複合式材料/複合式產品

膠合樑


工程用建材、特殊造型外觀、大跨距建築……等。


膠合樑是木料一層一層的膠合在一起,每塊木料的木紋與木料長度方向並行一致,常見單層木料厚度為38mm(11/2英吋)其他厚度也有。
膠合樑的寬度範圍從63mm(21/2英吋)到273mm(103/4英吋)都有,也能特製任何寬度。
正因為是工程用建材,所以必須能滿足設計受力。
用作橫樑的膠合樑其上下兩層使用最強的木料,因為這兩處所承受的壓力及張力最大。
此一概念,使木料做能最合理的利用,即將最好的木料放在受力多的部位,而稍微差一點的就可以放在受力小的部位-即膠合樑中間部位。
膠合樑有特定呎吋及常見呎吋。常見呎吋有一定的厚度及寬度。
大多數常見膠合樑有意造成輕微弧度,可用在很多標準的建築應用中。
膠合樑的寬度呎吋有79mm(3-1/8英吋)、89mm(3-1/2英吋)、130mm(5-1/8),140mm(5-1/2英吋)和171毫米(6-3/4英吋)。
當情況特殊,如長跨度、超重負荷等,就要特製呎吋。
原則上是可以依設計師的要求來製作。
膠合樑也能製成不同的形狀,如傾斜型、彎曲型、弧型甚至於是長跨度圓拱型。
膠合樑可分為三種等級:
高級外觀級和建築級屬於較高的外觀等級,通常用於較重視外觀之處。建築級一般已能滿足大多數外觀要求,常見制式呎吋膠合樑都屬於該類型。而最好的高級外觀級只能訂製。
而工業級只是粗略的刨光左右的兩面,可運用在不曝露的地方或對外觀要求不高的應用。
所有的外觀等級允許樹木自然生長所留下的天然痕跡,如不同程度的空心現象。
外觀等級決定了是否用木料或其他填充物來填充這些空心部位。外觀等級與夾層內部結構無關,不會影響設計值。
所以在造價考量上,除非具有特別因素,是不會訂製最高外觀等級膠合樑。
有效、低成本的防火建材木材因其美觀、強韌、耐久、低成本,使其長久以來成為重要的建築材料。
由於先進的防火技術使膠合樑的耐火性提高,亦使得防火設計的程序有進一步的改善。
如今,在符合公認的防火標準上,膠合樑已普遍被認為是最有效且價廉的建材之一。
防火與耐火
世界上沒有防火的建築物。大部分建築物的內裝都是可燃物,雖然建築物本身並不燃燒,但火災發生時,在建築物結構體未燃燒之前,其內裝物品會先燃燒,所形成的煙霧和熱度,將對建物內的生命財產造成嚴重威脅。
一著名的例子是年發生在芝加哥McCormickPlace的火災。
大展覽廳中的所有結構體,包括室內非承重牆,都是用非可燃性材質所建構的。
然而大火卻迅速蔓延整棟建物內部,產生的高溫使鋼樑、橫樑及樑架彎曲變形,引發整座屋頂的崩塌。
最後這棟建築物完全損壞,造成約一億五千萬美元的損失。
然而,只要在符合建築法規的情況下,同時使用可燃及不可燃的建材,仍可建造出耐火建築。
此外,建物內部的型態、裝潢、噴水裝置及消防設備都應考慮在內。
有效的煙火感應器、警報系統及逃生路線的暢通,都是保護建築物內任何生命財產的重要關鍵。
膠合可以增加木材強度
將原木製成木板,再利用接著劑將多重的木板加入連接後所製成的木材製品被稱為「集成材」。
集成材不單是被用在柱子、橫梁等構造部材上,也常被用在日常用具、家具等用途上。
一般人或許不太知道,其實構造用的集成材比製材的強度還要強上一半。
也就是說,比起只有一塊的製材來說,利用好幾張木板所接合而成的集成材的強度還要強一點五倍。
外行人看來或許會覺得製材比較強,這是為什麼呢?
「集成材是以去掉大木節的木板所製成」。的確,這也是一種答案。
但是卻不是完整的答案。答案有好幾個,其中又以「因為集成材的強度幾乎一致」為分數最高的答案。
為什麼強度的平均值較小,反而能成為強度強的材料呢?
簡單來說,再評估材料強度時,不是依其強度平均值,而是依木材全體中所含的較弱材質的量決定。
這是因為就算強度的平均值再怎麼高,如果強度直差異過大的話,成為破壞構造劊子手的弱質材料混雜在其中的可能性就很大,因此會降低木材的評價。
以集成材做為原料的木板其強度差異較大,但可藉由接著方法讓連結的木板互相幫助,取強補弱。
因此,強度性的差異性也會減小,就算是在要求高強度的部材上,也能夠安心的使用。
像這種藉由堆積木材的方式讓性能的差異性減低的現象稱為「積層效果」。
積層效果會隨著堆積層數越高,或者是原料的性能差異性越大,效果愈趨明顯。
雖然這只是個大概的數值,但將積層數二倍的話,性能差異性的值會降低到只有的程度。
附圖是以赤松積層材的木塊試驗片各1000片來進行線斷實驗時,強度分布的資料圖。
隨著積層的增加,強度分佈也就愈來愈凸出,由此可看出性能差異值的降低。
再由圓木分解成的木板或木片重新組合後的木材中,均可看見積層效果。
一般而言,木質材料比製材強度還要高,就是因為木質材料可藉由積層效果使其性能均質化。

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