2022竹建筑国际会议暨第三届生物质复合建筑材料与结构国际会议（BARC-ICBCS 2022）第六场分会“木建材和木结构最新研究”于2022年11月29日北京时间20:00-23:00线上召开。加拿大阿尔伯塔大学教授、加拿大工程院院士、ISO/TC165木结构技术委员会主席徐英熙，同济大学教授何敏娟，南京工业大学教授杨会峰，纽卡斯尔大学讲师黄浩宇，南京工业大学土木工程学院博士生、三江学院建筑学院讲师文博，中南林业科技大学唐源，东南大学吕鑫浩，南京工业大学宋学松，南京工业大学吴添一，东南大学陶昊天，东南大学刘继伟发表演讲。同济大学研究员李征、中国工程建设标准化协会木材及复合材结构专业委员会秘书长欧加加共同主持本场会议。
徐英熙的演讲主题是“全球视角下重木结构建筑的研究需求”。首先，他介绍了过去三十年来在全球被广泛使用的不同类型重木结构产品，包括胶合木 (Glued-laminated Timber, GLT)、正交胶合木（Cross-Laminated Timber, CLT）、结构复合木 (Structural Composite Lumber, SCL）和销接组合木（Dowel Laminated Timer, DLT)。这些产品通过高精机械被加工成大尺寸构件，具有减少现场施工时间和成本，最大限度减少建筑垃圾，降低施工噪音、运输方便等诸多优点。近年来，虽然多高层重木结构在全球不断兴建，但重木结构仍具有很大研究空间，可使其更经济、更安全，以更好抵御地震和飓风等自然灾害。接下来，徐英熙介绍了其团队所开展的重木结构研究缺口调研项目。调研结果表明，节点性能、抗震和抗风性能、楼板隔声与隔震性能、防火性能、建造方法、产品和体系发展、木结构环境效益等方面是最主要技术研究缺口。在连接节点方面，需研发能够传递更大侧向力且具有延性的新型高性能节点系统，以及自攻螺钉、胶连接杆和胶连接板等新型连接紧固件；在抗震和抗风性能方面，需开展重木结构水平隔板（楼板/屋面板）抗侧力研究、CLT墙体连续式施工、耗能连接件、与竖向荷载抵抗系统相结合的支撑框架研究等；在楼板隔声和隔震性能方面，应开展高性价比隔声设计研究，并针对多跨、梁支撑的木-混凝土组合楼板隔震性能开展研究；在防火性能方面，应针对节点连接、裸露结构件的防火设计开展更多研究，并开展建造过程中的防火研究和安全教育；在先进建造方法方面，应鼓励使用建筑信息模型（Building Information Modeling, BIM）和精益建造（LEAN Construction）准则等，并使用设计、建造和施工相结合的一体化方法；在创新产品/系统发展方面，应研发高性能重木结构产品，并在适当时充分利用其他建材，采用混合结构形式以提高重木结构建筑市场竞争力；在木结构建筑环境影响方面，应开展更多研究以强调重木结构建筑在实现零碳目标方面的特殊作用。
△ 徐英熙演讲
何敏娟的演讲主题是 “中国大跨度木结构发展及典型节点性能研究”。木材资源可再生，是一种性能优异的建筑材料。在以“应用促保护”理念下，发展木结构建筑可更好推动可持续森林资源发展。随着工艺的不断成熟，工程木产品被加工成大尺度构件，且各类金属连接件使得复杂构件连接成为可能，极大促进了全球大跨度木结构的发展。中国大跨度胶合木结构应用时间较短，但近年来应用不断增多，且规模不断增大，被广泛应用于地产住宅配套、工业建筑及配套、工业建筑改造、旅游景区建筑及设施、体育场馆、会议中心、展示中心等场所。在大跨度木结构发展过程中，需解决许多结构问题，其中节点性能研究尤为重要。由于大跨度木结构节点受力情况复杂，需满足各种性能要求，连接形式多样，且往往是非标准节点，需开展系列试验分析和数值模拟分析。采用自攻螺钉的节点连接形式成为新发展趋势。何敏娟以太原植物园单层木网壳结构为例，介绍了实际工程中采用自攻螺钉的多种节点连接试验研究情况，包括杆件正交节点、螺钉-钢插板节点、半搭接节点。此外，她还介绍了单层网壳结构中常用的填板式木网壳节点。她指出，为满足大跨度木结构发展，未来应持续研发节点刚度大、承载力高、抗灾韧性强的新型节点形式，并结合工程实际，开展节点及整体结构性能研究。
△ 何敏娟演讲
