現代木結構在園林建筑中的應用★

張 瑩 高 龍 謝嘉彤

(中國科學院國家天文臺，北京 100012)

現代木結構在園林建筑中的應用★

張 瑩 高 龍 謝嘉彤

(中國科學院國家天文臺，北京 100012)

對重型和輕型兩種木結構類型進行了介紹，分析了現代木結構常用的木材種類，并對現代木結構應用于園林建筑可能存在的耐火性、防腐性、設計標準統一性等問題進行了探索，提出了一些防治建議。

木結構，園林設計，木材，景觀小品

現代木結構采用傳統木材為原料，應用膠合等現代處理工藝，主要結構構件采用標準化的木材或工程木產品，構件連接節點采用金屬連接件連接的結構形式，突破了傳統木結構的諸多限制，分散了原料的自然缺陷，拓展了材料的適用范圍，相較傳統木結構具有自重輕、靈活性好、抗性強等優點[1-3]。就木制園林建筑而言，傳統的結構形式多采用抬梁式或者穿斗式，而現代木結構中采用現代結構理念，使用新型膠合梁結合金屬構件，突破了木材作為建筑材料在跨度和承重上的局限，更加穩定，強度更高，同時更加節省原材料。相關研究表明，傳統木結構建筑平均每平方米使用木材約0.5 m3～0.7 m3，而現代木結構建筑每平方米僅需0.2 m3～0.3 m3。

中國古典園林中不乏經典的木制園林小品、建筑，其中一些優秀的木結構建筑和小品由于高超的建造技藝和絕妙的造型設計，令人嘆為觀止[4]，雖然經歷了上千年的風雨，依然能屹立不倒。近些年出現并逐漸流行的現代木結構園林建筑作為一種既傳統又時尚的形式在園林設計中被越來越多的應用。

1 現代木結構的分類

現代木結構主要分為重型木結構和輕型木結構兩大類，前者是指用較大尺寸或斷面的工程木產品作為梁、柱的木框架，墻體采用木骨架等組合材料的結構形式，其承載系統由梁和柱構成；后者是指用標準的規格材、木基結構板材建造的木框架結構形式，其承載系統由墻骨柱和木構架墻體構成。

1)重型木結構。由于重型木結構是以木制梁、柱為主要承重結構，跨度較大的木結構，通常適用于在開闊場地建造的大型構筑物。我國傳統園林建筑中的亭、廊、榭、樓等都屬于這種梁柱式結構，包括在清明上河圖中出現的跨度較大的橋梁也屬于此類。可見重型木結構在園林設計應用中有著悠久的歷史。現代重型木結構中常使用膠合木(也叫膠合層壓木材，是一種將單獨的規格材在一定條件下膠結在一起制作而成的結構用材)作為主次梁柱及重型桁架的結構部件(見圖1)，歐洲在木結構建筑中使用膠合木結構已有數十年的歷史，經過多年的技術發展和研究，膠合木已經能夠在中性體量的建筑物中完全取代鋼結構和混凝土。在建造一些跨度較大的會所、車站、會展中心、廊架、門廊、茶餐廳、咖啡館和體育館等景觀小品和公共構筑物時應用較為廣泛。2010年在上海舉行的世博會中瑞典館、溫哥華館、加拿大館、挪威館等都采用了重型木結構的形式。

2)輕型木結構。輕型木結構由使用間隔緊密的規格定型木構件，結合覆面板的墻體、樓板和屋蓋系統構成的單層或多層構筑物，是北美住宅常見的結構形式。這種結構類型主要是以鋼筋混凝土或砌體為基礎，上部結構采用規格材和木基結構板材以及其他工程木產品，其特征類似箱形結構。上部結構與基礎之間通過錨栓相接，抗震性能較好，主要用于建造辦公樓、商務會所和獨棟別墅等。其中以北美輕型木結構較為常見，通常以2×4 m，2×6 m規格板材作為龍骨，外覆結構板材形成剪力墻，內填保溫材料并加上防水系統，北美地區90%以上的別墅住宅都采用此種模式建造[5]。

