双碳战略下的光绿复合屋面应用研究——以海南比勒费尔德应用科学大学欢迎中心项目为例

文章从光绿复合屋面产生的背景入手,进一步明确其定义,并以海南比勒费尔德应用科学大学欢迎中心项目的绿色种植和光伏复合一体化屋面设计实践为例,对可持续建筑和“双碳战略”发展目标下的建筑屋面设计进行探索,强调新能源技术需要与建筑美学、空间、功能有机融合,以激发更多新形式的屋面设计,让城市变得更加美好。

层积结构对加拿大铁杉三层胶合木典型力学性能的影响

以锯材为基本单元的正交胶合木(cross-laminated fimber, CLT)和平行胶合木(glue-laminated timber, GLT)是具有广阔应用前景的两种胶合木。为研究层积结构不同而引起的胶合木胶合性能和力学性能差异,选用No.2加拿大西部铁杉[(Tsuga canadensis L.) Carrière]在相同制备工艺条件(胶黏剂为单组分聚氨酯胶黏剂,施胶量为160 g/m^(2);冷压时间为1 h,冷压压力为1.0 MPa)下,并在同一大幅面压机上压制尺寸为4 300 mm×1 200 mm×105 mm的三层结构CLT和GLT板。依据LY/T 3039—2018、CSA O112.10-08、ANSI/APA PRG 320-2019与ASTM D198-15等国内外标准,测试CLT和GLT的胶层剪切强度、抗弯性能和抗剪性能。结果发现:干态条件下CLT的胶层剪切强度平均值为1.17 MPa,湿态条件(浸水真空-加压循环)下则降为0.83 MPa,而干态条件下GLT的胶层剪切强度为5.59 MPa,湿态条件下则降为3.47 MPa,由降幅可判定GLT胶合质量对环境湿度变化更为敏感;CLT和GLT梁四点面外弯曲时跨中截面应变沿高度方向基本上是均匀且对称的线性分布,由此可认为这两种胶合木梁在跨高比较大时受弯变形遵循平截面假定;CLT梁的抗弯弹性模量、抗弯强度、层间剪切强度分别为10 065.84,37.86和1.96 MPa,皆小于GLT梁的抗弯弹性模量、抗弯强度和层间剪切强度;比起GLT梁,CLT梁受弯破坏模式更为复杂,包含了沿木材年轮方向的滚动剪切破坏和纵横向层板之间的胶合界面破坏。上述试验研究和分析为这两种胶合木在工程中的应用提供了设计参考和理论依据。

胶合木结构的发展、应用及展望

回顾了木结构发展的历史,阐述了当今社会所面临的巨大环保压力及对绿色建筑、绿色施工技术的迫切需求。木材是一种可再生资源,而胶合木结构由于具有绿色高性能特点而得到广泛应用。胶合木结构的应用领域涵盖大型公共建筑及桥梁领域,其不仅在发达国家是一种常见的结构形式,近年来在中国也相继出现了一些大型工程实例;同时,国内的设计和加工水平也在快速提高。最后,指出了胶合木结构在中国广阔的应用前景。

