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木屋特性 抗震 防火 防潮 防蚁

时间:2018-05-24

来源:http://www.xiaoyuhouse.com/news/33.html

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抗 震 北美式木框架建筑的一个已被证实的特点是其在地震中极好的生命安全性能。与其它形式的房屋建筑相比,平台框架式木房屋是地震时最安全的地方之一。按照最新的法规设计并构造地震带中所有的建筑物是很重要的。

在过去的50年中,我们对由地震造成的风险以及在地震时生存能力的认识都得到了提高。但与此同时,人口的急剧上升和城区密度的不断增长也增大了人类的地震风险。

地震是地质板块在移动中能量的突然释放。世界上有些地方,如北美的西海岸,是地震高危地区。那里的建筑物必须抵抗很强的地震力。这些地震力取决于地震的强度、震源的远近、造成地震的地质活动的类别,以及给定建筑物周边的地质状况。

1995年日本神户地震,图后景为三幢未受

损坏的现代式木框架建筑物,前景为倒塌的老式建筑物。

每种结构都有其独特的特征,例如刚性和强度,因而对地震力的反应也不同。地震使一栋建筑物水平和垂直晃动。水平力又称为横向力或剪力,它是对抗震设计的真正挑战。

作为一种结构材料,木材在地震性能表现上明显优于其它材料。木材质硬且量轻,因而地面加速度在木建筑物上所产生的能量没有其它建筑物大。木框架系统的另一个额外优势是其柔韧性优于其它材料,可以吸收并消散能量。

木材在北美用于建筑时,几乎总是被用于称为平台式或西部式框架的轻型框架风格的房屋中。在这种建筑中,木构件细小、尺寸规范、间隔紧密。楼板一次只建一层,因而每层楼板就成了建在其上的新楼板的建筑平台。大多数的框架由三个部分组成:构成墙壁骨架的垂直墙骨;构成楼板的水平托梁;支撑屋顶的椽架或桁架。当墙由斜撑木板条或轻质木制复合板而形成墙体覆面,它便具有了横向抵抗力,并进而形成了一个剪力墙系统 轻质、高强、且建造效率高。所有部件共同支撑起建筑物。

轻型框架木结构开始于100多年前的北美。长时间以来,无论在建筑物性能表现上还是在装配它的行业技艺上,其业绩已得到公认。北美各地的许多本世纪初建造的木结构便是这种系统可靠性的有力证明。 这种北美系统在其它地区也证明有同样好的表现。毁坏性最大的近代地震之一是1995年的日本神户地震。这场里氏6.8级、使6,000人丧生、财产损失超过1000亿美元的地震对所有多次受到严重的横向和竖向地震力的建筑物来说都是一次残酷考验。在这场地震中,以传统日本式梁柱风格建造的较旧房屋都被摧毁。以北美抗震标准建造的新房屋则几乎未受影响。

全国木产品研究机构研究了过去40余年世界上主要地震中将近50万栋木结构的表现,并于最近公布了可靠的数据。研究表明无论其新旧如何,北美式木框架建筑在地震中表现良好。在调查的7次地震中,总共只有34人因为平台框架建筑损坏而丧生。相比之下,1999年的土耳其地震摧毁了在建筑中广泛使用砖石和混凝土的区域,造成了40,000丧生。这并不是说砖石和混凝土不适合用于地震带,但是,这些建筑系统要求特别注意遵守设计和建筑标准,以达到良好的抗震能力。而木制系统的要求则比较宽松。

调查报告表明在地震中倒塌的北美式木建筑非常少。观察到的为数不多的几处倒塌一般是由于多层建筑中一楼脆弱所致。许多现代房屋在其一楼外墙上有很大的开口(用于大窗户、露台门、车库门),无论是什么样的建筑,开口都会削弱这些墙壁的强度。在设计和建造中从工程学角度做出适当判断、并仔细遵循最新房屋法规和标准可消除一楼脆弱的问题。

无论是新建筑还是对现存建筑翻新使其达到现行标准,良好的抗震设计应包括以下几点关键特性。

特别注意潜在的一楼脆弱问题 在稳定地面上建立牢固的地基墙壁与地基紧密接合 主要墙壁中的横向抵抗力,包括脚凳墙(这些是介于地面和一楼之间的矮墙,它们形成一个管线空间或底层墙壁的一部分)其它木部件与墙骨间的恰当钉合,没有一栋建筑可以做到完全防震,但是良好的抗震设计会将结构损坏减少到最低限度,最重要的是,它会在大地震发生时保护居住者的生命。最佳抗震效果的取得有赖于遵循现代房屋法规和标准,在建造大型或复杂建筑物时需请专业结构工程师帮助。

