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木造建筑是日本传统建筑形式的代表,在现代住宅中依然广泛应用。木材具有轻便、加工容易和高强度等优点,同时也存在易燃、易腐和易受虫害等缺点。因此,在木造建筑的设计与施工中,必须充分理解木材的特性,并结合建筑基准法等法律规范,科学地进行结构规划、防护设计和耐久性处理。本文将从木造建筑的特性、主要构造部、特殊设计考虑、防护与耐久性措施等方面展开说明。
木造建筑的特性
优势
- 加工和组装方便,是日本传统建筑的重要结构形式。
- 木材轻便,但在抗压强度方面可媲美混凝土(沿纤维方向强度更高)。
- 干燥状态下木材强度更大,适合长期使用。
劣势
- 木材易燃,耐火性差。
- 吸湿后容易变形、腐烂,耐久性降低。
- 易受白蚁等虫害侵袭,若无防护处理会加速损坏。
构造部分:墙体构造
1.骨架结构
墙体的基本骨架由 土台(贴着地基的横木)、柱(竖向支撑木)、梁(横向承重木)、檩条(支撑屋顶的横木)等组成,这些合称为“轴组”。在此基础上,再通过 间柱(填充在主柱之间的细柱) 和 横贯木(横向辅助木材) 来形成墙体。
2.防护措施
土台必须用 地脚螺栓 和地基紧固,以防止地震时移位。靠近地面的柱子、筋交和土台由于最容易受潮和虫蛀,法律要求必须进行 防腐和防虫处理(《建筑基准法施行令》第49条第2项)。
3.质量要求
使用的木材不得有 节疤、腐朽或纤维倾斜,因为这些缺陷会削弱承重力。特别是两层建筑的角柱,原则上必须 从地基贯穿到二层,确保整体稳定(第43条第5项)。
4.接合方式
木材之间的连接有两种传统方式:
- 継手:两根木材沿同一方向对接。
- 仕口:不同方向的木材以角度相交。
这些接合部位如果暴露在外,一定要做好 防虫和防腐 处理。
5.耐震设计
筋交(斜撑木)是提升耐震性的关键,可以用木材或直径9毫米以上的钢筋制作。施工时要避免削弱筋交的强度,必要时加固。外墙耐力壁则必须用 防水材料 作为底层,防止雨水渗入造成腐烂。
6.墙体形式
真壁造:柱子和梁的骨架直接外露,墙体镶嵌在骨架之间,多见于传统日式建筑。
大壁造:骨架被隐藏在墙体内,外表平整,耐震性和耐风性更强,现代住宅多采用。
构造部分:屋顶构造
屋顶的骨架称为 小屋组。屋顶的形式要结合当地气候与风土条件决定。
使用 轻质材料(如金属瓦)时,更强调耐震性。
使用 重质材料(如陶瓦)时,更强调耐风性。
梁与横架材
梁:主要承受楼层和屋顶重量,必须避免弯曲变形。梁的中央部位尤其不能有节疤或裂痕。
横架材:用来连接柱子或支撑楼板,强度必须满足荷载需求,必要时需加固。
枠组壁工法
枠组壁工法是一种以“面”来支撑建筑物的木造工法,与传统依靠柱梁和筋交的“木造在来工法(轴组工法)”不同,它不单靠柱、梁来支撑,而是通过木材框架加上结构用合板形成整体墙体和地板,使墙体本身成为承重面,能够均匀分散地震和风压带来的外力,从而具有优越的抗震、抗风性能。同时,这种工法施工效率高、气密性和保温性能良好,因此在现代木造住宅中被广泛采用。
这种方法最典型的代表就是 2×4工法(源于北美,使用断面尺寸为2英寸×4英寸的规格木材)。
日本的 现代木造住宅 很多采用枠组壁工法(特别是2×4工法),因为它满足抗震和节能的双重要求。
大型预制住宅公司(如セキスイハウス、ミサワホーム等)常用这种工法。
在考试中,题目多半会考它与传统轴组工法的差别:轴组靠柱梁,枠组壁靠墙面整体。
集成木材构造
集成木材(胶合木)是由多层木板胶合而成的结构材料。与天然木材相比,集成木材不易弯曲、开裂和变形。常用于 大型木造建筑,如体育馆、会馆等。
设计中的特殊考虑
时间效应(蠕变)
在荷载作用下,木材会随时间产生变形,需在设计中进行充分考虑。
积雪荷载
在积雪厚度超过1米的地区,若有定期扫雪习惯,可将积雪荷载计算降低至1米以下。
风压与地震力
木造建筑的设计中,风压力有时高于地震力。
地震力的大小不仅与建筑表面积有关,屋顶重量也起到重要作用。
木造建筑的防护与耐久性
防腐与防虫措施:地面1米内的木材需有效防腐、防虫处理。
屋顶与外墙防护:屋顶与外墙底层需使用防水材料,确保耐久性。
设计与施工
木造建筑的设计与施工必须在材料优势与劣势之间取得平衡。一方面,木材轻便、强度高,加工容易,适合构建住宅;另一方面,木材存在耐火性差、耐久性不足的风险。设计时应当充分发挥木材的结构优势,同时通过筋交、耐力壁等构造增强抗震与抗风性能,并采取防腐、防虫与防潮措施以提升耐久性。施工过程中,必须遵循建筑基准法和相关技术规范,以确保木造建筑的安全性和长期使用价值。
总结
木造建筑是一种兼具传统价值与现代实用性的建筑形式。通过合理的设计与科学的施工,可以充分发挥木材轻便、强度高的优点,同时克服易燃、易腐和虫害等弱点。墙体、屋顶、梁材等构造部位的选择与连接方式,直接决定建筑物的稳定性与抗震性能;积雪、风压和地震力等自然条件,则对设计提出了额外的安全要求;防腐、防潮、防虫等处理措施,则是延长建筑寿命的关键。整体来看,木造建筑的价值在于通过科学设计、严格施工和持续维护,实现安全性、耐久性与舒适性的统一。