CN101979798A - 一种易于建筑物产业化的生态新型建筑结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明名称为：一种易于建筑物产业化的生态新型建筑结构体系。本发明涉及利用塑木复合材料、热固性高强树脂无机纤维布增强复合材料(FRP)和新型无机聚合物胶凝高强芯材等多种有机、无机材料多元共混复合成一种高性能新型“钢化复合高强木”复合材料，利用现有成熟拉挤、模压、缠绕等工艺和专用设备工厂化、机械化大量制造成各种形状的物件，如建筑物建造所需的结构柱、梁、楼板、内外墙板等构件，然后运至工地，现场快速定位安装的一种新型装配式轻型建筑结构体系，同传统建筑物建造模式相比具有大副减少钢材、水泥、水等主要资源的消耗，最大限度的利用各种可再生资源和可回收利用的各种废弃物，具有良好的自保温效果，节能减排，降低工程总体综合造价，具有重大的经济和社会双重效益。

Description

一种易于建筑物产业化的生态新型建筑结构体系 

技术组成： 

本发明涉及利用塑木复合材料、热固性高强树脂无机纤维布增强复合材料(FRP)和新型无机聚合物胶凝高强芯材等多种有机、无机材料多元共混复合成一种高性能新型“钢化复合高强木”复合材料，利用现有成熟拉挤、模压、缠绕等工艺和专用设备工厂化、机械化大量制造成各种形状的物件，如建筑物建造所需的结构柱、梁、楼板、内外墙板等构件，然后运至工地，现场快速定位安装的一种新型装配式轻型建筑结构体系，同传统建筑物建造模式相比具有大副减少钢材、水泥、水等主要资源的消耗，最大限度的利用各种可再生资源和可回收利用的各种废弃物，具有良好的自保温效果，节能减排，降低工程总体综合造价，具有重大的经济和社会双重效益。 

由于本新型建筑结构体系所用“钢化复合高强木”复合材料构件具有自重轻，韧性强，延性好，抗拉、抗压等力学性能良好，应力一应变规律为二线型分布规律，和FRP约束加固混凝土的典型应力一应变规律相同，是一种新型“类似钢筋混凝土”复合材料。 

本“钢化复合高强木”构件呈现出弹性工作塑性破坏的特征，优异的力学性能和延性使其具有良好的抗震性能，相比普通木材构件，本“钢化复合高强木”构件的弹性模量、剪切模量、抗压强度、抗弯强度、弦向静曲强度、轴向力、刚度、挠度等力学指标大大优于普通木材构件，可有效减少构件截面尺寸，降低综合成本，大大减少资源消耗。 

利用本新型“钢化复合高强木”构件独特的三向应力工作状态和各种理化指标，运用国家现行《木结构设计规范》、《木结构住宅》标准图集、《木结构工程施工质量验收规范》、《木骨架组合墙体技术规范》和《木结构试验方法标准》等规范和标准，同时结合《钢结构设计规范》相关规定，同时借鉴利用国外成熟先进现代木结构设计和制造技术，可广泛应用于多层住宅、别墅、新型集装箱式房屋、轻体活动房、新农村住宅、厂库房、车间、办公楼、学校、体育场馆、图书馆等公共建筑的建设，特别适用于大跨度建筑的建造和有防腐蚀要求的化工车间、码头水工建筑、电波通讯大楼、机房等。 

技术背景：

木结构由于具有资源可再生、绿色环保、保温隔热、轻质美观、建造方便、抗震耐久等优点得到了广泛的使用，特别是在欧美发达国家。我国木结构建筑有几千年悠久历史，但在近代我国由于结构用材极为缺乏(在20世纪80年代就已差不多采伐殆尽，新种植结构木材须50～100年才能成材)，当时国家又无足够的外汇储备从国际市场购买木材，以致停止使用木结构，包括许多大专院校都停开木结构课程，并停止培养研究生，导致木结构工程学科无形中在中国消亡达20多年，而值得指出的是，木结构在我国停滞的20多年，正是国际上木结构理论和技术大步发展的时期，在欧美发达国家，现代木结构住宅的建造比例占到90％以上，复合木材结构建筑物最大建造跨度已超过150米，理论和技术达到相当高的水平。 

随着我国经济的高速发展，建筑业已成为我国经济发展的支柱产业，据统计资料显示，全国城乡每年在建筑物面积20-30亿平方米，每年竣工建筑物面积12-14亿平方米，基本上都是砖混和钢筋混凝土结构，从资源和环保的角度来看，建筑物的建造对资源的占用和消耗是巨大的。 