结构用集成材落叶松层板指接工艺

【目的】研究指榫对接所需端向压力（指接压力）与榫型参数和嵌合度的关系,探讨榫型、嵌合度、指接压力对指榫胶接力学性能的影响规律,以获得较佳的指榫胶接工艺。【方法】采用5种不同型号的指榫铣刀,分别将兴安落叶松层板的一端加工成具有不同嵌合度的垂直型指榫,将两指榫对接并在力学试验机上加压至齿顶和槽底紧密接触,读取其压力值（各种榫型和嵌合度的试件各10对）,研究指榫对接所需端向压力（指接压力）与榫型参数和嵌合度的关系;对指榫进行手工涂胶（双面施胶,施胶量为180 g·m-2）,根据测试得到的指接压力对各种榫型和嵌合度的开榫木板进行对接加压胶合,试件放置24 h后按照GB/T 26899—2011《结构用集成材》中5.3.3抗弯试验方法 C和5.4抗拉强度试验测试指接部位的弹性模量、静曲强度和抗拉强度（各种榫型和嵌合度的试件各10个,一半用于测试静曲强度和弹性模量,另一半用于测试抗拉强度）,探讨榫型、嵌合度、指接压力对指榫胶接力学性能的影响规律,获得较佳的指榫胶接工艺。【结果】指接压力受嵌合度的影响十分显著,随嵌合度的增大而显著增大,但各榫型下嵌合度与指接压力的关系不尽相同,同时受榫齿长、榫齿角、齿距和槽底宽等影响;各种榫型下嵌合度对指接力学性能（抗拉强度、静曲强度和弹性模量）的影响有很大差别,但仔细比较各榫型嵌合度下的指接压力与抗拉强度、静曲强度和弹性模量的关系可以发现,当指接压力在8-15 MPa时各榫型都有较大的力学强度,且该值随榫齿长度的增加而基本上呈比例地增大。【结论】1）指榫胶接所需指接压力随嵌合度的增大而显著增大,且榫齿角和槽底宽度较小时更加显著;指接压力随榫齿长度的增加而增大;指接压力与嵌合率基本上呈正比,其斜率随榫齿角的增大而减小。2）各榫型的指接强度随榫齿长度的增加而增大;指接压力过小或过大其指接强度均下降,指接压力在8-15 MPa时各榫型都呈现较大的力学强度。3）短齿榫型产生最大指接强度的嵌合度比长齿榫型的大,榫长9和27 mm的榫型产生最大指接强度的嵌合度分别约为0.2和0.1 mm。4）从安全和经济2方面综合考虑,兴安落叶松层板的较佳指接工艺为：榫齿角9.8°、榫齿长15-20 mm、齿槽底宽0.8-1.2 mm、指接压力10-15 MPa、嵌合度0.12-0.20 mm（榫齿较长时嵌合度取较小值）。

预应力胶合木梁受压区层板胶合木受压性能试验

为了选择适用于新型预应力胶合木梁受压区的层板胶合木,选取SPF(云杉—松—冷杉)、杨木、东北落叶松和桉木等木制材料,研究树种类别、树种组合、层板厚度和组坯方式等因素对层板胶合木受压性能的影响。采用自行提出的棱柱体胶合木试块,利用自行研制的对夹式引伸计,通过4批次17组102个层板胶合木试块的顺纹受压试验,研究了层板胶合木的弹性模量、顺纹抗压强度、受力特征及破坏形态。结果表明:杨木、东北落叶松和桉木的弹性模量及顺纹抗压强度均高于进口木材SPF,尤其是杨木和东北落叶松的受压性能明显好于其他木材;不同树种组合与单一树种试块的弹性模量及顺纹抗压强度数值接近,不同树种组合具有一定的可能性;虽然随着层板厚度的减小,试块的弹性模量及顺纹抗压强度都有一定的上升趋势,但层板厚度和组坯方式对受压性能的影响不大。

应县木塔修缮用木材的防裂措施

作者根据国家标准《古建筑木结构维护与加固技术规范》GB5016592的规定,建议选用兴安落叶松为应县木塔修缮用材.针对这种木材易于开裂的特性和修缮后再传承千年的要求,该文根据落叶松木材气干过程中开裂程度的试验及落叶松和冷杉胶合梁胶合质量对比试验的结果,提出了采用侧边破心方木钉连接组合梁和层板胶合木两项防裂措施,能将木塔修缮中需置换的木构件干缩裂缝深度控制在GB5016592规定的限值内.

