我國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展趨勢分析

周 睿

(廣東省輕紡建筑設(shè)計(jì)院有限公司,廣東 廣州 510080)

0 前 言

木結(jié)構(gòu)是我國幾千年建筑歷史上最重要的一種結(jié)構(gòu)體系，集歷史、藝術(shù)、科學(xué)于一體，具有極高的觀賞價(jià)值。但自20世紀(jì)60年代開始，混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)建筑日益增多，新建建筑中木結(jié)構(gòu)所占的比例越來越少。由于鋼筋、砂石、水泥資源有限，不環(huán)保、不可持續(xù)，許多地方砂石開采已經(jīng)告急，水泥生產(chǎn)對環(huán)境污染嚴(yán)重，每年的建筑業(yè)能耗和排放的CO2分別為全國總量的30%和40%以上，嚴(yán)重制約了我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

在鋼材、混凝土、木材、石材四大常用建筑結(jié)構(gòu)材料中，木材是唯一一種可再生建筑材料，生產(chǎn)1 t鋼鐵和水泥，分別釋放1.6 t和1.0 t CO2，而生產(chǎn)1 t木材，需要吸收1.6 t CO2，產(chǎn)生1.2 t O2，而是唯一的“負(fù)碳”型材料，生態(tài)環(huán)保效益顯著；而水泥生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的顆粒物、SO2、氮氧化物以及鋼材生產(chǎn)過程產(chǎn)生的粉塵、SO2等都是大氣污染源[1]。因此，隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們對生態(tài)人文居住生活環(huán)境的要求逐漸提高，推廣應(yīng)用木結(jié)構(gòu)已成為全社會(huì)的共識，符合可持續(xù)發(fā)展的國家戰(zhàn)略。

1 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)

1.1 低碳、環(huán)保，可持續(xù)發(fā)展

隨著環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，建筑行業(yè)采用具有天然環(huán)保屬性的木材作為主要材料對于低碳排放非常重要。木材、鋼材和水泥三種建筑材料的碳排放系數(shù)分別為30、6 470和1 220 kg CO2/t[1]，木材生產(chǎn)碳排放明顯低于鋼材和水泥，對生態(tài)環(huán)境影響小。而且，拆除后的木材可以再次循環(huán)利用，不同于鋼筋混凝土無論是建設(shè)過程中還是拆除后，都會(huì)產(chǎn)生大量難以處理的垃圾，幾十年甚至上百年也無法形成良好的循環(huán)。因此，木結(jié)構(gòu)建筑無論是在生產(chǎn)、建設(shè)和拆除環(huán)節(jié)都比其他形式的建筑更為環(huán)保。

1.2 保溫性能好

木材是一種天然的隔熱材料，其導(dǎo)熱系數(shù)小，一般是0.1～0.2 W/(m·K)，而普通混凝土是1.28 W/(m·K)，鋼材大約在13.7～43.6 W/(m·K)。因此，木質(zhì)墻體的保溫隔熱好，有利于減少為了保溫、隔熱而需要消耗的能量。同樣的保溫效果，木質(zhì)墻體的厚度只有混凝土結(jié)構(gòu)的1/4，可節(jié)能50%～70%。何恩霞等[2]研究指出，在上海地區(qū)，木結(jié)構(gòu)房屋采暖耗能比輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋低27.1%，比混凝土結(jié)構(gòu)房屋低31.3%。因此，木結(jié)構(gòu)室內(nèi)溫度變化受室外環(huán)境影響較小，保溫性好。

1.3 安全性能高

傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的連接方式為榫卯搭接，構(gòu)成柔性框架，韌性大，一根根薄薄的木質(zhì)構(gòu)件經(jīng)榫卯搭接后能夠承受較大的壓力與荷載，有利于抵抗瞬間沖擊，具有抵抗周期性疲勞破壞的能力。發(fā)生地震時(shí)，地基的震動(dòng)雖然會(huì)引起榫卯連接的木結(jié)構(gòu)基石的運(yùn)動(dòng)，但因基石與木柱之間沒有固定連接，可允許一定量的水平錯(cuò)位，于是大大降低了地基傳到木結(jié)構(gòu)的水平震動(dòng)能量；而且由于木結(jié)構(gòu)建筑自身的質(zhì)量小、彈性好，地震時(shí)吸收的震力也相對較少。因此，無論是在抗震還是承受荷載方面木結(jié)構(gòu)都優(yōu)于許多現(xiàn)代工藝。歷史證明，我國的木構(gòu)建筑能抵御里氏7～8級的地震[3]。

