木結構建筑

摘要：本文將對木結構建筑的起源與發展，木材的基本性質做以簡要介紹，并對幾個當代的木結構建筑實例做以簡要介紹和分析。

關鍵詞：木結構 建筑

1 木結構建筑起源與發展概況

中國木構建筑起源于商朝時期，距今有3000年歷史。隋唐時期是中國封建社會發展的高峰，也是中國古代建筑發展的成熟階段。這個時期的大量的木構建筑規模宏大，結構嚴謹。到了宋朝以后，制定出以“材”為標準的模數制，使木構建筑的設計與施工達到了一定程度的規格化。建筑的各個構件都符合“材契”的模數，如斗拱。（圖1）宋朝的木構建筑柔和秀美，特別是建筑與園林的結合，達到了相當高的境界。明清時期，木構建筑達到最后的高潮，以北京故宮建筑群為主要代表。建筑單體和群體的設計手法均達到了木構建筑的頂峰。這個時期的建筑以“斗”為基本的模數。

古代木構建筑的木構架結構方式有抬梁、穿斗和井干三種不同方式。抬梁式使用廣泛，這種木構架是沿著房屋的進深方向在石礎上立柱，然后在柱上架梁，再在梁上重疊數層瓜柱和梁，最上層梁上立脊瓜柱，構成一組木構架。在平行的兩組木構架之間，用橫向的枋聯絡柱的上端，并在各層梁頭和脊瓜柱上安置若干與構架成直角的檁。（圖2）

穿斗式木構建筑也是沿房屋進深方向立柱，但柱的間距較緊，柱直接承受檁的重量，不用架空抬梁，而以數層“穿”貫通各柱，組成一組組的構架，它的主要特點是用極小的柱與“穿”做成相當大的構架。（圖3）

古代中國木構架結構體系的主要的優點是：承重結構和圍護結構的各自獨立；模數制；榫卯連接方式。中國是一個多地震的國家，由于木材具有的特性，以及構架節點所用斗拱、榫、卯又都有若干伸縮余地，這使得古代的木構建筑可以很好地吸收地震力，做到“墻倒屋不塌”。

近代19世紀以后，隨著工程技術的發展，新的材料的應用，使木構建筑逐漸退出歷史的舞臺。代之以混凝土，鋼，玻璃等現代建筑材料為主要材料的建筑。

20世紀，人類經濟、社會、文化都得到了飛速的發展。建筑的地方性和歷史性重新被加以認識。同時，可持續發展的思想也已滲透到社會意識形態的各個層面。傳統的木建筑在長期的發展演變中總結出了一套適應當地氣候、地形、資源等自然條件的建設經驗，沉淀了豐富的技術手段和藝術文化內涵。這些適用技術和地方傳統建筑文化，對于當代的建筑生態和建筑文化的延續問題都有著很大的啟示。

2 木材的基本性質

2.1 木材的物理性質 ①木材含水率。木材的含水率(W)是指木材中所含水分的質量占其烘干質量的百分率。②木材的干縮性。木材的干縮性是指木材從濕性變化到氣干或全干狀態時，其尺寸（縱向或橫向）或體積隨含水率的降低而不斷縮小的性能。木材干縮的程度通常用干縮率(β)表示。③木材密度。木材的密度是指木材單位體積的質量，通常分為氣干密度（ρw），全干密度（ρ0）和基本密度（ρy）三種。④木材的變形和開裂。木材含水率變化時，會引起木材的不均勻收縮，致使木材產生變形。由于木材在徑向和在弦向的干縮有差異以及木材截面各邊與年輪所形成的角度不同而發生不同形狀的變化。鋸成的板材總是背著髓心向上翹曲的。

2.2 木材的力學性質 木材在物理力學性質方面都具有特別顯著的各向異性。順木紋受力強度最高，橫木紋最低，斜木紋介于兩者之間。此外，木材的強度還與取材部位有關，例如樹干的根部與梢部、心材與邊材、向陽面與背陽面等都有顯著的差異。主要的力學指標有：木材順紋受壓、受拉、受剪和靜力彎曲強度，木材受拉、受壓、受剪及彎曲彈性模量，木材順紋受剪性質，木材橫紋承壓的性質等。

