一种井干式木结构房屋用节能环保横木及其制备方法

技术领域

本发明提供了一种井干式木结构房屋用节能环保横木及其制造方法，属于井干式木结构技术领域。

背景技术

井干式木结构也称原木结构或“木刻楞”是一种传统且历史悠久的结构形式，其采用方木、原木、胶合原木作为基本装配构件，断面端口加工后，将构件在水平方向上层层叠合，端部采用层层交叉的方式咬合固定。井干式木结构具有构件简单重复、加工方便的优点，便于工厂规模化批量预制生产，现场仅需少量支架完成吊装即可快速形成稳定墙体，因此，其建造速度高于轻型木结构。

绿色、低碳、节能、环保是建筑在未来达到可持续发展的关键，木结构建筑的绿色、低碳、可再生、可回收等优点，符合未来的被动式节能、绿色环保、预制装配化的发展趋势。因此，井干式木结构作为一种重要的木结构形式，提高其保温性能、减少墙体厚度、降低木材消耗量，可使其更好地满足被动式节能房屋的要求、降低能耗和生产成本。

井干式木结构在我国东北地区和北欧国家等极寒地区普遍使用，因气候寒冷，多依靠木材自身的保温性能采用厚实的墙体，达到防止热量散失的目的。导致井干式木结构的墙体厚重，同时，由于横木宽度大、重量沉（人力难以搬起的整根横木）、易开裂、易沉降变形等缺点，影响现了场装配效率、耗费大量优质木材资源，且未充分利用到木材高强重比的优点。

井干式木结构用横木是建造井干式木结构的主要材料，目前，井干式木结构横木多采用原木、方木、胶合木等实心木材制备，其依靠木材的低导热系数通过增加横木保证墙体的保温性能，导致实木墙体厚度较大，造成木材的浪费。同时，由于横木主要承受压应力，而由于木材的微观构造，木材力学性能存在各向异性，木材的横纹抗压强度明显小于顺纹抗压强度，导致木材的强度利率低。干缩湿胀时，木材的横纹尺寸变化程度与远大于顺纹尺寸变化，导致井干式木结构墙体的抗压性能较差、易出现沉降，影响井干式木结构发展，限制了井干式木结构的高度。

发明内容

为了解决上述技术问题中的某些问题，本发明提供了一种井干式木结构房屋用节能环保横木及其制备方法。该发明以常见的锯材、规格材、木质复合材料或锯材、规格材、胶合木等生产过程剩余的边角、短、废木材（如长度50-300mm废料）为原料，通过科学合理的构造和设计并与高性能保温材料的复合，显著提高井干式木结构墙体的保温节能水平，降低井干式木结构的木材使用量，促进短、废木材的利用，从而提高井干式木结构房屋的环保水平、降低能耗、并降低横木生产成本。

采用本发明横木建造的井干式木结构可满足被动式节能房对墙体优良保温隔热性能的要求，能够大大降低房屋全生命周期的能量消耗，符合世界建筑的节能、绿色、环保发展潮流。可显著提高井干式木结构的保温性能、减少墙体的设计厚度、降低木材用量。因此，本发明与传统的井干式木结构相比具有显著的成本和节能优势。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提出的一种井干式木结构房屋用节能环保横木，其特征在于，包括沿横木长度方向侧立放置的至少二层木材和/或木质复合材料制成的方才或板材，其纹理与横木长度方向平行；竖立放置的至少一层木材和/或木质复合材料制成的短方才或板材，其纹理方向与横木长度方向垂直；至少一层填充于木材间预留孔洞的难燃保温材料。其中，木材之间采用结构用耐候胶黏剂胶合和/或自攻螺钉、木销钉、竹钉等连接固定，保温材料与木材间根据具体材料选用胶黏剂或销、钉连接固定；

沿横木方向侧立放置的木材为规格材、指接规格材、锯材、单板层积材、单板条层积材等中的一种或几种；木材板材的宽度小于横木高度时，先拼宽，后经刨切或砂光等工艺，加工至设计厚度、宽度、平整度；其中位于芯层中部的侧立横木，可减少高度，预留20mm-60mm高的空间用于安装塑料管或薄壁金属管，便于安装并隐藏强、弱电导线；

位于横木内部的竖立木材为具有良好顺纹抗压强度的规格材、锯材、单板层积材、单板条层积材等；竖立木的长度为50mm-1000mm，约为井干式木结构横木的高度，其长度较短，因此可采用胶合木、正交胶合木、木质木复合材料等生产过程得到的边角、短、废木材，经定宽、定厚、定长加工后用于生产该发明；

位于预留孔洞内的难燃保温材料可在工厂加工横木时填充并固定，也可在墙体装配即将完成时从预留孔洞填充并固定；所述保温材料为保温砂浆、气凝胶、陶瓷纤维、发泡陶瓷、玻化微珠、泡沫玻璃、膨胀珍珠岩、石墨聚苯板（SEPS）、挤塑聚苯乙烯（XPS）、聚氨酯（PU）等硬质或非硬质保温材料；