防火 木结构别墅的防火性能取决别墅中用于构成屋顶、墙壁和地板的建筑材料及其它相关部分的整体装修材料。木结构别墅由于采用了结构上的全封闭和内墙壁的石膏板装修,所以其防火性能和砖石或钢混的住宅的防火性能一样。石膏板不仅能自然调节室内外的湿度,同时也是极好的阻燃材料。据资料介绍1991年12月14日在日本对一栋北美木结构别墅进行了在大地震状况下的火灾破坏试验。试验中模拟发生大地震,摇晃房屋,然后在室内外人为制造火灾。该试验木制别墅表现了极好的防火性。在一屋子失火的情况下,火势要经过45分钟才会蔓延到二层。而传统的房屋在10分钟就会被大火包围。这主要归功于有耐火性能强的石膏板墙板和天花板、别墅内地板和木结构的密封结构状态,阻止了火焰的迅速漫延。从而使人们有更多逃生和灭火的机会。专家火灾损失统计数据表明,木结构建筑物与其他所有建筑物一样安全。防火安全并不完全取决于单个材料的性能,它更取决于整个系统的耐火性能。虽然接触火焰时木材会着火,但现今木结构别墅中皆放置耐火的石膏板。与其单个部件不同,这一墙体组合耐火能力极强。材料不燃烧并不意味着它在火灾中安然无事,知道这一点很重要。例如,钢在大多数规范中被归类为不可燃材料,但是在建筑物火灾所产生的高温下它会灾难性地丧失其结构完整性。一个钢质主梁的破坏时间可能会远远早于其相应的木制系统。在建筑物中安装烟雾侦测器或喷洒器系统,以预防在我们的生活方式中存在的火灾隐患。

防 潮 人们通常误认为水是木材的敌人。情况并不是这样。在多雨或潮湿地方的木造建筑物可以有长期的、毫无问题的性能表现。关键在于在设计和建造以木材为基础的建筑产品时懂得如何处理水份。

木材与水

首先,水并不损害木材。然而,它维持喜好木材的生物(白蚁、真菌及蚍蜉)的生存。事实上,与其它常用建筑材料相比,如熟石膏板、干墙、非木质地板覆盖材料、吸声天花板磁砖及室内陈设,木材更不容易因为偶尔浸湿而受到永久损坏。一般来说,一栋建筑物中唯一需要完全防潮的部分是建筑物外壳,特别是屋顶薄膜 ―― 它应尽可能排水,但在 蓄水时需保持防水性能。如果建筑物面层可以很好地排水,那么我们可以相信建筑物中的其它建筑部件则不一定需要防水。 木材自然地吸收并释放水分,以保持与其环境的平衡。在建筑物外壳完好无损的建筑物中,木材可能遇到的唯一一种潮湿是水蒸汽。这种无色无味的气体总是少量地存在于空气之中,对木材来说这并不是问题。只是当木材接触到液态水的时候,危险才会出现。但即使在这种情况下,木材仍可以安全地吸收大量水分,而不会达到维持腐蚀菌生存的含水率。

含水率(MC)测量的是一块木材中含有多少相对于木材本身重量的水份。我们计算含水率的方法是用木材在完全干燥时的重量除给定木材样本中水的重量。 200%的含水率意味着一块木材中水的重量是 木材重量的两倍――换句话说,它有2/3是水。

应该记住19%和28%这两个数字。如果木材的含水率等于或小于19%,那么木材被认为是干燥的。木材的含水率在28%时达到纤维饱和,纤维饱和是干缩和腐烂的基准点。纤维饱和的木材,其细胞壁容纳了它们所能容纳的最大量的水。由于没有自由水分,所以腐蚀生物不能生长。此外,因为木材只有在水进入或离开其细胞壁时收缩或膨胀,纤维饱和也表示了木材干缩的极限。木材的含水率超过28%时不会改变其体积。木材的含水率将最终稳定下来,其含水率在室内将稳定在8%到14%,在室外为12%到18%。这使木材起到自然湿度调控器的作用。木材向干燥的空气中释放湿气,又从潮湿的空气中吸收湿气。