杨会峰展示了其团队在采用钉剪力件的木-混凝土组合梁有效翼缘宽度方面的研究成果。木-混凝土组合结构（Timber-concrete composite, TCC）发挥了木材良好的抗拉性能和混凝土优异的抗压能力，具有提升建筑舒适性、减少二氧化碳排放等优点，为多高层木结构发展提供了新的前景。杨会峰团队通过针对不同板宽的TCC梁进行弯曲试验，讨论了混凝土板中存在的剪力滞后效应，为支撑木-混凝土组合楼盖体系的设计与应用提供了实验数据；同时，基于ABAQUS有限元分析平台，对TCC梁的受弯性能进行了参数化非线性有限元分析。试验结果表明，混凝土板底部的拉应变比混凝土板上表面的压应变具有更明显的剪力滞效应。此外，有限元模型在预测TCC梁的破坏模式、应力应变、挠度与滑移等方面表现良好。参数化研究表明，TCC梁的有效翼缘宽度主要受荷载类型、宽跨比、板厚和剪力件刚度的影响。
△ 杨会峰演讲
黄浩宇的演讲主题是 “基于人的感知评估以提高楼板设计材料利用率”。在联合国可持续发展目标驱使下，零碳和健康住宅是未来发展趋势，木结构在全球越发受到重视，特别是CLT结构。CLT常用于楼板系统，由于质量轻，在人致激励下容易产生振动，进而引起居住者不适。黄浩宇首先分享了基于虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术的楼板振动舒适度试验研究。研究发现，不同环境对楼板振动舒适度有显著影响，人在卧室环境下的振动容忍度低于健身房环境。其次，他介绍了边界条件对CLT楼板振动的影响，影响因素包括楼板支撑情况、支撑梁尺寸大小、支撑梁间距、支撑梁与CLT楼板间的连接。最后，他介绍了基于多个调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper, TMD）系统的CLT地板振动控制技术及其试验研究。试验表明，TMD可有效降低CLT地板振动；形状记忆合金TMD具有超弹性，并优于钢TMD；5个TMD具有最佳效果。
△ 黄浩宇演讲
文博分享了木-混凝土组合梁动力性能相关试验研究。由于木材质量相对较轻，刚度较低，将其用于建筑楼盖结构时容易产生较大振动，从而影响楼盖舒适性甚至安全性。文博分析了搁栅式木楼盖、正交胶合木（CLT）以及木-混凝土组合（TCC）楼盖的振动性能研究现状。其中，TCC是一种能显著提高木结构建筑性能的结构形式，多用于多层和高层木结构建筑。通过实验室试验、现场测试、主观评价和有限元分析，针对其静载挠度、自振频率、阻尼比、激励响应速度和加速度等进行了详细分析。从试验结果来看，TCC梁的自振频率与界面组合作用密切相关，连接件的滑移刚度与数量是重要影响因素。此外，他还对采用钢筋桁架板的木-混凝土组合梁的动力性能研究进行了介绍。
△ 文博演讲
唐源以“FRP-胶合木-UHPC新型组合梁长期性能试验研究”为题展开演讲。传统混凝土桥面板自重大，需由较大尺寸木梁支撑，削弱了结构经济性，且混凝土板容易开裂渗漏，导致木梁耐久性下降。为改善传统木-混凝土复合梁长期性能，唐源提出了一种新型全预制FRP（Fiber-Reinforced Polymer）-胶合木- UHPC（Ultra-High Performance Concrete）组合梁，通过使用水平钢板和螺栓将胶合木构件与超高强度混凝土板组合而成。通过针对不同类型TCC梁开展试验，表明超高强度混凝土可显著改善TCC梁初始刚度和长期性能。通过考虑木材蠕变和混凝土收缩徐变，他建立了胶合木- UHPC组合梁长期变形计算模型，模型计算结果与实验数据吻合较好，能有效模拟实际情况下受环境温湿度影响构件的长期变形趋势。
△ 唐源演讲
吕鑫浩分享了钢-木组合梁长短期受弯性能数值模拟研究。由于木材刚度和承载力相对较低，单独使用往往难以满足结构承载力和变形要求，将木材与其他材料结合成为扩大木结构应用的一种有效手段。钢木复合（Steel-Timber composite）梁能有效弥补钢构件易失稳缺陷，可充分利用木材的抗压强度。根据简化Hashin准则，他进行了木材弹塑性本构模型二次开发，建立了完全剪力连接及部分剪力连接的钢-木组合梁模型，在四点弯曲加载情况下研究了组合梁破坏机理，及剪力连接程度对组合梁短期抗弯性能的影响并确定了蠕变极限。同时，他还研究了在长期荷载作用下剪力连接程度对组合梁蠕变的影响，分析了蠕变引起的应力重分布现象，给出了组合梁长期蠕变系数。