各侧立和竖立木材的接触面采用聚氨酯、间苯二酚、异氰酸酯等胶黏剂胶合（单面或双面施胶，施胶量为80-320g/m

保温材料和木材间采用胶黏剂或金属、非金属制成的钉、销固定，防止保温材料的移动和下沉而造成保温性能下降。当保温材料为硬质保温板时主要采用胶合的方式与木材固定；当保温材料为发泡材料时，可依靠自身粘性与木材的粘合固定；当保温材料为可流动性材料时，可通过布置铁丝网防止其移动、下沉。

本发明的特点及有益效果：

与现有的井干式木结构所用的实木或集成木材制成的横木产品相比，本发明的一种井干式木结构房屋用节能环保横木，通过中间填充高性能保温材料的方式，能够大幅度提高井干式木结构的保温性能；通过内部填充的方式，避免保温材料的裸露，可提高保温材料使用寿命、延缓光老化；为弥补保温材料填充导致的横木抗压承载力下降的问题，采用竖立木材作为芯层的承重层，可充分利用木材的顺纹抗压强度（约为横纹抗压强度的10倍），因此横木抗压强度并未下降，反而提高了井干式木结构的抗压承载性能。

本发明的一种井干式木结构房屋用节能环保横木，其保温性能至少相当于在井干式木结构的墙体上外挂一层厚度35mm的高性能保温板，保温性能约为同等厚度传统横木保温性能的2.05倍，抗压强度为同等厚度传统横木的3.1倍。本发明通过科学合理将保温材料复合固定在井干式木结构横木的内部，既能够降低横木生产时的木材消耗、提高保温性能、利用短、废木材，又能降低井干式木结构的墙体厚度，减少井干式木结构整体的木材消耗。因此，可显著提高井干式木结构的节能和环保水平、减少木材和能源消耗、提高木材利用效率。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例1所述的一种井干式木结构房屋用节能环保横木示意图。

图2为图1中横木的横截面示意图。

图3为图1中横木交叉连接的端头连接凹槽示意图。

图4为实施例2中的横木端头左视图。

图5为实施例2中的横木三维示意图。

其中，图1、图2、图3、图4和图5附图标记与部件名称之间的对应关系为：1侧立木材（11、12、13位于不同层的木材层板），2竖立木材（21、22竖立位于不同层的短木材层板），3保温材料或预留保填充温材料孔洞（31、32位于不同层的保温材料），4为用于安装强、弱电导线的塑料管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明提出的一种井干式木结构房屋用节能环保横木，包括沿横木长度方向侧立放置的至少二层木材和/或木质复合材料制成的方才或板材，其纹理与横木长度方向平行；竖立放置的至少一层木材和/或木质复合材料制成的短方才或板材，其纹理方向与横木长度方向垂直；至少一层填充于木材间预留孔洞的难燃保温材料；所述木材之间采用结构用耐候胶黏剂胶合和（或）自攻螺钉、木销钉、竹钉等连接固定或加固，保温材料与木材间选用胶黏剂或销、钉复合固定。

进一步地，侧立放置木材为规格材、指接规格材、锯材、单板层积材、单板条层积材等中的一种或几种；木材板材先拼宽，后经刨切或砂光等工艺，加工至设计厚度和平整度度后用于生产加工。

进一步地，位于横木内部竖立放置的木材是具有良好顺纹抗压强度的规格材、锯材、单板层积材、单板条层积材短料，经定宽、定厚、定长加工后用于加工。

进一步地，所述保温材料为保温砂浆、气凝胶、陶瓷纤维、发泡陶瓷、玻化微珠、泡沫玻璃、膨胀珍珠岩、石墨聚苯板（SEPS）、挤塑聚苯乙烯（XPS）、聚氨酯（PU）等硬质或非硬质保温材料中的一种或几种。

进一步地，位于中间芯层的侧立木材，可减少高度，预留20mm-60mm高的空间用于安装塑料管或薄壁金属管，用于安装并隐藏强、弱电路的导线。

进一步地，侧立和竖立木材的接触面采用聚氨酯、间苯二酚、异氰酸酯等胶黏剂胶合，和/或采用钢钉、自攻螺钉、木销、竹销等连接固定和加固；保温材料和木材间采用胶黏剂或者金属、非金属连接件固定，防止其移动和下沉。

下面参照附图，对本发明的具体实施例作出进一步说明。

实施例1

如图1-图3所示一种井干式木结构房屋用节能环保横木，该横木侧立木材和竖立木材采用胶黏剂复合固定的方式提供井干式木结构所需的抗压承载能力；采用不同层保温材料交错布置的方式保证在井干式木结构的整个投影面上都有保温材料。其中侧立木材的厚度为21mm、竖立木材和保温材料的厚度为35mm、横木的高度为178mm、长度为8000mm；竖立木材和保温材料为1：1（体积比）交替放置，既保证保温性能又可提供足够的抗压承载力。