据相关统计，全国每年竣工建筑物所消耗的水泥约为5～7亿吨左右，每制造1吨水泥，须向大气中排放二氧化碳温室气体1吨和大量的二氧化硫等有害气体。 

全国每年竣工建筑物所消耗的钢材量约为1亿吨，每制造1吨钢材须向大气排放2.5吨 以上的二氧化碳温室气体和大量的工业烟粉尘、沪渣等废弃有害物质。 

钢筋混凝土和砖砌体结构建筑建造过程中，每平方米须消耗水资源3吨左右，全国每年竣工建筑物所消耗的施工用水量超过40亿吨。 

由以上的数据可以看出，我国经济的高速发展和建筑业的快速扩张是建立在极大资源消耗和环境污染的巨大代价之上的。 

随着国际社会和我国政府对环境环保的高度重视，近期国家总理***在2009年11月26日对外界宣布，到2020年我国单位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40％～45％。 

我国政府对国际事务的承诺向来说到做到，但是同时面临巨大压力和实际困难，实现上述减排目标是需要国家和全社会共同付出艰苦卓绝的努力才能实现的。 

在目前大的低碳经济和产业形势下，整合各种资源，推广本新型建筑结构体系就显得具有重要的现实意义，本发明项目如果能够顺利推广运用的话，将产生巨大的社会和经济双重效益。 

发明内容：

本发明是指利用可再生生物质燃料废弃物(如秸杆灰、树枝树叶锯末灰、稻壳灰等)和具有潜在活性的工业废渣(如矿渣粉、粉煤灰、高铝煤矸石煅烧废渣粉、尾矿粉、铝矿尾矿粉.废矿浆、霞石尾矿粉.废矿浆等)等，利用率达80％以上，添加少量沸石粉作为晶种，水玻璃作为激发剂，另外掺加少量无机膨胀剂和活性无机增强剂，在常温常压下制造成新型无机矿物聚合物胶凝高强材料，添加秸秆粉、锯末粉、稻壳粉等可再生的天然纤维材料和有机、无机轻质骨料等材料复合制造为芯材，再在其外部复合塑木复合材料、热固性高强树脂无机纤维布增强复合材料(FRP)，结合多种有机、无机材料各自优势多元共混成一种高性能新型“钢化复合高强木”复合材料，利用现有成熟拉挤、模压、缠绕等工艺和专用设备工厂化、机械化大量制造成各种形状的物件，如建筑物建造所需的结构柱、梁、楼板、内外墙板等构件，然后运至工地，现场快速定位安装的一种新型装配式轻型建筑结构体系，同传统建筑物建造模式相比具有大副减少钢材、水泥、水等主要资源的消耗，最大限度的利用各种可再生资源和可回收利用的各种废弃物，具有良好的自保温效果，节能减排，保护了环境，降低工程总体综合造价，具有重大的经济和社会双重效益。 

实现上述本发明具体包括以下方法和步骤： 

1.利用塑木复合材料、热固性高强树脂无机纤维增强复合材料、无机胶凝高强芯材等工厂化多元混杂复合，利用它们各自优势互补，达到建筑物的结构安全、功能、外观等使用要求。具体分为： 

(1)塑木复合材料：具体是指将塑料、废旧塑料、秸秆粉、锯末树枝粉、稻壳粉等可再生可再回收循环利用的材料同玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、苎麻天然纤维等纤维布连续增强纤维材料复合，通过缠绕、拉挤、模压等工艺和专用设备制成各种形状如方形、矩形、圆形、六边形及其它异型，可以为实心结构，也可以为一定壁厚空心结构(一定壁厚空心结构也可带肋加强)，然后再向空心结构里浇注新型无机聚合物胶凝高强芯材复合，根据构件受力情况也可在塑木复合材料的外部或内部或全部或局部再复合热固性高强树脂无机纤维布增强复合材料或不同厚度的钢板，增加复合材料的综合受力性能，通过实际受力设计计算，选用适当材料和截面尺寸，制造成不同尺寸、形状和形式的柱、梁、楼板、屋面板、内外墙板等构件，达到建筑物的结构安全、功能齐全、经济适用等要求。 

秸秆粉、锯末树枝粉、稻壳粉等可再生循环利用的材料也可通过对其细胞壁进行无机物浸渍、填充增强，处理后的秸秆粉、锯末树枝粉、稻壳粉的硬度、强度等均有大幅度增加。 

塑木复合材料在缠绕、拉挤、模压等工艺制造过程中可加入少量的无机晶须、二氧化硅、纳米二氧化硅、碳酸钙、纳米碳酸钙等混合无机粉体，可大幅度提高塑木复合材料的 阻燃性能和强度。在制造过程中，可加入专用色浆，制成不同颜色的成品，美观耐用，不用再涂刷涂料，也可用专用模具，拉挤、模压制造成不同肌理的型材如仿木纹板材等。 

