構(gòu)用面板（膠合板或定向刨花板）與墻骨柱組成有效的抗側(cè)向力的建筑組件。

鋼木結(jié)構(gòu)分傳統(tǒng)鋼木結(jié)構(gòu)和現(xiàn)代鋼木結(jié)構(gòu)，輕型鋼木結(jié)構(gòu)屬于現(xiàn)代鋼木結(jié)構(gòu)范疇，現(xiàn)代輕型鋼木結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)鋼木結(jié)構(gòu)的重大區(qū)別在于設(shè)計(jì)、制造和安裝中具備防火、防蟻、防腐和抗震功能。輕型鋼木結(jié)構(gòu)體系，是將小截面規(guī)格材構(gòu)件墻體、樓蓋和屋蓋構(gòu)成的箱形建筑體系。

輕型鋼木結(jié)構(gòu)住宅在國(guó)外已有數(shù)百年的歷史，美國(guó)、加拿大有95%人住輕型鋼木結(jié)構(gòu)住宅，另外在日本、韓國(guó)、臺(tái)灣、土耳其等國(guó)家輕型鋼木結(jié)構(gòu)都廣為普及。在國(guó)內(nèi)，輕型鋼木結(jié)構(gòu)住宅近十多年有了較大的發(fā)展，建設(shè)部近年先后發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，鋼木結(jié)構(gòu)工程施 工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范，鋼木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，鋼木骨架組合墻體技術(shù)規(guī)范，進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)輕型鋼木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。在地震多發(fā)地區(qū)如日本，臺(tái)灣等地，人們都不約而同的選 擇輕型鋼木結(jié)構(gòu)住宅作為重建的不二之選。

根據(jù)中國(guó)工程院士和建設(shè)部專家分析，我國(guó)的大地震致死原因，95%的人是被建筑物倒塌壓死的。建筑物大部分倒塌除建筑質(zhì)量，就是建筑結(jié)構(gòu)選擇問題，地震帶附近地區(qū)，應(yīng)多選抗震型結(jié)構(gòu)建筑。日本在95年神戶大地震后廣泛的使用了輕型鋼木結(jié)構(gòu)體系，這也是自此之后，日本每次大地震都極少發(fā)生大規(guī)模傷亡的一個(gè)重要原因。

從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來看，建筑結(jié)構(gòu)的重量、阻尼、強(qiáng)度、剛度、延性和整體性都是決定建筑物地震反應(yīng)的因素。地震是一種自然現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，地面運(yùn)動(dòng)決定了其本身的加速度、速度和位移，但是上述結(jié)構(gòu)自身的特性就像一個(gè)“轉(zhuǎn)換器”，在各種因素的共同作用下，可以改變地面上建筑物的地震反應(yīng)，也就是說在同一場(chǎng)地震中，相同的地面運(yùn)動(dòng)，不同的建筑結(jié)構(gòu)有不同的地震反應(yīng)，有的建筑物經(jīng)過大震依然可用，但有的建筑物已然成為廢墟。我們說，根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地地質(zhì)條件的特征和地震的特點(diǎn)，通過調(diào)整“轉(zhuǎn)換器”中各種影響因素的大小，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，是可以做到建筑物大震不倒的設(shè)防要求的。

說到鋼木結(jié)構(gòu)，我們不得不提一下中國(guó)傳統(tǒng)的鋼木結(jié)構(gòu)。鋼木結(jié)構(gòu)在中國(guó)的使用和建造有著非常悠久的歷史和豐富的經(jīng)驗(yàn)，其中隼卯連接是傳統(tǒng)鋼木結(jié)構(gòu)最典型的連接方法，隼卯節(jié)點(diǎn)不用鐵釘，不用鋼銷，通過能工巧匠的刻鑿，就能將梁和柱牢固的連接在一起。舉個(gè)身邊的例子來說，就是普通的鋼木椅，其各個(gè)構(gòu)件之間均采用隼卯連接，使用時(shí)間久了或使用不當(dāng)時(shí)，鋼木椅節(jié)點(diǎn)會(huì)松動(dòng)，當(dāng)你用手去搖動(dòng)鋼木椅時(shí)，雖然會(huì)有明顯的變形，但鋼木椅不會(huì)散架破壞。其實(shí)這其中蘊(yùn)含了一個(gè)非常重要的抗震思想，就是“以柔克剛”。通過結(jié)構(gòu)在允許范圍內(nèi)的變形和錯(cuò)動(dòng)來消耗地震的能量，這樣就能保證結(jié)構(gòu)的整體安全。