2.3 木材缺陷 木材由于構造不正常或受到機械損傷及發生病蟲害等，使材質受到影響，降低了木材的利用價值，甚至使木材完全不能使用，這些都稱為木材的缺陷。

根據國家標準“木材缺陷”（GB155-84），將木材缺陷分為九大類，即：節子、變色及腐朽、蟲害、裂紋、樹干形狀缺陷、木材構造缺陷、傷疤、不正常的沉淀物、木材加工缺陷等。其中節子、腐朽及裂紋對材質影響最大。

2.4 木結構設計的基本方法 根據《建筑結構設計統一標準》GBJ68-84的規定，各類材料的建筑結構均應采用以概率理論為基礎的極限狀態設計法。這種方法以可靠指標β度量結構可靠度，并建立了可靠指標與極限狀態方程的關系式，直接按基本變量的統計參數進行設計。

2.5 木結構構件計算分類 木結構構件按各種受力情況，可以分成軸心受拉和軸心受壓構件、受彎構件。其中受彎構件又分為單向受彎和雙向受彎兩類。

軸心受拉構件主要計算內容是軸心拉力設計值；軸心受壓構件主要計算受壓承載能力；受彎構件的計算包括彎曲強度驗算、剪切強度驗算和撓度驗算。

2.6 木結構的連接分類 木結構構件的連接方式主要有齒連接、螺栓連接和釘連接、斜鍵連接等，傳統的有榫卯連接方式。

3 現代木結構建筑實例與分析

實例一：Komyoji寺廟（圖4）

工程地點：日本Saijo Ehime

建筑師：安藤忠雄

這個項目位于一個內海小城，是Jodo-Shinshu寺廟的重建工程。

主要大廳是一個龐大的空間體量，由四組組合柱支撐，屋頂由無數交叉的梁覆蓋，這些梁一層疊一層地挑出墻外，形成獨特的組合形式，簡單而實用。這是木結構適應現代技術的特殊建造方法。

實例二：瑞士展館（圖5）

工程地點：漢諾威

建筑師：彼得·卒姆托

在漢諾威2000年世界博覽會上出現的瑞士展館是一個四面開放，近似露天的建筑。由12組共98堵木墻組成，所有的木墻都是由規格統一的方形木條構成。這些木條彼此間的搭接僅借助于鋼片彈簧，沒有其他粘結材料。搭結方式和傳統的井干式相類似，把木材作為一種塊材，而不是桿件，只發揮木材的受壓特性。

實例三：摩爾住宅（圖6）

工程地點：美國

建筑師：阿爾佛里多·德維多

建筑為木結構，梁柱材料都是取自基地上的成熟的紅橡樹。建筑取材必須在建筑破土動工之前很早就完成，這樣才能保證木材干燥成型。基地上原來的石頭圍墻成為混凝土墻的裝飾材料。木材、石頭和其他材料豐富的色彩使得建筑和自然環境融為一體。

實例四：皮亞諾事務所工作室（圖7）

工程地點：意大利熱那亞

建筑師：皮亞諾事務所

這個工作室在結構上最顯著的控制因素是由木板層疊而成的木梁構成的屋面框架，整個構造由細鋼柱支撐，其聯系構件也是鋼的。木梁上面是可以自動調節光線的光敏性玻璃。

4 結語

木材在當代的應用已有了很大的突破，它打破了傳統梁柱的結構體系，使木材的各種力學優勢得到了充分的發揮，尤其是其抗彎曲性、彈性和可塑性。同時，木材和其他建筑材料——金屬、玻璃、磚、石材等的復合使用，在建筑中創造出令人意想不到的建筑空間效果和光影關系，充分發揮了各種材料不同的表現特點，使各種材料的質感、色彩、肌理達到完全展現。

參考文獻：

[1]石構建筑與木構建筑.韓偉強.東南大學出版社.

[2]中國建筑美學.侯幼彬著.黑龍江科學技術出版社.

[3]古代大木作靜力初探.王天.文物出版社.

[4]木結構工程.樊承謀.中國建筑工業出版社.

[5]木結構設計手冊.建筑結構設計手冊叢書編委會.中國建筑工業出版社.

作者簡介：

邵英華，1976年6月出生，工程師，長期從事建筑設計工作。

李笑非，1982年3月出生，助理工程師，長期從事建筑設計工作。