(2)热固性高强树脂无机纤维增强复合材料(FRP)：具体是指将不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等热固性高强树脂同玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、苎麻天然纤维等纤维布连续增强材料按各向异性方向复合布置，通过缠绕、拉挤、模压等成型工艺和专用设备制成各种形状如方形、矩形、圆形、六边形及其它异型，可以为实心结构，也可以为一定壁厚空心结构(一定壁厚空心结构也可带肋加强)，然后再向空心结构里浇注新型无机聚合物胶凝高强芯材复合，根据构件受力情况也可在热固性高强树脂无机纤维增强复合材料的外部或内部或全部或局部再复合不同厚度的钢板，增加复合材料的综合受力性能，通过实际受力设计计算，选用适当材料和截面尺寸，制造成不同尺寸、形状和形式的柱、梁、楼板、屋面板、内外墙板等构件，达到建筑物的结构安全、功能齐全、经济适用等要求。 

热固性高强树脂无机纤维增强复合材料在缠绕、拉挤、模压等工艺制造过程中可加入少量的无机晶须、二氧化硅、纳米二氧化硅、碳酸钙、纳米碳酸钙等混合无机粉体，可大幅度提高热固性高强树脂无机纤维布增强复合材料的阻燃性能和强度。在制造过程中，可加入专用色浆，制成不同颜色的成品，美观耐用，不用再涂刷涂料，也可用专用模具，拉挤、模压制造成不同肌理的型材如仿木纹板材等。 

(3)新型无机矿物聚合物胶凝高强芯材：具体是指利用可再生生物质燃料废弃物(如秸杆灰、树枝树叶锯末灰、稻壳灰等)和具有潜在活性的工业废渣(如矿渣粉、粉煤灰、高铝煤矸石煅烧废渣粉、尾矿粉、铝矿尾矿粉.废矿浆、霞石尾矿粉.废矿浆等)等，利用率达80％以上，添加少量沸石粉作为晶种，水玻璃作为激发剂，另外掺加少量无机膨胀剂和活性无机增强剂，在常温常压下制造的新型无机矿物聚合物胶凝高强材料，具体内容详见本发明申请人另外申报的发明专利—《一种新型复合生态水泥及其制品应用》。 

为增加新型新型无机聚合物胶凝高强芯材的韧性，降低无机矿物聚合物胶凝高强芯材的脆性，调整至最佳线膨胀系数，可向新型无机胶凝高强芯材里添加秸秆粉、锯末粉、稻壳粉等可再生的天然纤维材料和有机、无机轻质骨料等材料，新型无机胶凝高强芯材较优密度为450公斤～2000公斤/立方米；热固性高强树脂无机纤维布增强复合材料和无机胶凝高强芯材以及塑木复合材料和无机胶凝高强芯材的材料线膨胀系数接近时，它们受热后变形基本相同，整个结构产生的热应力较小，因而“钢化复合高强木”新型构件能够承受剧烈的温差变化，在交变温度作用下，可保证外壳材料与芯材之间的变形协调，以达到“钢化复合高强木”复合材料的整体最优综合力学性能。 

2.“钢化复合高强木”新型复合材料利用拉挤、模压、缠绕等工艺和专用设备工厂化大量制造成各种形状的构件，可设计制造成屋架、网架、桁架、交错桁架、框架、拱结构、悬索结构等不同的木结构型式或钢木复合结构型式或多种新型砖木复合结构型式，也可利用现有的一切先进的木结构节点构造和加强形式，如结构胶连接、胶合植入钢筋连接、钢齿板连接、高强螺栓(销)连接、钉连接等，还可利用预制工字形格栅、工字梁、木剪力墙和横隔、定型系列木屋架等新型木结构形式，制造出不同用途的新型建筑物。 

对于小高层或高层建筑可采取钢管混凝土结构(可为圆钢管也可为方钢管，优选方钢管)和本新型复合结构结合，主要受力主梁、主柱为钢管混凝土结构(具体可参照国家现行相关规范和规定)或H型钢；基础可为普通钢筋混凝土小高层或高层建筑通用基础体系，优选深桩基础；次梁、次柱、楼板、墙板、屋盖结构均可为本新型复合结构，以达到建筑物整体安全、经济、节约资源、环保等的综合效益。 

对于普通平面形式的多层建筑可采用新型装配式木盒子轻型结构体系；对于狭长型平面形式的多层建筑可采用新型全“钢化复合高强木”材料装配式错列桁架(也叫交错桁架)轻型结构，也可采用新型装配式错列桁架型钢-“钢化复合高强木”混合轻型结构；对于狭长型平面的小高层或高层建筑可采用新型装配式错列桁架型钢-“钢化复合高强木”混合轻型结构(见图1)，在错列钢木混合桁架中上弦杆、竖腹杆选用钢化复合高强木材，斜腹杆、边柱、下弦杆选用型钢或钢管，主受力柱根据受力情况和构造要求可选择本新型复合柱构件或钢管混凝土结构柱或H型钢柱构件，板***采用预制“钢化复合高强木”工字形搁栅木楼板或波浪形“钢化复合高强木”预制楼板。 

