膠合木是用膠將木層板沿木材順紋方向加壓膠合而成的工程木產(chǎn)品，通常是由四層或四層以上的木層板疊層膠合而成，可被加工成不同的形狀，如變截面構(gòu)件、弧形或自由曲線形構(gòu)件等，克服了傳統(tǒng)木構(gòu)件截面尺寸、長(zhǎng)度和形狀受原木的影響。因制作膠合木層板剔除了大的木材缺陷，膠合木缺陷分布更加均勻，因此其強(qiáng)度較鋸材強(qiáng)度有較大提升，實(shí)現(xiàn)了木材資源小材大用，極大地提高了木材資源的利用率^[1-2]。

膠合木最早起源于歐洲，至今已有100多年應(yīng)用歷史，在歐洲和北美地區(qū)被廣泛用于大跨結(jié)構(gòu)，已有諸多實(shí)際工程案例，例如：美國(guó)塔科馬穹頂體育館，直徑162m，穹頂最高處45.7m；日本小國(guó)町民體育館，最大跨度56m；挪威哈馬爾奧林匹克圓形競(jìng)技場(chǎng)，最大跨度70m；加拿大列治文奧林匹克橢圓速滑館，最大跨度100m^[3]。

自20世紀(jì)六七十年代，大跨膠合木結(jié)構(gòu)開(kāi)始逐漸在我國(guó)的一些工程中得到應(yīng)用。1989年，北京亞運(yùn)村康樂(lè)宮嬉水樂(lè)園的60m跨度屋蓋采用了膠合木結(jié)構(gòu)；同年，四川省江油電廠88m跨度干煤棚也采用了膠合木結(jié)構(gòu)。近幾年，在國(guó)內(nèi)大空間公共建筑采用大跨木結(jié)構(gòu)的項(xiàng)目更是日漸增多，如已投入使用的長(zhǎng)春市民中心游泳館、天津華僑城歡樂(lè)谷演藝中心木結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼、太原植物園木結(jié)構(gòu)、云南太平湖國(guó)際會(huì)議中心等項(xiàng)目都采用了木結(jié)構(gòu)屋蓋。

大跨木結(jié)構(gòu)的分類(lèi)方法有很多，根據(jù)使用材料可分為大跨純木結(jié)構(gòu)、大跨鋼木混合結(jié)構(gòu)；根據(jù)受力單元可分為桿單元結(jié)構(gòu)、梁?jiǎn)卧Y(jié)構(gòu)、板殼單元結(jié)構(gòu)；根據(jù)受力方式可分為大跨平面木結(jié)構(gòu)體系、大跨空間木結(jié)構(gòu)體系。下文介紹幾種常見(jiàn)的大跨度木結(jié)構(gòu)類(lèi)型。

1.1 木桁架結(jié)構(gòu)

木桁架結(jié)構(gòu)是由木桿件組成的一種格構(gòu)式體系，節(jié)點(diǎn)多為鉸接，在外力作用下，桁架中的木桿件以承受軸向力為主。木桁架在新中國(guó)成立初期建造的工業(yè)廠房中被廣泛用于屋蓋。根據(jù)桁架下弦所用的材料，木桁架可分為純木桁架和鋼木桁架，其中鋼木桁架通常應(yīng)用在跨度較大的屋蓋中，通常將下弦桿用圓鋼或型鋼替代，由于木材受拉破壞屬于脆性破壞，且鋼材的強(qiáng)度和彈性模量遠(yuǎn)高于木材，采用鋼木桁架可提高桁架的剛度，減小變形，從而實(shí)現(xiàn)較大跨度的跨越。木桁架根據(jù)構(gòu)件的空間布置可以分為空間木桁架和平面木桁架，其中平面木桁架在工程中應(yīng)用較多，根據(jù)其外形分為三角形、矩形、梯形以及多邊形等類(lèi)型，具體外形根據(jù)屋面構(gòu)造、跨度、造型等因素確定。圖1為上海某工程采用的大跨膠合木桁架作為屋蓋承重構(gòu)件。