△ 吕鑫浩演讲
宋学松汇报了阻燃改性木材层板覆面对胶合木柱抗火性能影响的研究。木材阻燃改性的目的是指延长木材点火时间、降低烧焦率、提高耐火性能等，国内外在此领域做了很多研究。他利用树脂浸渍与压缩密实化联用方法制备了改性国产杉木，用作胶合木柱曝火侧层板，开展了构件单侧曝火试验。试验结果表明，采用树脂浸渍和压缩联合改性层板覆面，胶合木柱抗火性能提升明显：常规胶合木柱点燃时间为55s，涂刷防火涂料构件点燃时间延长至195s；受火时间1小时，常规构件炭化速率为0.733 mm/min，单层改性层板覆面构件炭化速率降至0.552 mm/min；受火时间2小时，常规构件炭化速率0.503 mm/min，单/双层改性层板覆面构件炭化速率分别降至0.458和0.351 mm/min；与常规构件相比，受火时间1小时的单层改性层板覆面构件剩余承载力提升了30.1%，受火时间2小时的双层改性层板覆面构件剩余承载力提升69.3%。胶合木柱剩余截面随受火时间增加而减小，导致剩余承载力试验中破坏模式由强度破坏转变为失稳破坏。
△ 宋学松演讲
吴添一分享了一种新型麦秸石膏复合材料（gypsum-wheat-straw composite, IGW）覆面轻型木结构墙体的抗火性能试验研究。石膏板（Gypsum board, GB）抗火性能优异，被广泛用作轻型木结构（light wood frame, LWF）墙体耐火覆面板，但高温下GB覆面板易开裂脱落，使得LWF墙体过早失效。吴添一介绍了一种新型IGW覆面板，及其火灾试验研究情况。试验表明，火灾中同一测点的IGW覆面墙体温度低于GB墙体；IGW覆面墙体耐火极限比GB墙体延长了44.3%；火灾后，IGW仍能保持结构完整性；受火时间30分钟时，曝火侧覆面板拼接缝处内嵌石膏板墙体剩余竖向承载力比常规墙体高21.3%；受火时间60分钟时，IGW覆面墙体剩余竖向承载力为65.4%，而GB墙体则失去了强度。总体而言，IGW抗火性能更加优异，可替代GB用作LWF墙体覆面板。
△ 吴添一演讲
陶昊天对木梁-钢柱自攻螺杆连接节点的抗震性能有限元分析进行了介绍。为促进多高层木结构发展，高性能新型木结构连接受到广泛关注，如自攻螺杆（STR）连接。基于前期对采用自攻螺杆连接的木梁-钢柱节点低周反复荷载试验，他利用ABAQUS建立了STR连接有限元模型。为考虑材料塑性变形与损伤断裂行为，他编制了ABAQUS子程序建立了钢材与木材的三维弹塑性损伤本构。在有限元模型中，STR的拉拔作用通过在螺杆与木材孔之间建立粘性单元来实现，而STR循环拉拔过程产生的滑移与损伤通过编制特定粘性单元本构予以考虑。分析结果表明，有限元模型能清晰展现出节点连接破坏模式，包括钢耗能件的超低周疲劳破坏、螺纹杆拉拔产生的滑移以及木材压缩屈服等。此外，有限元模型在预测节点连接的滞回曲线与耗能能力等方面表现良好。
△ 陶昊天演讲
刘继伟围绕延性木框架梁柱节点及参数识别方法展开演讲。延性抗弯木框架具有良好抗侧向力能力，具有减少碳排放优点以及在中高层建筑中广泛应用的潜力。刘继伟提出了一种特制钢构件延性木框架梁柱节点，并开展了试验研究和数值分析。他采用无迹卡尔曼滤波器 (Unscented Kalman Filter, UKF，一种用于处理非线性系统的贝叶斯滤波器近似方法) 识别节点连接模型参数，并将其中的Cholesky分解替换为奇异值分解，且嵌入自适应噪声估计器。此外，他还评估了数模拟结果的准确性。研究结果表明，所提出新型节点的延性系数得到较大提高；数值计算结果与试验结果吻合良好，参数辨识程序稳定性得到改善，节点模型各项性能参数与实验值误差小于10%；该参数识别程序可扩展应用到具有复杂和不稳定力学性能的其他连接参数识别中。
△ 刘继伟演讲
△ 李征主持
△ 欧加加主持
来自全球的观众与演讲嘉宾开展了热烈探讨，感兴趣问题主要包括：
问题1: 全球木-混凝土结构相关研究很多，但钢-木结构相关研究缺乏，您有何建议？
徐英熙：对于钢-木混合结构体系而言，我更倾向于使用钢框架作为抗侧力结构体系。钢框架已被证明是一种有效抗侧力结构体系，质量轻且具有延性。在钢-木混合结构体系设计中，钢框架体系主要承受地震荷载作用，而木结构体系则主要承受竖向荷载作用。