按照《木结构试验方法标准》及其它相关方法标准，通过科学试验，检测、计算出真实有效地本“钢化复合高强木”构件材料的挠度、弹性模量、剪切模量、弦向静曲强度、抗压强度、抗弯强度、剪切强度、轴向力、刚度、稳定系数、回转半径、长细比、惯性矩、面积矩等力学指标和数据，经过通用有限元结构软件或集成化的建筑结构软件进行结构分析与设计，选取以上相应构件合理的截面尺寸，以达到建筑物整体安全、经济、节约资源、环保等的综合效益。 

3.本发明新型建筑结构体系是集材料、工艺、结构于一体的综合性结构体系，在国内目前是首创，可设计性强，通过结构形式的优化合理设计，弥补建筑物整体刚度不足，如采用错列桁架结构、夹层结构、折板结构、拱形结构、加肋结构等，加强整体或局部结构的安全；通过往热固性高强树脂无机纤维增强复合材料(FRP)和塑木复合材料面材里添加少量的无机晶须、二氧化硅、纳米二氧化硅、碳酸钙、纳米碳酸钙等混合无机粉体，可大幅度提高复合面材的氧指数和强度，使其具有阻燃性和自熄性，在防火要求较高的场合，在复合面材外部涂覆高性能无机防火类涂料，可满足防火要求。 

4.本发明新型建筑结构体系，自重轻，韧性好，结构受力高效合理，构件延性好，利用轻质高强芯材可获得所需的截面惯性矩，从而达到较理想的结构性能。可大量工业化工厂制造各种不同尺寸的构件，极有利于建筑产业化和工业化。经过精心构思和设计，除了基础和预埋件以及节点构造加强耗用少量钢材、水泥外，大量利用环保型可再生农业废弃物和工业废渣，变废为宝，大大减少因建筑物建造所造成的大量钢材、水泥、水等主要资源的消耗，同时大量减少了温室气体的排放，保护了环境，社会和经济效益显著。 

5.本发明的有益之处还在于：用抗拉强度高的热固性高强树脂无机纤维增强复合材料(FRP)、塑木复合材料作为外部材料，将抗压强度高的无机矿物聚合物胶凝材料作为芯材，在构件受压时，外层材料可使内部芯材处于三向应力工作状态，大幅提高了强度；当构件处于受弯工作状态时，受压区的压应力由芯材承担，拉应力由外部材料承担，两种材料拉压结合，共同互相协作，充分发挥了各自的材料特性优势；另外，外部材料对芯材的浇捣灌注起到了永久性模板围护和保护的作用，也起到了直接装饰效果，减少了二次装修的投入，综合效益良好。 

6.本发明新型建筑结构体系的基础构件、柱构件、梁构件、板构件根据结构受力要求都可以添加至少一根预应力筋，预应力筋可以是GFRP加强复合筋、低碳钢筋、钢绞线等，制作工艺可以是先张法，也可以是后张法。 

附图说明：

共计5个附图协助具体实施方式分别举例说明了本发明新型建筑结构体系的结构体系和主要构件的受力方法、特征、性能、尺寸等信息。 

图1为本新型装配式错列桁架型钢-“钢化复合高强木”混合轻型结构示意图。 

图2为短桩独立柱承台基础体系平、立面式样系列示意图，地基土摩擦力按150KN/M²计算，5短桩独立柱承台基础体系结构承载力可达700KN。 

图3为复合柱构件平、立面式样示意图和一个立柱配筋和截面构造大样图。 

图4为梁系列截面形式和梁复合加强构造措施示意图。 

图5为楼板、屋面板、墙板式样图。A、B尺寸根据梁跨度或荷载计算调整。 

具体实施方式：

1.基础：根据建筑物实际受力和地基情况，可采用独立柱基础、条形基础、短桩加承台基础，从结构安全和施工便捷等因素综合考虑优选短桩加承台基础；短桩按摩擦桩考虑受力荷载，可以为普通钢筋混凝土高强预制桩、钢管桩等，优选100～150毫米直径工厂预制新型复合无机矿物聚合物胶凝材料高强桩，长度2～4米，用专用小型打桩、压桩机械工地现场按设计根数、位置快速定位打入，然后按设计要求同承台基础浇为一体，承台基础可为普通钢筋混凝土，优选新型复合无机矿物聚合物胶凝材料。构造地基梁优选新型复合无机矿物聚合物胶凝材料按设计尺寸工厂预制好，运至现场待现场浇捣承台基础混凝土时按抗震构造要求与承台或承台上短柱浇为一体，整个基础建造过程工业化，综合效率高(详见图2)。 