△ 圖1 木桁架屋蓋

1.2 木網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

木網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一樣，是由多根木桿按照一定規(guī)律組合而成的空間網(wǎng)格桿系結(jié)構(gòu)。在節(jié)點(diǎn)處一般使用鋼連接件連接木桿，常見(jiàn)的連接方式有螺栓連接和植筋套筒連接等。木網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有空間剛度大、構(gòu)件規(guī)格統(tǒng)一等特點(diǎn)，多用于公共建筑中。木網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件以受軸向力為主，材料性能發(fā)揮比較充分^[2]。日本小國(guó)町民體育館即采用了木網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，1988年建造完成，最大跨度達(dá)56m，見(jiàn)圖2。

△ 圖2 日本小國(guó)町民體育館木網(wǎng)架

1.3 木網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)

木網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是指將木構(gòu)件沿球面或柱面有規(guī)律布置而形成的空間結(jié)構(gòu)體系，其受力特點(diǎn)與薄殼結(jié)構(gòu)類(lèi)似，大部分荷載由網(wǎng)殼桿件軸力承受^[1]。木桿可以為直線形，也可以為曲線形來(lái)接近球面或柱面的效果。球面網(wǎng)殼的造型美觀、受力合理、跨度大，非常適合運(yùn)動(dòng)場(chǎng)等大型公共建筑，是大跨度空間木結(jié)構(gòu)的理想形式^[4]。美國(guó)塔科馬穹頂采用了球面木網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，直徑達(dá)162m，建筑物最高處達(dá)45.7m，由三角形木網(wǎng)格組成，主要構(gòu)件采用彎曲形，通過(guò)鋼夾板節(jié)點(diǎn)連接，用木檁條支撐屋面，于1980年建成，為目前全球最大的單層膠合木網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3。

△ 圖3 塔科馬穹頂木網(wǎng)殼

1.4 木拱結(jié)構(gòu)

木拱結(jié)構(gòu)是一種主要承受軸向壓力并由兩端推力維持平衡的曲線形平面結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)大跨度較為經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系。木拱結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮材料性能。水平推力的存在有效地降低了構(gòu)件彎矩，從而使木拱能夠充分發(fā)揮木材受壓的性能。同時(shí)，構(gòu)件截面內(nèi)的豎向壓力分量平衡了結(jié)構(gòu)的整體剪力，使結(jié)構(gòu)內(nèi)部剪應(yīng)力減小，應(yīng)力分布均勻，因而木拱結(jié)構(gòu)同樣是大跨度木結(jié)構(gòu)的理想形式。膠合木是制作木拱結(jié)構(gòu)的理想材料，可以實(shí)現(xiàn)大跨度木拱所需要的較大截面，同時(shí)，膠合木可以方便地制作成曲線形構(gòu)件，滿足幾何形狀要求。圖4為四川省江油電廠干煤棚膠合木拱結(jié)構(gòu)，膠合木拱結(jié)構(gòu)跨度為88m，拱高為27m，拱截面寬為230mm、高為1.625m，由兩塊寬為115mm的弧形膠合木構(gòu)件用螺栓拼合而成。從拱頂分為兩個(gè)半拱作為吊裝施工單元，然后用鋼板和螺栓進(jìn)行安裝連接。拱腳置于約6m高的鋼筋混凝土支墩上。

△ 圖4 四川省江油電廠干煤棚膠合木拱結(jié)構(gòu)

1.5 木張弦結(jié)構(gòu)

木張弦結(jié)構(gòu)由剛度較大的剛性木構(gòu)件、柔性鋼索以及鋼撐桿或木撐桿組成。木張弦梁是較為常見(jiàn)的木張拉結(jié)構(gòu)，它主要由三部分組成，分別是剛性木梁、柔性索和撐桿。剛性木梁也可為木拱或木桁架，撐桿可以由鋼桿或木桿制成。柔性索一般為鋼索，張弦結(jié)構(gòu)中鋼拉索參與工作，使木張弦構(gòu)件剛度大于單純剛性構(gòu)件的剛度，同時(shí)調(diào)整了木構(gòu)件的內(nèi)力分布，可以使木材強(qiáng)度得到充分發(fā)揮。木張弦結(jié)構(gòu)為自平衡受力體系，需要鋼弦在木構(gòu)件端部可靠錨固^[5-6]。木張弦結(jié)構(gòu)也被廣泛應(yīng)用于大跨度的體育場(chǎng)館、會(huì)議廳、展館等建筑。圖5為長(zhǎng)春全民健身中心游泳館木張弦結(jié)構(gòu)。

△ 圖5 長(zhǎng)春全民健身中心游泳館木張弦結(jié)構(gòu)