【论文】木结构房屋生产工艺与设备

   摘要:本文简单介绍了木结构房屋的优良特性和材料性能,并阐述了最新的生产工艺与及各部分构件的相关加工设备,以期进一步推广木结构住宅的普及和应用。

关键字:木结构;材料;性能;生产工艺;设备
 
   Abstract:This paper introduces the wooden structure housing the excellent characteristics and material properties, and elaborates the related processing equipment the latest production technology and each part of components, in order to further promote the popularization and application of wood structure residence.
Keywords:Wood structure; material; performance; production technology; equipment
 
  纵观建筑历史,木结构因其结构性能及美学价值,留下了许多不朽之作,我国古代建筑更以木结构为主体,形成了风格独特的建筑体系。近年,我国由于森林管理不善,滥砍滥伐,以致材源枯竭被限制使用,几乎不再建造木结构房屋,从而在这方面是个盲点。中国的木结构停顿了 20 年,而这正是国际上木结构发展最快的时期,从实木、 原木结构到胶合木结构,再到复合木结构,直至更新型的木质材料,木结构已不是大家传统概念上的木结构,在建筑上已经达到可以替代钢材的程度。在欧美发达国家,已经实现了森林资源利用的良性循环,实现了科学采伐。
  木结构建筑具有健康、环保、节能和美观等多种优点,在世界许多地区成为最受欢迎的建筑形式[1]。木材是“绿色建筑”的首选建材。在一个矿物燃料日渐减少、成本日益上升的时代,木结构建筑较之其它建筑材料,有着明显的优势。制造木结构建筑材料的能耗低于钢材或混凝土,后两者都需要高温精练和制造。木屋被称为“会呼吸的房子”,室内空气中含有大量的芬多精和被称为空气维他命的负离子。芬多精和负离子是现代“森林浴者”倍加推宠的物质,能有效杀死空气中的细菌、遏止疾病、增强免疫力,对保持大脑清醒、提高注意力、降低血压、安定神经等有明显功效。木屋中的有害气体氡的放射量极低,对人体无害;木材对能耗、空气污染和水污染以及温室气体排放等因素的相对影响及小。
  轻型木结构房屋在设计和生产上的特点表现为:构件模块化、尺寸标准化、设备自动化、生产工厂化、设计软件化、安装快速化、造型个性化、结构多样化和色彩人性化。根据轻型木结构房屋生产制造工艺流程,着重介绍木构件加工、组框加工和桥式钉板加工3台关键的CNC加工中心,旨在为国内木结构房屋生产技术装备的研究与开发提供参考。
  
  
木结构房屋概述
1. 1 传统木房的缺点
• 外墙墙板采用未经处理的木材,外墙墙板容易腐朽;外墙墙板采用未经处理的木材,外墙墙板容易腐朽;
• 没有采用密封及隔热材料,密封及隔热性差;没有采用密封及隔热材料,密封及隔热性差;
• 木材为主要材料,建筑成本高;
• 木材未经防腐处理,容易虫蛀、腐朽;木材未经防腐处理,容易虫蛀、腐朽;
• 不是预制模块化生产,费时费材。
1. 2 现代木结构房屋的特点
    轻型木结构房屋主要由墙体( 外墙、内墙) 、楼盖和屋盖等构件组成,这些构件是采用规格木材、定向刨花板、石膏板、轻质纤维板和石棉等材料加工制作的。外墙及内墙是垂直承重构件、楼盖和屋盖是水平承重构件。所有的保温层材料、管线( 水、电、气及通讯管道) 等均安装在墙体和楼屋盖构件的空腔内。轻型木结构房屋的构件为工厂化生产,现场吊装。构件之间通过框架、内置金属连接件共同作用,达到所需的强度和刚度要求。
1. 2. 1 材料特点
• 工程木制品
    工程木制品有多种,它包括工字形木格栅和结构复合材等产品。由于跨度大且房屋服务性强,工程木制品为设计带来了巨大的灵活性。
    工字形木格栅是用结构复合材作翼缘,木基结构板作腹板,用耐水胶将翼缘和腹板粘合生产出的具有已知工程特性的、 尺寸稳定的轻型产品。此产品的刚度和强度都比较均匀,且重量轻,这些特征使它广泛地应用在住宅和商业建筑的大跨度的格栅和椽木中。
    结构复合材可用于轻型木结构的楼盖主梁、 屋脊梁,包括旋切板胶合木和旋切片胶合木。旋切板胶合木(LVL)是将旋切的厚单板(厚度 2. 5 mm~6. 4 mm)顺木纹层叠胶合热压而成。旋切片胶合木是由旋切木片(厚度 2. 5 mm~6. 4 mm,长度至少为厚度的 150 倍)顺木纹胶合热压而成,它包括两种性能类同的产品 :平行木片胶合木(PSL)和层叠木片胶合木(LSL) 。
• 定向结构刨花板(O SB)
    OSB是将长度不小于 30 mm 的薄木片施胶分层定向铺装加压制成的木片板,定向木片板中的木片以机械方式定向,外层薄木片的定向与板的长度方向平行、 内层薄木片则随机铺设或相互交叉。定向木片板主要用于屋顶或墙覆面、 楼面底板、 护墙板以及木制工字格栅腹板。
• 石棉隔热材料, 石膏纤维板
• 内墙轻质隔音板
• 专用节点金属连接件
• 预埋水、电、气及通讯管道。
1. 2. 2 性能特点
• 抗地震性能强, 可抵御9级地震;
    作为一种结构材料 ,木材在地震性能表现上明显优于其他材料 ,木材质硬且最轻 ,因而地面加速度在木建筑物上所产生的能量没有其他建筑物大。木框架系统的另外一个额外优势是其柔韧性优于其他材料 ,可以吸收并消散能量。
• 材料为绿色环保可再生材料;
    木材是最好的可持续发展材料,在生长过程中能吸收大量的二氧化碳, 房屋拆除后木材可以循环利用, 且与石油等能源不同, 木材是可再生资源。由于木材具有良好的绝热性, 墙体和屋架体系中又填充了高效的保温棉, 使得木结构房屋具有良好的保温性能。研究表明, 木结构住宅在生产和使用中的能耗表现都优于轻钢和混凝土结构的住宅。
• 废旧材料可回收利用;
• 能调节室内温度及湿度;
• 密封性能好,隔热保温和隔声保音;
• 墙体壁厚小于钢筋水泥,提高有效使用面积10%。
• 适合各种结构造型。
2  轻型木结构生产工艺技术
    轻型木结构房屋在设计及生产上表现为:构件模块化、尺寸标准化、设备自动化、生产工厂化、设计软件化、安装快速化、造型个性化、结构多样化和色彩人文化。    
  轻型木结构房屋的主要工艺流程:规格板材——木梁构件加工中心——组框加工中心——可翻转组装台——悬挂存放——外墙处理——门窗安装——桥式钉板加工中心——装运发货——现场吊装——室内装潢——验收
2.1、木梁构件加工中心
    木构件CNC加工中心,是集锯切、铣形、开榫、钻孔、开槽、企口和榫眼等为一体的集成化加工。其主要组成:1)进料辊筒输送;2)锯切装置;3)铣削装置;4)垂直钻削装置;5)垂直镂铣装置;6)标记装置;7)计算机控制系统。
  加工墙体、楼盖或屋盖所需的构件
 