以图2图示五根短桩(短桩长度2.5米)桩独立柱承台基础体系为例，承台1300*1300*600MM尺寸，采用C35强度混凝土(混凝土可为普通水泥类混凝土，也可为本新型复合无机矿物聚合物胶凝材料混凝土，优选本新型复合无机矿物聚合物胶凝材料混凝土)，承台采用14MM直径II级螺纹钢，用100MM间距，按四肢箍筋构造要求绑扎，与C35强度混凝土浇为一体，28天后竖向结构承载力可达到700KN。 

2.柱构件：根据柱构件实际受力情况，柱构件可以是一个方形、圆形或其它异型，也可以是由多个较小的方形、圆形或其它异型组合成一个较大的方形、圆形或其它异型形状，以好有更大的刚度和承载力；可以为实心结构，也可以为一定壁厚空心结构(一定壁厚空心结构也可带肋加强)，然后再向空心结构里浇注无机胶凝高强芯材复合，根据构件受力情况也可在热固性高强树脂无机纤维增强复合材料的外部或内部或全部或局部再复合不同厚度的钢板，增加复合材料的综合受力性能，通过实际受力设计计算，选用适当材料和截面尺寸，制造成不同尺寸、形状和形式的柱构件，沿柱构件纵向方向根据受力要求可加配一定截面尺寸和数量的竹筋(竹筋可为普通干燥防腐处理后的天然竹筋，也可为在干燥防腐处理过的基础上再进行加强处理，如外涂不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等热固性高强有机树脂，或者在外涂不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等热固性高强有机树脂的同时再复合玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、苎麻天然纤维等纤维布增强材料进行增强处理)，也可加配GFRP加强复合筋、钢筋、冷拔低碳钢筋丝等，以近一步提高柱构件抗弯强度和柱构件延性，使其具有更大的承载力和更好的抗震性能。优选竹筋，其为可再生资源，环保、经济、高效。 

从应力一应变关系角度分析柱构件在承载外力过程中，本新型无机胶凝高强芯材受纵向压应力和径向的约束压应力，外部FRP复合材料、塑木复合材料则受纵向压应力、环向拉应力及径向压应力的同时作用。(详见图3) 

从图3可以看出，通过调整本复合柱构件各构成材料的弹性模量、单轴抗压强度、泊松比、极限压应变等参数数值，以100*100*400MM的柱构件实验为例，内部增设8根10MM直径的竹筋，当外部FRP复合材料(300克标准碳纤维结构加固布三道，环氧树脂复合增强)为4MM厚度时，向空心结构里浇注无机胶凝高强芯材(芯材密度为1200公斤/立方米)养护28天，经实验测试其极限轴心受压承载力可达到500KN左右，而普通木材在同样尺寸等条件下，经实验测试其极限轴心受压承载力仅为230KN左右。 

当外部材料是塑木复合材料(300克标准玄武岩纤维结构加固布二道塑木拉挤复合增强)为6MM厚度时，向空心结构里浇注无机胶凝高强芯材(芯材密度为1100公斤/立方米)养护28天，经实验测试其极限轴心受压承载力可达到350KN左右，而普通木材在同样尺寸等条件下，经实验测试其极限轴心受压承载力仅为230KN左右。 

3.梁构件：根据梁构件实际受力情况和跨度，梁构件可以是一个长方形、正方形、圆形或其它异型，也可以是由多个较小的长方形、正方形、圆形或其它异型组合成(组合方式可以是用专用结构胶黏剂粘接或用高强螺栓栓接也可以是用结构胶黏剂粘接和高强螺栓栓接同时配合使用)一个较大的长方形、正方形、圆形或其它异型形状，以好有更大的刚度和承载力；可以为实心结构，也可以为一定壁厚空心结构(一定壁厚空心结构也可带肋加强)，然后再向空心结构里浇注无机胶凝高强芯材复合，根据构件受力情况也可在热固性高强树脂无机纤维增强复合材料的外部或内部或全部或局部再复合不同厚度的钢板，增加复合材料的综合受力性能，通过实际受力设计计算，选用适当材料和截面尺寸，制造成不同尺寸、 形状和形式的梁构件，沿梁构件纵向方向根据受力要求可加配一定截面尺寸和数量的竹筋(竹筋可为普通干燥防腐处理后的天然竹筋，也可为在干燥防腐处理过的基础上再进行加强处理，如外涂不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等热固性高强有机树脂，或者在外涂不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等热固性高强有机树脂的同时再复合玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、苎麻天然纤维等纤维布增强材料进行增强处理)，也可加配GFRP加强复合筋、冷拔低碳钢筋丝等，以近一步提高梁构件抗弯强度和梁构件延性，使其具有更大的承载力和更好的抗震性能。优选竹筋，其为可再生资源，环保、经济、高效。 

上述结构胶黏剂可以是环氧树脂、乙烯基树脂类胶黏剂，也可以是酚醛间苯二酚和氨基树脂等胶黏剂。 

从应力一应变关系角度分析梁构件在承载外力过程中，本新型无机胶凝高强芯材受纵向压应力和径向的约束压应力，外部FRP复合材料、塑木复合材料则受纵向压应力、环向拉应力及径向压应力的同时作用。(详见图4) 