輕型鋼木結(jié)構(gòu)是一種采用小斷面規(guī)格鋼木材通過釘和金屬連接件連接固定建造而成的建筑物。鋼木材本身就具有彈性，在外力作用下有一定的變形和恢復(fù)能力；而釘節(jié)點(diǎn)和金屬連接件節(jié)點(diǎn)和我們傳統(tǒng)鋼木結(jié)構(gòu)中的隼卯節(jié)點(diǎn)可謂異曲同工，都具有一定的變形能力，這樣輕型鋼木結(jié)構(gòu)就形成了一個(gè)柔性結(jié)構(gòu)。輕型鋼木結(jié)構(gòu)有三大特點(diǎn)，首先，結(jié)構(gòu)自重輕，鋼木材的重量?jī)H為混凝土重量的1/4到1/5，相同體量的建筑物，結(jié)構(gòu)自重越小受到的地震作用也越小，所以輕質(zhì)的鋼木結(jié)構(gòu)受到的地震作用比較??；其次，輕型鋼木結(jié)構(gòu)采用規(guī)格材做墻體骨柱，定向刨花板或膠合板等結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定的板材做覆面板，形成具有良好抗側(cè)能力的鋼木剪力墻，這也是結(jié)構(gòu)主要的抗側(cè)力構(gòu)件；最后，小斷面密布的輕型鋼木結(jié)構(gòu)是柔性結(jié)構(gòu)，有很大的結(jié)構(gòu)冗余度以及一定范圍內(nèi)的變形能力，結(jié)構(gòu)可以通過自身的變形來消耗能量，提高整體安全性。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，在三大特點(diǎn)的共同作用下，輕型鋼木結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出良好的“以柔克剛”的抗震性能。

以世界范圍內(nèi)的幾次大震中輕型鋼木結(jié)構(gòu)的實(shí)際表現(xiàn)來看，輕型鋼木結(jié)構(gòu)的抗震性能是穩(wěn)定和經(jīng)得起考驗(yàn)的。輕型鋼木結(jié)構(gòu)大量的用于北美地區(qū)的住宅建筑，所占比例在95%以上，1964年阿拉斯加地震，1971年加州圣佛南多地震，1987年紐西蘭艾幾坎比地震，1988年魁北克薩坤內(nèi)地震，1989年加州婁瑪布理塔地震以及1994年加州北嶺地震，20世紀(jì)以來的歷次大震中，輕型鋼木結(jié)構(gòu)的抗震性能得到了充分的體現(xiàn)和證明。

在汶川地震中，位于震區(qū)的輕型鋼木結(jié)構(gòu)再一次經(jīng)住了里氏8級(jí)的大震考驗(yàn)。都江堰青城山前山的中國(guó)青城項(xiàng)目中有部分別墅的結(jié)構(gòu)采用了輕型鋼木結(jié)構(gòu)，在災(zāi)后的實(shí)地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，建筑面積約200平方米的輕型鋼木結(jié)構(gòu)房屋底層裂縫最多出現(xiàn)了6處，二層的裂縫最多出現(xiàn)了2出，多為門窗洞口等角部的細(xì)小裂縫以及廚房衛(wèi)生轉(zhuǎn)角和鏡子周圍的裂縫，經(jīng)過專家的仔細(xì)分析，部分裂縫是墻體石膏板覆面在地震中發(fā)生錯(cuò)動(dòng)而引起的表面裝修層的開裂，并不影響結(jié)構(gòu)的安全性以及正常的使用。和輕型鋼木結(jié)構(gòu)別墅相鄰的混凝土框架和砌體填充墻結(jié)構(gòu)雖然混凝土主體框架并沒有發(fā)生嚴(yán)重的破壞，但其間的砌體填充墻卻在地震中嚴(yán)重破壞，掉落的砌塊和出現(xiàn)的明顯裂縫嚴(yán)重影響了建筑物的使用和安全。

通過大量的實(shí)際震害調(diào)查結(jié)果以及這次汶川地震的震害比較，輕型鋼木結(jié)構(gòu)的房屋較相同體量的鋼筋混凝土或砌體結(jié)構(gòu)具有更好的抗震性能，沒有明顯和致命的破壞；另外，鋼木結(jié)構(gòu)墻體不會(huì)像砌體填充墻那樣破壞并大面積的砸落引起傷害事故；根據(jù)中國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，輕型鋼木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相對(duì)北美的設(shè)計(jì)更加保守偏安全，因?yàn)椴豢紤]石膏板對(duì)抗側(cè)力構(gòu)件的貢獻(xiàn)，但北美的研究結(jié)果表明，石膏板在作為墻體覆面板時(shí)，是可以提高墻體抗側(cè)能力的，這無疑是提高了輕型鋼木結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備。

目前，在很多國(guó)家和地區(qū)，輕型鋼木結(jié)構(gòu)都得到了很多的應(yīng)用和大力的推廣，例如地震多發(fā)的美國(guó)加州地區(qū)、新西蘭、臺(tái)灣地區(qū)、土耳其以及日本。很多國(guó)家或地區(qū)都在大震中看到了輕型鋼木結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，所以積極的推廣并鼓勵(lì)人們采用輕型鋼木結(jié)構(gòu)建造房屋，提高建筑的抗震能力。另外，很多實(shí)際工程還創(chuàng)新性地將輕型鋼木結(jié)構(gòu)與混凝土框架等不同的結(jié)構(gòu)形式混合使用，既利用混凝土框架開較大洞口滿足商業(yè)需要，又利用輕型鋼木結(jié)構(gòu)提高了結(jié)構(gòu)整體的抗震性能。最好的例子當(dāng)屬鋼木桁架屋架體系以及鋼木骨架填充墻系統(tǒng)。