木材以以上方式改变含水率的同时也稍稍改变其体积――木材的含水率从28%-19%下降时的干缩程度最大。通过购买在监控状态下预烘干至 19%含水率的木材,就可以避免绝大多数的体积变化。烘干木材在很大程度上保持其放置时的尺寸,因而将完工的房屋中尺寸突变降低到最小。

当木材受潮过久时

木材是一种天然的、可生物降解的材料。然而,生物对它的噬食通常必须有水才行。例如,白蚁就需要湿气才能生活。 木材腐烂和腐坏的原因在于真菌――它们既不是植物又不是动物、而是一种通过孢子繁殖 的生物。真菌孢子总是存在于空气中,所以腐烂可开始于任何时候,只要气温(更关键的是含水率)达到其临界点。在一般的建筑服务中,木构件的温度和含水率远低于供腐蚀菌生长的安全界限。只有在建筑物损坏而使大量的水进入建筑物配件时木材才出现腐烂危险。

虽然有几种真菌在木材上生长,但只有少数会摧毁它。偏好硬木的白色腐蚀菌使木材呈漂白及卷须状。棕色腐蚀菌喜好软木:它们使木材看起来呈深黑色、其裂纹形状呈立方形。在某些情况下,这两种真菌生长迅速,可能会很快影响到木制品的外观及强度。

关于术语的最后一点说明。人们错误地将干腐这一术语用于一切木材腐烂,也许因为木材腐烂后看起来很干枯,而且破坏发生后没有迹象显示有过量水。记住:如果有腐烂出现,一定在某处有潮湿问题。

借木材生长的其它种类的真菌包括:霉菌、污染菌以及软性腐蚀菌。前两种对建筑物不会构成问题。然而,霉菌可以借助一系列的有机基质在建筑物中生长:食物、漆料、木材、纸张、纺织品甚至灰尘,而不仅仅是木材。这些生物引起表面污迹、气味以及偶尔使人发生过敏反应。这些生物最好被看作指示标记。虽然它们并不对木材造成重大结构破坏,但它们的存在暴露了需要处理的潮湿问题。

建造耐久的木建筑

在全世界各种气候条件下都可以发现经久耐用的木建筑。在多雨地区,历史性的建筑风格通常包括排水的构件,如深度悬挑及斜面屋顶。这些凭直觉的设计特点很好地保护了其下面的、与几乎所有建筑材料一样需保持干燥的木框架。

现代建筑物可能包含许多对防水构成挑战的特点:屋顶穿孔、多窗户、平屋顶以及复杂的建筑外形。为了做到防雨,必须对这些设计构件的细节进行仔细研究及构筑。建筑法规及标准一般将天气保护方面留给设计师及建造商处理。当每个参与建造及拥有此一结构的人都遵循良好的工作惯例,那么木建筑就会表现出色。

雨水是应控制的最重要的液态水来源;但是管道漏隙也会引起麻烦,发现后应立即进行修缮。水蒸汽也可以是建筑物中潮湿问题的来源。虽然蒸汽是气体,但当它接触到冷的表面时就会凝结回液体。这就是为什么抽水马桶的外部会有水。在冷天时,温暖的室内空气穿过墙壁缝隙遇到外面墙层时会变冷,这会使水蒸汽在墙内凝结。在热天时,空调房间内潮湿的空气反过来也能引起同样的问题。尽管潜在的凝结水量很小,但建筑设计应该包括预防凝结这一功能。解决办法是在墙内和屋顶配件内放置一个防潮层:一个以如聚乙烯一样防水蒸汽材料做成的薄膜。建筑法规和标准通常会有根据气候选用适宜防潮层方面的指南。

有时木材受潮是意料之中的 ―― 例如甲板、栅栏以及屋面板。用于此目的传统树种包括北美乔柏、黄柏以及红木,它们都含有抑制甚至杀死真菌的天然物质,因此天生更加耐久。其它树种若以化学防腐剂进行过防腐处理,也可以用于潮湿环境。包括云杉、松树及冷杉的树种一般要经过特别程序处理,使抑制真菌的化学物质在压力下进入木材内。经压力化学处理的木材对人体无害,具有出色的耐久性,它们一代一代地用于甲板、栅栏以及许多其它露天用处。人们运用它们已经很长时间了,这些经化学处理的木材安全、而且有效果。