从图4可以看出，通过调整本复合梁构件各构成材料的弹性模量、单轴抗压强度、泊松比、极限压应变等参数数值，以120*180*1200MM(宽*高*长)的梁构件实验为例，底部 增设4根13MM直径的竹筋，当外部FRP复合材料(300克标准碳纤维结构加固布二道，环氧树脂复合增强)为3MM厚度时，向空心结构里浇注无机胶凝高强芯材(芯材密度为1250公斤/立方米)养护28天，经实验测试其抗弯极限承载力可达到14KN.m左右，而普通木材在同样尺寸等条件下，经实验测试其抗弯极限承载力仅为6KN.m左右。 

当外部材料是塑木复合材料(300克标准玄武岩纤维结构加固布二道塑木拉挤复合增强)为5MM厚度时，以120*180*1200MM(宽*高*长)的梁构件实验为例，向空心结构里浇注无机胶凝高强芯材(芯材密度为1100公斤/立方米)养护28天，底部增设4根12MM直径的竹筋，经实验测试其抗弯极限承载力可达到10KN.m左右，而普通木材在同样尺寸等条件下，经实验测试其抗弯极限承载力仅为6KN.m左右。 

4.楼板、屋面板、墙板构件：根据楼板、屋面板、墙板构件实际受力情况和跨度，楼板、屋面板、墙板构件可以是一个长方形、三角波浪形或其它异型，也可以是由多个较小的长方形、正方形、圆形或其它异型组合成(组合方式可以是用专用结构胶黏剂粘接或用高强螺栓栓接也可以是用结构胶黏剂粘接和高强螺栓栓接同时配合使用)一个较大的长方形、三角波浪形或其它异型形状，以好有更大的刚度和承载力；可以为实心结构，也可以为一定壁厚空心结构(一定壁厚空心结构也可带肋加强)，也可以向空心结构里浇注无机胶凝高强芯材复合，根据构件受力情况也可在热固性高强树脂无机纤维增强复合材料的外部或内部或全部或局部再复合不同厚度的钢板，增加复合材料的综合受力性能，通过实际受力设计计算，选用适当材料和截面尺寸，制造成不同尺寸、形状和形式的板构件，沿板构件纵向方向根据受力要求可加配一定截面尺寸和数量的整根圆竹或竹筋(整根圆竹或竹筋可为普通干燥防腐处理后的天然竹筋，也可为在干燥防腐处理过的基础上再进行加强处理，如外涂不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等热固性高强有机树脂，或者在外涂不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等热固性高强有机树脂的同时再复合玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、苎麻天然纤维等纤维布增强材料进行增强处理)，也可加配FRP复合筋、冷拔低碳钢筋丝等，以近一步提高板构件抗弯强度和板构件延性，使其具有更大的承载力和更好的抗震性能。优选整根圆竹或竹筋，其为可再生资源，环保、经济、高效。 

上述结构胶黏剂可以是环氧树脂、乙烯基树脂类胶黏剂，也可以是酚醛间苯二酚和氨基树脂等胶黏剂。(详见图5) 

从图5可以看出，当外部采用FRP复合材料(300克标准碳纤维结构加固布二道，环氧树脂复合增强)为3MM厚度时，三角波浪形楼板宽1200MM、板厚30MM(板内浇注无机胶凝高强芯材，芯材密度为1100公斤/立方米)、跨度3000MM时，采取如图构造措施面上加铺配套20MM厚纤维水泥板或20MM厚OSB刨花板时，每平方米承受荷载可达3.6KN；当外部采用塑木复合材料(300克标准玄武岩纤维结构加固布二道塑木拉挤复合增强)为5MM厚度时，三角波浪形楼板宽1200MM、板厚30MM(板内浇注无机胶凝高强芯材，芯材密度为1100公斤/立方米)、跨度3000MM时，采取如图构造措施面上加铺配套20MM厚纤维水泥板或20MM厚OSB刨花板时，每平方米承受荷载可达2.8KN。 

以上所述，仅是本发明技术的较佳实施例而已，并非对本发明技术作任何形式上的限制，虽然本发明技术已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明技术，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离开本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

同时，用其它材料如竹木材料采用拉挤、模压等工艺可以采用上述相关类似的方法、设备和加工工艺制造成相类似用途的相关产品，也属于本发明技术制造实施方案的范围内。 

Claims (6)

1.一种易于建筑物产业化的生态新型轻型建筑结构体系的制造方法，是利用塑木复合材料、热固性高强树脂无机纤维增强复合材料、无机胶凝高强芯材等工厂化多元混杂复合，利用它们各自优势互补，达到建筑物的结构安全、功能、外观等使用要求。具体分为：