结构用集成材在木结构建筑中的应用

归纳分析锯材类和复合材料类结构用集成材(Structural Glued Laminated Timber)的种类及特点,论述我国结构用集成材在工艺技术、理化性能、力学性能以及标准修订等四个方面的研究进展,介绍结构用集成材在国内外建筑工程中的应用。

工程胶合木胶合成型工艺优化研究

以兴安落叶松Larix gmelini为原材料,以间苯二酚树脂为胶粘剂,较系统地研究了压力和涂胶量对落叶松胶合木胶合性能的影响规律,获得了优化的胶合工艺参数。结果表明:胶合木试件的剥离率随着胶合压力和涂胶量的减小而增大;剪切强度和木破率随着胶合压力的增加呈现出先增加后降低的变化趋势,随涂胶量的增加呈现先增加后保持不变的变化趋势;胶合木胶合成型的优化工艺参数为胶合压力1.25 MPa、双面涂胶量300 g/m2。

PSD-V-A综合判别法在胶合木胶缝缺陷测试中的应用研究

使用兴安落叶松,制作了模拟单层与双层胶缝缺陷的胶合木构件,采用超声波法对胶合木构件的声速、波幅及整体波形进行了详细的测试与分析,并提出采用PSD-V-A综合法来判别胶缝缺陷的位置、边界与严重性。该方法可避免以往单一声学参数分析法可能存在的误判现象,提高了判别的准确性。

我国集成材产业现状及发展趋势

概述我国集成材产业发展现状,包括产品、标准、质量、用途等,分析我国集成材产业发展存在的问题,并提出建议。

落叶松层板分级质量评价

对落叶松胶合木用层板进行目测分级并测定其弹性模量和静曲强度,研究各等级层板的弹性模量和静曲强度及其相互之间的关系,探讨层板目测分级和机械弹性模量分级的科学性、合理性。结果表明:根据层板缺陷进行目测分级,等级高的层板其弹性模量和静曲强度的平均值和5%分位值高,目测分级能够基本反映其材质性能,具有一定的科学性与合理性;但目测分级层板弹性模量和静曲强度值的离散度很大,目测分级所能达到的准确与可靠程度决定其不能替代机械弹性模量分级。机械弹性模量分级层板的静曲强度与弹性模量呈正相关性,但各等级层板的静曲强度与弹性模量的相关系数大不相同,其静曲强度值的离散度也比较大,说明该分级方法还有改善的余地。更加科学、可靠的胶合木层板分级方法还有待进一步的探索研究。

FRP增强胶合木梁弯曲变形的解析分析

在胶合木梁的受拉区设置纤维增强复合材料(FRP)是提高胶合木(glulam)梁结构性能的有效方法。通过力学模型分析,给出了FRP glulam简支梁变形的解析解。根据相关的力学机理并结合试验数据,对解析解进行了修正;修正系数是通过对某些参数进行回归分析得到的,将其与已有的试验结果进行对比,证实了模型具有较高精度,可以很好地模拟梁的全过程变形与刚度变化。此外,模型还广泛适用于多种常见简支梁的变形分析或刚度分析。

不同胶黏剂对俄罗斯落叶松木材胶合性能的影响研究

为验证进口俄罗斯落叶松木材胶合性能,选用4种具代表性的结构用室温固化胶黏剂,根据GB/T 268992011《结构用集成材》进行胶合性能试验,对俄罗斯落叶松及胶黏剂的胶合性能进行分析研究。结果表明:对于俄罗斯落叶松,单组份聚氨酯、双组份聚氨酯和水性高分子异氰酸酯3种胶黏剂的胶层剪切强度和胶层剥离率均满足标准要求,其中双组份聚氨酯和水性高分子异氰酸酯胶黏剂胶合性能优异,单组份聚氨酯胶黏剂胶合性能良好;间苯二酚-甲醛树脂胶黏剂的胶合性能虽能达到标准要求,但不推荐作为结构用胶黏剂。

胶缝缺陷对木梁承载能力的影响

采用兴安落叶松板材、水基聚氨酯胶粘剂,分5层板胶合,制作含有不同胶缝缺陷率的3组胶合木梁试件,胶缝缺陷设置在梁的跨中。通过静力弯曲破坏试验,测试构件应力、变形及极限承载力。试验表明,胶合木梁弯曲破坏属于脆性破坏,存在受拉区外侧木纤维被拉断及胶缝缺陷处破坏两种正常破坏形态。胶缝缺陷使得木梁抗弯刚度和承载能力均降低,胶缝缺陷率2%、4%的木梁相对胶合完好的构件,极限承载能力分别降低8. 8%、13. 5%;正常使用承载能力分别降低11. 3%、14. 7%。承载能力降低幅度与胶缝缺陷率不完全成比例关系,是由于内层胶缝缺陷比外层胶缝缺陷对木梁抗弯能力影响小的原因,这表明木梁抗弯承载能力不仅与胶缝缺陷率有关,还与缺陷的位置有关。