防 蚁 白蚁是噬食纤维素的体小色淡的昆虫:它们的食物包括任何由木材、纸张或纤维造成的东西。白蚁在几百万年前就存在了,它们的历史比人类长,当然也比人类的建筑物长。然而,虽然白蚁在数字上有优势,但人类却有大脑优势。我们不必将白蚁从地球上灭绝:只要采取预防措施,我们就可以智胜它们。所需要做的是建筑师、建造商和屋主在设计、建造和对建筑物的长期维护方面加倍小心。

传统对付白蚁的方法主要是依赖土壤化学品――在建筑物周围的一圈地上撒满对白蚁有长期毒性的物质。但是,在过去的20年里,随着管理环境的不断改变,"化学隔?quot;已不再是防白蚁的首选策略。当今,可以结合其它方法对建筑物进行防白蚁保护工作。如果在白蚁高危带建造房屋白蚁在世界上许多气候温暖、潮湿的地方中存在。从房屋设计开始就应请教当地专家并参照地方性建筑法规中防白蚁设计策略指南。

第一道防线是屏障系统

物理屏障已取代过去的化学屏障。两种选择是:一种是称作Termi-Mesh TM的纤细的不锈钢网眼,另一种是称为屏障沙粒的纤细的像砾石一样的材料。夏威夷和澳大利亚等白蚁活跃地区都在使用这两种技术。屏障沙粒的大小为1.7到2.4毫米――大得使白蚁无法推开,而又小得使白蚁无法挤身而过。许多人认为防蚁板是一种屏障,但是安放在地基的这些条状金属片并不能挡住白蚁,只是使人们可以很容易的发现它们。 不要在屏障上为白蚁搭桥。注意避免有垂悬的树枝接触到房屋,或甚至不要将扫帚把靠在房子上。

清理现场

在开始建造之前,找到并消灭现有的白蚁群体及潜在栖息地。移走树墩、树根和其它埋着及未经处理的木材。建造过程中,不要将未经处理的木材埋在土壤里或接触到混凝土。迅速移走所有的混凝土模板、碎木屑以及其它以纤维素为主要成分的垃圾。不要将诸如硬纸板箱之类的纤维素材料存放在管线空间内。

设计的建筑应易于检查

外墙防雨层不要低于土壤竣工标高以上150毫米,以便可以检查到白蚁为进入建筑所建的"隐蔽管道"。管线空间也应易于进入以便检查。

使用反食胃木材

白蚁不仅噬食木材,而且噬食任何以纤维素为成分的材料。但是利用如黄柏、北美乔柏及红木等耐久树种中存在的天然物质,或利用用于防腐处理木材的化学品,木材建筑构件可以得到保护。设计师可以规定选用经硼酸盐、铬酸盐类砷酸铜(CCA)或含氨砷酸锌铜(ACZA)处理过的木材,以实现长期可靠的防白蚁能力,所有这些还可以防腐烂。

保持无白蚁状态

在长期维护的同时增加一点预防措施可以省去百倍的由白蚁所造成的烦恼。下面是要做的几件事

每年进行一次专业检查。外行人很少会极早地发现白蚁或由此带来的破坏。未经处理的木材远离土壤至少0.5米(20英寸)。密封所有入口通道。白蚁可以挤过一个1.5毫米(1/16英寸)的缝隙。让白蚁栖息地远离紧邻建筑物周围的地区。清除或重新安放埋着的木材,如树墩、木柴、碎木屑、硬纸板箱及植物。

保持纤维素材料干燥。立即修缮任何屋顶或管道漏隙。

保持屋檐水槽于良好的维修状态。保证它们能将水疏导到建筑物以外。保持沙粒或网眼等物理屏障完好无损。既不要在屏障上放置土壤或覆盖料,也不要让树根在其中生长。

消灭白蚁

如果预防措施失败而出现白蚁,不要惊慌――白蚁不会一夜之间毁灭一栋建筑。你仍有时间去寻求专家建议,并且考虑他们给你的选择。聘用专业人士来找到并去除虫穴、关闭入口点、消灭建筑物内残留的白蚁,并请他们建议今后如何避免虫害侵扰。

对蚍蜉的一点说明

蚍蜉是不吃木材的大黑蚁,但它们在木材中挖洞可能会从结构上削弱木材。同样,最好听取专家意见采取专门行动。因为蚍蜉一般偏好软木,它们的存在可能表示木材已经开始腐烂,而这又进一步意味着建筑物中可能有潮湿问题。

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