(1)塑木复合材料：具体是指将塑料、废旧塑料、秸秆粉、锯末树枝粉、稻壳粉等可再生可再回收循环利用的材料同玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、苎麻天然纤维等纤维布连续增强纤维材料复合，通过缠绕、拉挤、模压等工艺和专用设备制成各种形状如方形、矩形、圆形、六边形及其它异型，可以为实心结构，也可以为一定壁厚空心结构(一定壁厚空心结构也可带肋加强)，然后再向空心结构里浇注新型无机聚合物胶凝高强芯材复合，根据构件受力情况也可在塑木复合材料的外部或内部或全部或局部再复合热固性高强树脂无机纤维布增强复合材料或不同厚度的钢板，增加复合材料的综合受力性能，通过实际受力设计计算，选用适当材料和截面尺寸，制造成不同尺寸、形状和形式的柱、梁、楼板、屋面板、内外墙板等构件，达到建筑物的结构安全、功能齐全、经济适用等要求。

秸秆粉、锯末树枝粉、稻壳粉等可再生循环利用的材料也可通过对其细胞壁进行无机物浸渍、填充增强，处理后的秸秆粉、锯末树枝粉、稻壳粉的硬度、强度等均有大幅度增加。

塑木复合材料在缠绕、拉挤、模压等工艺制造过程中可加入少量的无机晶须、二氧化硅、纳米二氧化硅、碳酸钙、纳米碳酸钙等混合无机粉体，可大幅度提高塑木复合材料的阻燃性能和强度。在制造过程中，可加入专用色浆，制成不同颜色的成品，美观耐用，不用再涂刷涂料，也可用专用模具，拉挤、模压制造成不同肌理的型材如仿木纹板材等。

(2)热固性高强树脂无机纤维增强复合材料(FRP)：具体是指将不饱和聚酯树脂、环氧树脂、乙烯基树脂、酚醛树脂等热固性高强树脂同玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、苎麻天然纤维等纤维布连续增强材料按各向异性方向复合布置，通过缠绕、拉挤、模压等成型工艺和专用设备制成各种形状如方形、矩形、圆形、六边形及其它异型，可以为实心结构，也可以为一定壁厚空心结构(一定壁厚空心结构也可带肋加强)，然后再向空心结构里浇注新型无机聚合物胶凝高强芯材复合，根据构件受力情况也可在热固性高强树脂无机纤维增强复合材料的外部或内部或全部或局部再复合不同厚度的钢板，增加复合材料的综合受力性能，通过实际受力设计计算，选用适当材料和截面尺寸，制造成不同尺寸、形状和形式的柱、梁、楼板、屋面板、内外墙板等构件，达到建筑物的结构安全、功能齐全、经济适用等要求。

热固性高强树脂无机纤维增强复合材料在缠绕、拉挤、模压等工艺制造过程中可加入少量的无机晶须、二氧化硅、纳米二氧化硅、碳酸钙、纳米碳酸钙等混合无机粉体，可大幅度提高热固性高强树脂无机纤维布增强复合材料的阻燃性能和强度。在制造过程中，可加入专用色浆，制成不同颜色的成品，美观耐用，不用再涂刷涂料，也可用专用模具，拉挤、模压制造成不同肌理的型材如仿木纹板材等。

(3)新型无机矿物聚合物胶凝高强芯材：具体是指利用可再生生物质燃料废弃物(如秸杆灰、树枝树叶锯末灰、稻壳灰等)和具有潜在活性的工业废渣(如矿渣粉、粉煤灰、高铝煤矸石煅烧废渣粉、尾矿粉、铝矿尾矿粉.废矿浆、霞石尾矿粉.废矿浆等)等，利用率达80％以上，添加少量沸石粉作为晶种，水玻璃作为激发剂，另外掺加少量无机膨胀剂和活性无机增强剂，在常温常压下制造的新型无机矿物聚合物胶凝高强材料，详见本发明申请人另外申报的发明专利—《一种新型复合生态水泥及其制品应用》。为增加新型新型无机聚合物胶凝高强芯材的韧性，降低无机矿物聚合物胶凝高强芯材的脆性，调整至最佳线膨胀系数，可向新型无机胶凝高强芯材里添加秸秆粉、锯末粉、稻壳粉等可再生的天然纤维材料和有机、无机轻质骨料等材料，新型无机胶凝高强芯材较优密度为450公斤～2000公斤/立方米；热固性高强树脂无机纤维布增强复合材料和无机胶凝高强芯材以及塑木复合材料和无机胶凝高强芯材的材料线膨胀系数接近时，它们受热后变形基本相同，整个结构产生的热应力较小，因而“钢化复合高强木”新型构件能够承受剧烈的温差变化，在交变温度作用下，可保证外壳材料与芯材之间的变形协调，以达到“钢化复合高强木”复合材料的整体最优综合力学性能。