2 現代木結構常用的木材種類

1)花旗松(Pseudotsuga menziesii)。花旗松是一種常見的先鋒樹種，一般不與其他樹種混合生長。其樹皮厚，呈紅褐色，樹干通直且分支點高，樹體高度通常達到35 m～50 m，直徑可達120 cm或更粗。花旗松是優質軟木中最堅固的木材，具有強度高、硬度大和耐久等特點，可產生出長度長、紋理細的無缺陷材和適合再加工的加工用材以及品種繁多的高強度結構用產品。根據花旗松的物理特性和加工特點，其作為結構用材在注重結構性能的領域被廣泛使用，特別適合制作成膠合木用于結構構件和重型木結構中的木框架。

2)西部紅柏(Thuja plicata)。西部紅柏是壽命長、且耐腐蝕、耐蟲害的北美軟木種類之一，成年樹體巨大。其木材重量輕、質地軟，紋理均勻，具有筆直的紋理并且不包含樹脂。所有這些特性使其木材易于加工處理，對于要求高抗腐蝕性、尺寸穩定性和良好的絕緣值的應用場合，西部紅柏是優先選擇的樹種。由于外觀優美、耐久性良好，西部紅柏廣泛應用于景觀美化中，可用于建造平臺、花架、圍欄、屏風和庭院家具等多種細木工產品。同時，西部紅柏能很好的吸收油漆和著色劑，也是護墻板、木飾條的首選木材。上海世博公園外飾面大量使用西部紅柏，是國內第一個在公園內大面積采用無節、無色差西部紅柏的項目。

3)SPF(云杉—松—鐵杉)。加拿大的廣袤森林出產了世界上質量最好的軟木木材。SPF(云杉—松—鐵杉)是加拿大最主要的經濟樹種，由四類樹種組成，分別是白云杉、英格曼云杉、小干松和阿爾卑斯鐵杉，由于這四類樹種具有極其相似的物理特性，所以通常組合使用。SPF的樹種群具有耐寒、中等尺寸等共性，平均26 m高，直徑最大800 mm，由于生長在較為寒冷的氣候中，生長速度較為緩慢。其木材強度大而且易于加工，經過窯干的SPF木材質量輕，穩定性強，加工性好，紋理漂亮，且供應量充足，是建筑及結構用材的重要選擇。

3 現代木結構應用于園林建筑可能存在的問題

3.1 木材的耐火性和防腐性

在使用木結構進行建造時，消防通常是人們較為關心的問題，但與傳統概念相悖的是，發生火災時，木結構比鋼筋混凝土或磚結構的安全性更好[6]，圖2為由美國國家林產品協會(National Forest Products Association)提供西南研究所(Southwest Research Institute)的測試結果。這主要是由于現代木結構中根據防火需要對材料所做的處理，處理方法主要有以下三種：1)隔離法：現代木結構，尤其是輕型木結構中常使用防火石膏板將木結構部分與火源隔離，這樣可以達到與磚石結構相同的防火性能。2)炭化法：木材在燃燒過程中，外層的焦炭層可以起到阻止火焰侵入的作用，而鋼結構由于良好的導熱和延展性，在火災中常常因為受熱變形導致房屋倒塌，因此木結構比鋼結構的耐火性更強。通常現代木結構在選材時會預留耐火碳化層，以花旗松為例，在火災中的碳化速率約38 mm/h，因此在切割木材時除結構計算所需要的斷面尺寸外，需預留1 h～2 h耐火碳化層以應對火災[7]。3)涂料法：現代木結構可以通過在木材表面噴涂耐火涂料以達到提高耐火性的目的，但由于此種方法成本較高，且涂料脫落會影響美觀等原因，在現代木結構中較少使用。另外，防腐處理技術在現代木結構材料中已經比較成熟，主要是將木材的含水率降至15%以下并使用防腐劑，這樣可以防止木腐菌的生長，保證木材使用的長久性。