同時(shí)，木結(jié)構(gòu)還具有良好的防火安全性。木材的耐火性明顯高于鋼筋和混凝土，木材的傳熱能力相當(dāng)于混凝土的1/8左右，鋼筋的1/400。木材燃燒時(shí)，通常以0.7 mm/min的速度碳化，表面會(huì)形成一層碳，碳化層自然地將木材與外界隔離，成為絕佳的阻燃層，保護(hù)內(nèi)部的木材不再燃燒，提高木結(jié)構(gòu)可承受的溫度，而且，燒焦斷面里面的木料仍有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[4]。而鋼材的燃點(diǎn)雖然高達(dá)1 000 ℃以上，但在溫度達(dá)到550 ℃左右時(shí)發(fā)生變形，其結(jié)構(gòu)性能受到破壞。因此，鋼筋在大火中強(qiáng)度減弱迅速坍塌，變成了一堆廢鋼架，不再能作為結(jié)構(gòu)?？梢姡窘Y(jié)構(gòu)比鋼結(jié)構(gòu)更具有防火性。

1.4 遵循人與自然相融合，有益于身心健康

在我國古代，木代表的是生命，木結(jié)構(gòu)建筑在視覺上給人溫暖、親近的感覺，研究表明，居住在木結(jié)構(gòu)房屋中可以緩解壓力，降低血壓和心率，有利于居住者的身心健康。此外，木材還具有良好的保溫、調(diào)濕和殺菌作用，據(jù)報(bào)道[5]，紅檜心材、扁柏心材、杉木精油等對多種細(xì)菌具有很好地抑制作用；木材中的微量成分還能抑制引發(fā)過敏性疾病的螨蟲繁殖，提高居住的舒適度和生活質(zhì)量。

1.5 設(shè)計(jì)、改造方便

木結(jié)構(gòu)能夠突破自身尺寸限制，不受傳統(tǒng)建筑的限制，設(shè)計(jì)靈活，結(jié)構(gòu)更改簡單、方便，給予建筑設(shè)計(jì)師更大的想象和自由發(fā)揮空間，有利于實(shí)現(xiàn)各種不同風(fēng)格的設(shè)計(jì)；施工過程中也可靈活調(diào)整和更改洞口位置、空間布局等，相對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更易改擴(kuò)建。

1.6 裝配化施工

根據(jù)國外的經(jīng)驗(yàn)，新的木結(jié)構(gòu)已摒棄以前的設(shè)計(jì)與人工制造的方法，采用現(xiàn)代的膠合木結(jié)構(gòu)建造，工廠化生產(chǎn)、工地現(xiàn)場裝配施工。事先將木結(jié)構(gòu)的墻體、樓板、擱柵、屋架、按照圖紙預(yù)先生產(chǎn)制作，并將它們標(biāo)上位置序號，到了現(xiàn)場，直接進(jìn)行組裝，大大加快了建筑施工效率，施工周期只需同等規(guī)?；炷两Y(jié)構(gòu)建筑的1/3～1/2[6]。

2 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前歐美國家保留了大量的木結(jié)構(gòu)建筑，例如，在芬蘭和瑞典等國，90%的住宅是1～2層的木結(jié)構(gòu)建筑，而北美地區(qū)的居民建筑中木結(jié)構(gòu)占到80%以上，主要是一些獨(dú)棟小別墅；日本木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也非常廣泛，3層及3層以下的木質(zhì)結(jié)構(gòu)房屋隨處可見[7]。目前我國的木結(jié)構(gòu)建筑主要以住宅為主，農(nóng)村地區(qū)較為集中，木材的應(yīng)用也主要是屋頂構(gòu)架方面，在北方平原的青磚紅瓦房以及南方水鄉(xiāng)的2層閣樓屋頂中都能看到木質(zhì)結(jié)構(gòu)的承重骨架；而城市因土地限制住宅較少，木結(jié)構(gòu)僅在景觀建筑和一些外裝中普遍使用。

3 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑存在的問題

3.1 認(rèn)識不全面

人們普通認(rèn)為木結(jié)構(gòu)建筑容易著火、不牢固、不耐久、不防潮、不防蟲蟻，破壞森林資源、成本高等傳統(tǒng)認(rèn)識上?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)已經(jīng)不同于使用簡單鋸材及依賴大直徑原生木材的傳統(tǒng)建造方式，通過現(xiàn)代加工工藝處理，克服了易燃、易腐等缺陷；工業(yè)化生產(chǎn)的工程材構(gòu)件，能提高原材的利用率和性能，拓寬木材在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，應(yīng)用于大跨度和多層建筑中；現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)構(gòu)件可進(jìn)行工廠預(yù)制，產(chǎn)業(yè)化水平高；且國際上可持續(xù)森林管理實(shí)踐已相當(dāng)成熟，可保證森林的可持續(xù)發(fā)展和持續(xù)穩(wěn)定的木材供應(yīng)。