关于指接集成材力学性能及其分析模型的研究

概述目前研究集成材力学性能的两大方法,重点阐述影响集成材力学性能的因素:层积效应、尺寸效应、应力分布效应和指接。分析了指接集成材力学模型优缺点,总结了建模的关键点。

落叶松、桦木和柞木集成材胶接性能的研究

描述了应用水性高分子异氰酸酯(API)胶粘剂制造的落叶松、桦木和柞木集成材的胶接性能,试验结果表明:柞木的常态压缩剪切强度最高,其次是桦木,最小的是落叶松。而对于剥离率,柞木的最高,其次是落叶松,桦木最低。

胶合木桥的设计、制备及其结构性能试验研究

在做出设计方案,包括技术条件、设计规范、材料参数及桥梁选型等的基础上,利用通用有限元软件MIDAS/Gen对木桥进行了结构分析,主要的计算工况包括全跨活荷载、半跨活荷载及人致振动等。分析结果表明,该桥的应力水平及结构刚度等均满足承载能力及正常使用要求。同时简要介绍了胶合木加工工艺及木桥的装配过程,并且通过静力堆载试验对整桥进行了结构性能测试,试验结果与有限元分析结果吻合较好。

竹-短木组合梁受弯性能试验研究

为解决木材利用率低、成本高的问题,提出了一种以零碎短木粘结竹集成而成的竹-短木组合梁。通过3根木梁、3根直拼的竹-短木组合梁(SBT)和3根搭接的竹-实木组合梁(OBT)的三分点加载受弯对比试验,研究了其破坏形态、极限承载力和位移延性等。结果表明:竹-短木组合梁破坏类型为脆性破坏;竹-短木组合梁跨中截面沿高度应变仍基本符合平截面假定;OBT试件受弯承载力平均提高1.6%,力学性能媲美木梁;最后提出了受弯承载力计算简式,与试验结果较为吻合。竹-短木组合梁替代木梁,在小跨度木结构工程中具有应用价值。

结构用集成材自动上下料装置真空吸附系统设计与试验

针对结构用集成材加工过程中上下料自动化程度低、劳动强度大、效率低等问题,设计了一种真空海绵吸盘抓取结构用集成材自动上下料装置,实现结构用集成材的高效、自动化上下料作业。选用杉木结构用集成材在自动上下料装置上进行负压与供气压力关系试验和负压与海绵吸盘拉脱力试验。利用MATLAB软件,对试验数据进行最小二乘法函数曲线拟合,建立负压与供气压力的函数关系,最后制定海绵吸盘真空吸附系统控制策略。试验结果表明:海绵吸盘内负压与进气压力密切相关,供气压力为0~630.0 k Pa时为三阶函数关系,当供应压力约为630.0 k Pa时,负压达到最小值-50.3 k Pa,而后随着供气压力的增加,海绵吸盘的真空度基本维持不变且略有减小;海绵吸盘内负压在-50.0~-13.0 k Pa范围内时,负压与拉脱力存在线性关系,但由于有效吸附面积小于理论面积,实测拉脱力比理论值平均小250.0 N;当吸气孔被工件100%,66.7%和33.3%被覆盖时,海绵吸盘内的负压分别为-50.3,-40.0和-35.0 k Pa,拉脱力分别为2 125.0,1 041.9和453.7 N,说明了当海绵吸盘上的吸气孔未被完全覆盖时,海绵吸盘内真空度随未被覆盖的吸气孔增多而减小,未被覆盖的吸气孔越多实测拉脱力减小得越多,海绵真空吸附系统能量损失越大。

家具用集成材加工中常见的问题与解决方法

简要介绍了家具用集成材加工中常见的问题及解决方法。