问题2: 有关木结构环境影响方面的研究是否足够，是否有足够数据支撑木结构全生命周期碳排放研究？
徐英熙：木结构产品全生命周期碳排放相关研究很多，但有关建造过程的碳排放研究尚且不足。我团队正开展相关研究，包括如何在重木结构建造过程中减少施工时长，减少重型机械使用等。
问题3: 在重木结构有利于减少温室气体背景下，加拿大、欧盟和美国等是否会致力于重木结构防火性能相关研究以减少火灾危害，并减少电力及其他能源使用总量？（上述国家和地区都过多地使用了暖通空调、电器和其他能源密集型产品，而这些产品并非为环保而设计。）
徐英熙：多高层重木结构防火性能相关研究很多，加拿大最近开展了有关木构件密封措施的相关研究，以提高构件耐火性能。就能源效率而言，木材是一种天然隔热材料，重木结构只需较少其他隔热辅助材料便可达到设计目标。目前，人们非常有兴趣利用重木结构本身的热质量来调节建筑物室内温度，以减少建筑能耗。
问题4: 太原植物园半搭接节点连接的力学性能试验研究具体情况如何？
何敏娟：太原植物园半搭接节点是通过自攻螺钉连接来形成连续构件。初始试验时的构件刚度不够，后通过增加自攻螺钉数量最终达到了设计要求。这种半搭接节点对构件加工精度要求很高，后期调整余地不大。
问题5: 太原植物园节点连接的试验研究与实际工程应用是否相符？
何敏娟：这就是实际工程试验，我们根据实际工程设计中的构件截面大小、连接形式做了一些试验构件，在试验室开展了相关力学性能研究，其试验结果就是用于校核设计的可行性。
问题6: 木-混凝土组合梁可否用于抗震结构？是否开展过其他生物质材-混凝土复合材料的相关研究，诸如亚麻-混凝土复合材料？相对钢-混凝土楼板而言，木-混凝土楼板具有哪些优势？
杨会峰：木-混凝土组合梁用于多高层木结构中，对结构整体抗侧力性能非常有利。组合结构楼板刚度比纯木楼板刚度要大，对结构整体性能的改善有很大帮助。利用竹梁替代木梁也是团队目前研究工作之一。木-混凝土楼板的最大优势是使用了生物质材料，在未来应使用更多生物质材料，有利于可持续发展和零碳目标的实现。
问题7: 已建成CLT结构有楼板振动问题吗？如果有的话，应如何解决这个问题？
黄浩宇：在已建成CLT结构中，是存在楼板振动问题的，特别是一些建成时间较长的建筑。这是由于木材的老化问题造成的，致使部分材性下降，刚度降低。我们可以使用调谐质量阻尼器来解决此问题。
△ 部分参会人员合影
会议回放视频链接
第六场分会：木建材和木结构最新研究
https://youtu.be/s1OVwmj2Ffk
会议背景
本次BARC-ICBCS 2022国际会议为第二届世界竹藤大会建筑主题分会。第二届世界竹藤大会（BARC 2022）于2022年11月7日至8日在北京举办，与国际竹藤组织成立25周年志庆大会同期举行，由中国国家林业和草原局与国际竹藤组织共同主办。
本次BARC-ICBCS 2022国际会议由国际竹藤组织和国际竹藤组织全球竹建筑专家组主办，由清华大学土木水利学院、清华大学建筑学院、清华大学建筑设计研究院、南京林业大学、南京林业大学生物质材料国家工程研究中心、北京林业大学园林学院、国际竹藤中心等单位协办。全球其他二十多家机构作为会议支持单位，包括阿肯顿·阿皮亚·门卡大学、亚的斯亚贝巴大学、中国建筑西南设计研究院有限公司、考文垂大学、浙江大学建筑工程学院、迪肯大学、苏黎世联邦理工学院、香港大学建筑学院、万隆理工学院、《建筑结构》杂志、《风景园林》杂志、《可持续结构》杂志、《世界竹藤通讯》杂志、南京工业大学、中国林业科学院木材工业研究所、重庆大学建筑城规学院、东南大学土木工程学院、弗吉尼亚理工大学设计学院、上海建筑科学研究院有限公司、香港建筑师学会、同济大学、匹兹堡大学、西英格兰大学、浙江大学-伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院生物质材料与碳中和联合研究中心。本次会议由洪雅竹元科技有限公司、安吉竹境竹业科技有限公司、赣州森泰竹木有限公司、杭州邦博科技有限公司、湖南桃花江竹材科技股份有限公司、江苏见竹绿建竹材科技股份有限公司等企业提供赞助。
文字丨刘可为 薛竹怡 编辑丨李冲
原标题：《世界竹藤大会 | 聚焦木建材和木结构最新研究》