2.“钢化复合高强木”新型复合材料利用拉挤、模压、缠绕等工艺和专用设备工厂化大量制造成各种形状的构件，可设计制造成屋架、网架、桁架、交错桁架、框架、拱结构、悬索结构等不同的木结构型式或钢木复合结构型式或多种新型砖木复合结构型式，也可利用现有的一切先进的木结构节点构造和加强形式，如结构胶连接、胶合植入钢筋连接、钢齿板连接、高强螺栓(销)连接、钉连接等，还可利用预制工字形格栅、工字梁、木剪力墙和横隔、定型系列木屋架等新型木结构形式，制造出不同用途的新型建筑物。

对于小高层或高层建筑可采取钢管混凝土结构(可为圆钢管也可为方钢管，优选方钢管)和本新型复合结构结合，主要受力主梁、主柱为钢管混凝土结构(具体可参照国家现行相关规范和规定)或H型钢；基础可为普通钢筋混凝土小高层或高层建筑通用基础体系，优选深桩基础；次梁、次柱、楼板、墙板、屋盖结构均可为本新型复合结构，以达到建筑物整体安全、经济、节约资源、环保等的综合效益。

对于普通平面形式的多层建筑可采用新型装配式木盒子轻型结构体系；对于狭长型平面形式的多层建筑可采用新型全“钢化复合高强木”材料装配式错列桁架(也叫交错桁架)轻型结构，也可采用新型装配式错列桁架型钢—“钢化复合高强木”混合轻型结构；对于狭长型平面的小高层或高层建筑可采用新型装配式错列桁架型钢—“钢化复合高强木”混合轻型结构，在错列钢木混合桁架中上弦杆、竖腹杆选用钢化复合高强木材，斜腹杆、边柱、下弦杆选用型钢或钢管，主受力柱根据受力情况和构造要求可选择本新型复合柱构件或钢管混凝土结构柱或H型钢柱构件，板***采用预制“钢化复合高强木”工字形搁栅木楼板或波浪形“钢化复合高强木”预制楼板。

按照《木结构试验方法标准》及其它相关方法标准，通过科学试验，检测、计算出真实有效地本“钢化复合高强木”构件材料的挠度、弹性模量、剪切模量、弦向静曲强度、抗压强度、抗弯强度、剪切强度、轴向力、刚度、稳定系数、回转半径、长细比、惯性矩、面积矩等力学指标和数据，经过通用有限元结构软件或集成化的建筑结构软件进行结构分析与设计，选取以上相应构件合理的截面尺寸，以达到建筑物整体安全、经济、节约资源、环保等的综合效益。

3.本发明新型建筑结构体系是集材料、工艺、结构于一体的综合性结构体系，在国内目前是首创，可设计性强，通过结构形式的优化合理设计，弥补建筑物整体刚度不足，如采用错列桁架结构、夹层结构、折板结构、拱形结构、加肋结构等，加强整体或局部结构的安全；通过往热固性高强树脂无机纤维增强复合材料(FRP)和塑木复合材料面材里添加少量的无机晶须、二氧化硅、纳米二氧化硅、碳酸钙、纳米碳酸钙等混合无机粉体，可大幅度提高复合面材的氧指数和强度，使其具有阻燃性和自熄性，在防火要求较高的场合，在复合面材外部涂覆高性能无机防火类涂料，可满足防火要求。

4.本发明新型建筑结构体系，自重轻，韧性好，结构受力高效合理，构件延性好，利用轻质高强芯材可获得所需的截面惯性矩，从而达到较理想的结构性能。可大量工业化工厂制造各种不同尺寸的构件，极有利于建筑产业化和工业化。经过精心构思和设计，除了基础和预埋件以及节点构造加强耗用少量钢材、水泥外，大量利用环保型可再生农业废弃物和工业废渣，变废为宝，大大减少因建筑物建造所造成的大量钢材、水泥、水等主要资源的消耗，同时大量减少了温室气体的排放，保护了环境，社会和经济效益显著。

5.本发明的有益之处还在于：用抗拉强度高的热固性高强树脂无机纤维增强复合材料(FRP)、塑木复合材料作为外部材料，将抗压强度高的无机矿物聚合物胶凝材料作为芯材，在构件受压时，外层材料可使内部芯材处于三向应力工作状态，大幅提高了强度；当构件处于受弯工作状态时，受压区的压应力由芯材承担，拉应力由外部材料承担，两种材料拉压结合，共同互相协作，充分发挥了各自的材料特性优势；另外，外部材料对芯材的浇捣灌注起到了永久性模板围护和保护的作用，也起到了直接装饰效果，减少了二次装修的投入，综合效益良好。

6.本发明新型建筑结构体系的基础构件、柱构件、梁构件、板构件根据结构受力要求都可以添加至少一根预应力筋，预应力筋可以是GFRP加强复合筋、低碳钢筋、钢绞线等，制作工艺可以是先张法，也可以是后张法。

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