3.2 設計標準的統一性

由于近年來木結構在加拿大、北美等國家應用較多，因此在設計和預制材料的尺寸方面多采用英制(英制與公制的基本換算：1英寸=0.025 4 m，1英尺=12英寸，1 m=39.37英寸)，與我國設計行業所使用的公制不統一。如果用公制進行施工圖設計，使用進口英制尺寸的木材作為原材料，則會由于尺寸換算而產生不必要的浪費。因此統一標準，并通過合理設計及選材可以大大節省材料和節約成本。

3.3 抵御外界惡劣環境的能力

由于木材的自然屬性，沒有進行后期維護的木結構的外觀，會隨著日光照射、雨水沖刷等發生變化，產生局部開裂、褪色等現象，雖然不會傷及木結構的穩定性和安全性，但會嚴重影響美觀(見圖3)。經過對年代較久的現代木結構建筑的觀察發現，通常淺色木結構較深色更易褪色變舊。在園林設計應用中，木材靠近地面的部分建議進行特殊的防腐處理，如不經防腐處理而直接在戶外應用則必須采用懸挑和細節設計來隔濕防潮，約每隔2年～4年需要對木結構的外立面進行維護保養。

同時，使用木結構建造時要注意防止白蟻等生物對木材的破壞，較為大型的木結構構筑物常采用“裝飾層+防火層+防白蟻層+結構層”的結構形式。

4 結語

近年來，現代木結構越來越多地應用于園林建筑中，其克服了傳統木結構的局限，具有環境友好、施工周期短、靈活性強、耐久性好等諸多優勢，符合可持續利用的基本原則。常用的木材種類包括花旗松、西部紅柏、SPF等，根據各自的特性適用于園林設計的不同領域。同時，現代木結構能夠很好地應對木結構存在的耐火性差、易腐蝕等問題，在設計時需要注意尺寸規范標準的統一，以及對木結構的長期維護保養。

[1] 輕型木結構住宅與磚混復合保溫墻體結構住宅建筑節能及空調供熱系統檢測與對比研究報告[R].哈爾濱:哈爾濱工業大學建筑節能技術研究所，2008.

[2] Puettmann M E, Wilson J B. Life-cycle Analysis of Wood Products: Cradle-to-gate Lci of Residential Wood Building Materials[J].Wood and Fiber Science,2007,37(Special Issue):18-29.

[3] 中國木結構建筑與其它結構建筑能耗和環境影響比較[R].北京：清華大學國際工程項目管理研究院建筑環境與設備研究所，2006.

[4] 郝春榮.從中西木結構建筑發展看中國木結構建筑的前景[D].北京：清華大學，2004.

[5] Thompson J W, Sorvig K. Sustainable landscape construction: a guide to green building outdoors (2nd ed.)[M].Washington DC: Island Press,2007.

[6] 施煜庭.現代木結構建筑在我國的應用模式及前景的研究[D].南京：南京林業大學，2006.

[7] 嚴國華,吳建紅.淺析在園林景觀工程中合理應用木結構措施[J].中國新技術新產品，2011(13):195.

[8] 張 生,郭鎮坤.園林生態景觀應用中的木結構建筑及設計[J].科技創新導報，2011(26):30.

The application of modern timber structure in landscape architecture★

Zhang Ying Gao Long Xie Jiatong

(ChinaSciencesAcademy,NationalAstronomicalObservatory,Beijing100012,China)

This paper introduced the heavy and light two kinds of wood structure types, analyzed the wood species of modern wood structure commonly used, and explored the fire resistance, non-corrosibility, design standards uniformity and other issues applied the modern wood structure to landscape architecture, put forward some prevention suggestions.

wood structure, garden design, wood, landscape sketch

2014-12-20 ★：國家自然科學基金青年科學基金項目(項目編號：11303062)

張 瑩(1986- )，女，工程師； 高 龍(1979- )，男，工程師； 謝嘉彤(1985- )，男，工程師

1009-6825(2015)06-0191-02

TU366.2

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