3.2 適用性有所局限

我國土地資源緊張，城市住宅土地利用規(guī)劃控制嚴(yán)格，加上國家標(biāo)準(zhǔn)對木結(jié)構(gòu)建筑的層數(shù)和高度有規(guī)定，只適合于建造低密度的民用建筑和公共建筑，例如，特色地區(qū)和旅游度假區(qū)古建筑的修復(fù)和仿古建筑的建造、寺廟建筑、園林景觀、多功能場館、休閑會(huì)所等。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不夠健全

自2003年我國發(fā)布《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50005-2003)以來，至今我國在木結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)、施工等方面發(fā)布的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程不到30部，這其中還包含了省市發(fā)布的規(guī)程，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的編制跟不上市場發(fā)展的需要[8]，從而限制了木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展和推廣應(yīng)用。

4 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展趨勢

2015年以來，我國的生態(tài)化進(jìn)程加快，木結(jié)構(gòu)越來越受到重視。目前，正以每年600多棟的速度建造木結(jié)構(gòu)房屋，但與發(fā)達(dá)國家相比，國內(nèi)的木結(jié)構(gòu)房屋建造數(shù)量還存在巨大差距，在北美每年建造的150萬棟房屋中，約有95%的低層住宅采用現(xiàn)代輕型木結(jié)構(gòu)體系，還有許多低層商業(yè)建筑和公共建筑則采用了重型木結(jié)構(gòu)建造[9]。現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)在日本、韓國也較為流行和普及，特別是一些高檔別墅、傳統(tǒng)民居等都喜歡采用木結(jié)構(gòu)建筑。因此，隨著人口的持續(xù)增長，城市化進(jìn)程的加快，具有綠色生態(tài)、抗震性能好、工業(yè)化程度高、健康宜居等優(yōu)勢的木結(jié)構(gòu)，在我國的發(fā)展空間和潛力巨大。

4.1 美麗鄉(xiāng)村建設(shè)

在美麗鄉(xiāng)村建設(shè)過程中，既要注重保留鄉(xiāng)村特色，又要保護(hù)好現(xiàn)有的田園風(fēng)光和地理環(huán)境，留住綠水青山，繼承和發(fā)展鄉(xiāng)村的傳統(tǒng)文化，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共生。木結(jié)構(gòu)建筑是唯一綠色生態(tài)建筑，建筑形態(tài)也是變化多端，多種多樣的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)可以很好地保證建筑風(fēng)格與鄉(xiāng)村風(fēng)格一致，突出各地的差異化、特色化。

4.2 旅游度假建筑

隨著人們生活水平的提高，越來越追求高質(zhì)量的生活方式，休閑度假的需求日益旺盛，具有綠色生態(tài)優(yōu)勢的木結(jié)構(gòu)建筑對環(huán)境影響較小，能較好地融入到自然風(fēng)景中，可順應(yīng)生態(tài)文明和可持續(xù)發(fā)展潮流，適合于作為旅游度假建筑。

4.3 個(gè)性化建筑

人們文化素養(yǎng)和審美觀念的提升，要求建筑能凸顯自身特點(diǎn)，能滿足不同建筑風(fēng)格的木結(jié)構(gòu)建筑可以充分地體現(xiàn)個(gè)性化特色，適合應(yīng)用于休閑會(huì)所、俱樂部、會(huì)議中心、小型辦公樓等建筑中，從而展示出不同的建筑藝術(shù)風(fēng)采。

4.4 宗教文體建筑

健康宜居的木結(jié)構(gòu)特別適合學(xué)校、體育館、培訓(xùn)中心、佛教寺廟等建筑，隨著人們對教育的重視和宗教文化的尊重，以及政府對全民教育投入的增加，木結(jié)構(gòu)將大量應(yīng)用于文教建筑。

4.5 工業(yè)建筑

快速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)，對工業(yè)化建筑的提出了更高的要求，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)以良好的抗震、保溫性能和靈活的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，引起了廣泛關(guān)注和重視，裝配式木結(jié)構(gòu)建筑和多高層木結(jié)構(gòu)建筑在工業(yè)化建筑所占的比例將越來越大。

5 結(jié)束語

隨著國家倡導(dǎo)節(jié)能建設(shè)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，以及木結(jié)構(gòu)建筑工藝技術(shù)的提高，為木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展提供了廣闊的空間，預(yù)計(jì)不久的將來，我國木結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)將會(huì)出現(xiàn)爆發(fā)式發(fā)展，建筑市場可能形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)三足鼎立之勢。

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