本发明的具体加工和安装步骤如下。

1）采用指接加工的方式，将厚度为23mm、宽度为90mm锯材指接接长后截断成长度为8100mm的板材，经刨切或砂光定厚加工至厚度为21mm、宽度为89mm，两块板材侧立拼合用作该发明横木的1、3和5层。

2）选用同树种的短、废木材作为竖立木材，去除节子、裂纹、腐朽等缺陷后将其加工成182mm的短材，经刨切或砂光定厚加工至35mm，宽度加工至135mm。

3）选用难燃型B1级的石墨聚苯板(SEPS)作为保温材料（其导热系数≤0.032w/m.k，约为木材的1/5），将其裁切成尺寸为35mm×135mm×182mm的方块。

4）采用辊涂机在23mm×89mm×8100mm木材待胶合的窄面（侧拼加高）和宽面涂胶，将其侧立放置于横木的第1层，并将端头和上下底面对齐。

5）将竖立短木和保温板方块间隔交替放置于临时模具中（保温材料和竖立木材的比例为1:1），使其底部对齐，沿宽度拼接使其长度为8100mm，将其与侧立木材上下高度错开10mm（形成凸凹接口，如图2所示），整体放置于横木的第1层上部，作为横木的第2层；。

6）重复4）和5）的操作形成横木的第3、4、5层，施加压力使胶合面的压力达到0.8MPa并保压2h。

7）泄压陈放1周后采用铣槽机将其横木的截面精确加工至设计的凹凸形状，齐头后定长加工至设计长度。

8 ）去除端头裸露的保温材料和第5层多余木材，露出第1、2、3层的木材，采用洗槽机加工出井干式木结构交叉连接用的端头沉槽（如图3所示）。

该实施例所述的井干式木结构房屋用节能环保横木，其抗压强度约为同厚度传统横木的3.10倍，导热系数约为同厚度传统横木的0.49倍（即保温性能为传统横木的2.05倍），适用于强度和保温性能较高的井干式木结构建筑。

实施例2

如图4-图5所示一种井干式木结构房屋用节能环保横木，该横木侧立木材和竖立木材采用胶黏剂复合固定的方式提供井干式木结构所需的抗压承载能力；采用不同层保温材料交错布置的方式保证在井干式木结构的整个投影面上都有保温材料。其中侧立木材的厚度为21mm、竖立木材和保温材料的厚度为35mm、横木的高度为178mm、长度为8000mm；竖立木材和保温材料为1：2（体积比）交替放置，可保证横木具有优良的保温性能。

本发明的具体加工和安装步骤为如下。

1）采用指接加工的方式将厚度为23mm宽度为90mm的锯材接长后截断成长度为8100mm的板材，经刨切或砂光定厚加工至21mm、宽度89mm，两块板材侧拼用作该发明横木的1、3和5层。

2）选用同树种的短、废木材作为竖立木材，去除节子、裂纹、腐朽等缺陷后将其加工成182mm的短材，经刨切或砂光定厚加工至35mm，宽度加工至135mm。

3）选用难燃型B1级的石墨聚苯板(SEPS)作为保温材料（其导热系数≤0.032w/m.k，约为木材的1/5），将其裁切成尺寸为35mm×270mm×182mm的方块。

4）采用辊涂机在23mm×89mm×8100mm待胶合的窄面（侧拼加高）和宽面涂胶，将其放置在侧立放置于横木的第1层，并将其端头和上下底面对齐。

5）将竖立短木和保温板方块间隔交替放置于临时模具中（保温材料和竖立木材的比例为2:1），使其底部对齐，沿宽度拼接使其长度为8100mm，将其与侧立木材上下高度错开10mm（形成凸凹接口），整体放置于横木的第1层上部，作为横木的第2层。

6）重复4）和5）的操作形成横木的第3、4、5层，施加压力使胶合面的压力达到0.8MPa并保压2h。

7）泄压陈放1周后采用铣槽机将其横木的截面加工成设计的凹凸形状（其中3层的高度比1和5层低30mm，如图4和图5所示，用于安装空心管），齐头后定长加工至设计长度。

8）去除端头裸露的保温材料和第5层多余木材，露出1、2、3层的木材，采用洗槽机加工出井干式木结构交叉连接用的端头沉槽。

9）在第2层的竖向保温材料打23mm的圆孔用于竖向穿管，4、5层的设计位置打23mm圆孔，用作进线或出线孔，在第3层预留空间中安装直径21mm的塑料管（如图5所示），在塑料管和木材空隙内填充发泡聚氨酯，该空心塑料管用于安装强、弱电导线。

该实施例所述的井干式木结构房屋用节能环保横木，其抗压强度约为同厚度传统横木的2.15倍，导热系数约为同厚度传统横木的0.38倍（即保温性能为传统横木的2.65倍），适用于强度要求一般，但保温性能很高的井干式木结构建筑。

在本发明的描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。