木材,被称为“会呼吸的材料”,具有质轻、较高抗压强度、易加工、环保等特性,同时还具有储存二氧化碳和调节室内空气湿度的功能。因此,木结构建筑具有节能、低碳、抗震性能好、居住适宜等特征,且能够进行工厂预制、装配化施工。其自身的美感丰富而独特,也是重要的绿色建筑材料之一。
尽管木结构建筑在国内正逐渐增多,但多集中于低层、多层的住宅类建筑中,对于具有代表性的地标性大跨度空间木结构建筑目前仍然是凤毛麟角。同时,尽管大跨度空间结构在我国各类体育场馆、大型博物馆等公共建筑中有非常多的应用,但以木材作为主体结构材料的案例还相当少见。换言之,大跨度木空间结构的研究与应用在我国还处于起步阶段。
本书将对大跨度胶合木网格(壳)结构进行研究,重点对胶合木材料、胶合木网壳结构体系、连接节点及试验、施工安装等方面做了深入研究,并将研究成果成功应用于太原植物园温室结构设计。太原植物园温室项目于 2020 年 10 月 1 日正式试运营,成为我国山西省太原市极具地标性意义的大跨度胶合木空间网壳结构建筑,也是国内建成跨度最大的胶合木网壳结构。结构体系和连接节点复杂新颖,均为国内胶合木建筑中首次使用,在设计技术上有多项创新。项目包含 3 个温室,最大跨度为 89.5m,高度 29m(见图 1.1、图 1.2)。
鉴于我国对大跨度木空间网壳结构的研究与应用还较少,本书通过归纳整理,综述了大跨度木结构的研究现状及研究方向。首先对大跨度胶合木网壳结构体系进行对比分析研究,对胶合木网壳结构连接节点进行创新研究,采用试验方法对新型连接节点进行试验研究,将试验得到的节点刚度反加到整体模型中,进一步进行整体对比分析研究,得到节点刚度假定对整体模型的影响程度及规律。通过本书的研究及工程应用,将拓展胶合木规范中节点的形式,进一步推动国内木结构建筑的发展。最后结合工程项目研究了胶合木结构装配化安装过程。
图 1.1 太原植物园温室建筑效果
图 1.2 太原植物园温室结构效果
本章将首先论述大跨度木空间结构的优势及其发展前景,其次对大跨度木空间结构的基本概念进行阐述(包含定义、分类等),最后对当前国内外在大跨度木空间结构领域的研究热点进行介绍。