2.2、组框加工中心
  木结构房屋设计图纸的数据输入到控制电脑后,组框中心开始自动设定框架宽度,完成墙体、屋盖及楼盖的组框工作;墙骨柱及门窗可通过手动或自动放料,然后自动夹紧和打钉,完成梁板上的门窗框架安装。
  组装墙体、楼板的框架
  
2.3、可翻转组装台
  墙体、楼板或屋顶部件在完成单面加工后需要传输至下一站进行另一面加工
 
2.5、桥式钉板加工中心
    桥式钉板CNC加工中心(图4)是集打钉、镂铣、锯切、钻孔等功能为一体,与可翻转的工作台配合,完成墙体、屋盖或楼盖的板件安装、门窗洞加工、修边和铣形等工序。
  多功能桥式顶板加工中心,完成墙体单侧覆盖层的钉装加工,以及各类管孔的加工
 
2.6、悬挂存放
  便于门窗的快速安装
  
3  轻型木结构主要加工设备
3.1 木梁构件加工中心
木梁构件加工中心是集锯切、铣形、开榫、钻孔、开槽、企口和榫眼等为一体的集成化加工。
 
3.2、 组框加工中心
WEM 100:横梁和壁骨为手动进料,是面向年产量在100套木屋左右的手工或小型工业企业的一台方便易用的初级机型。用户也可以根据需要添加可选择附加配件如一个小型钉钉工作站和壁骨进料装置等。
WEM 150:可以半自动地加工完整的框架结构。还可以为不同的壁骨类型,如L型、U型、T型或复合型的壁骨结构自由定义钉钉的位置。
WEM 250:与WEM 150比,只是额外增加了一个全自动壁骨装配工作站。加工速度可以达到2m/分钟,满足年产量1000套房的生产需求。
3.3 可翻转组装台
 
3.4 桥式钉板加工中心
 
结语
     随着生产技术、管理软件、设计软件及机加工设备的发展,木结构房屋的生产更趋产业化。我国目前亦有几家企业在制造加工槽口的简单设备,用于生产普通木结构和胶合木结构的构件,但尚未开发与制造生产轻型木结构房屋所需的关键设备,国内的生产企业目前主要从国外引进。因此,行业急需引进与消化国外的工艺技术及装备,以加快实现轻型木结构房屋产业的技术与装备国产化步伐。
 
 
参考文献:
[1]. 木结构建筑的节能和防火性能分析   吴必龙  李颖
[2] 梁恩虎. 轻型木结构房屋的材料及其性能. 山西建筑. 2010年4月第12期
[3] 谢启芳, 吕西林, 熊海贝. 轻型木结构房屋的结构特点与改进.建筑结构学报.2010 第52期
[4] 刘峰旗,程海江.轻型木结构房屋的主要建筑材料. 山西建筑.2008年8月第24期
[5] 曹平祥.轻型木结构房屋加工的关键设备.木材工业.2010年1月第1期
[6] 刘峰旗,张宁. 轻型木结构房屋结构体系.山西建筑. 2008年9月第25期
[7] 曹乎祥,郭晓磊.轻型木结构房屋生产工艺与关键设备.建筑·建材·装饰.2012年第6期
[8] 赵亮.轻型木结构研究现状分析. 科技向导. 2012年第26期

ailin

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