木結構在住宅建筑工業化背景下的設計探索

陳 燁 張海燕 倪紹焜

（南京工業大學建筑學院 江蘇省南京市 210000）

引言

在社會化大生產的背景下，進行住宅工業化設計是一種進行住宅生產、經營的新的建造方式和組織形式。目前，我國住宅建筑工業化建設也已經進入了一個新的發展階段，國家相關部門也在國民經濟發展計劃中制定了“節能減排”、“綠色環保”的工作任務。在住宅建設方面，合理的利用資源，保護生態環境，從而實現節能、減排、節材等方面的要求。隨著這些措施的逐步落實，就意味著在我國發展環保節能的新型住宅將已經是未來中國住宅發展的大趨勢。與其他結構類型的建筑相比，現代木結構住宅具有施工周期短、節能環保性能好、保溫隔熱性能好、抗震性能好、易于擴建等優勢，能夠在節能減排等方面順應國家的要求，滿足使用者的需求。

1 近期我國建筑工業化規范發展

近年來，隨著我國城市化過程的加快，各級政府的高度重視發展建筑工業化，不斷出臺了相關政策，為我國建筑工業化的發展制定了一些列的規范、法則，促進建筑建造方式由傳統向現代工業化轉變。自2016年來，黨中央國務院連續發布的多個文件中都涉及了大力發展裝配式建筑。2016年2月頒布的《中共中央國務院關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》中提出了要大力發展裝配式建筑、大力推廣裝配式建筑的要求，并且提出力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達到30%。同年9月，國務院發布的《關于大力發展裝配式建筑的指導意見》（國辦發[3016]71號），更是全面系統地提出了推進裝配式建筑的目標、任務和具體措施。2017年2月，又發布了《國務院辦公廳關于促進建筑業持續健康發展的意見》（國辦發[2017]19號），也把裝配式建筑作為發展的一個重要內容。2017年4月，住房城鄉建設部發布了《建筑業發展“十三五”規劃》（建市[2017]98號），依然把建造方式的轉變、推廣裝配式建筑作為重點。

2 木材在現代建筑中的運用

近年來，現代木結構建筑快速興起。木材被大量運用于室內裝飾中，同時也在建筑結構上發揮了巨大作用。除了天然木材得到廣泛運用之外，新型木復合材料，如結構膠合材、層板膠合材、木“工”字型梁等也順勢而生，與此同時出現的一大批現代木結構的構筑方法、設計理論體系也為現代木結構的發展帶來新的契機。日益發展的科學技術為我們設計提供牢固的技術支持，同時也為設計的發展更新提供依據。

依據結構體系不同，現代木結構大致可以分為以下兩種類型；梁柱木結構體系和輕型木結構體系。

梁柱木結構體系（又稱柱式框架結構）應用較為廣泛，在很多建筑中都有所涉及。由于梁、柱之間的跨度較大，這種結構形式可以實現大跨度空間，空間劃分靈活。在綠色住宅設計中，一般需要考慮在全生命周期內對住宅空間進行設計，這就要求設計師在空間設計時選擇合理的結構形式。

輕型木結構體系是一種非常安全的高次超靜定的結構體系，在這個結構體系中用尺寸較小的木構件，按照等距離形式并且按照一定秩序排列成骨架結構形式，常由建筑物的墻面板、樓面板、屋面板等不同構件組成，從而承受不同情況下的各種荷載。這種箱形結構體系，除了安全性較高外，還具有空間靈活性、結構整體性強、結構重量輕、建造施工省時省力等優點，所以常常用來建造民用住宅。

結構用木材按照其加工方式的不同可以劃分為原木（Log）、鋸木（Sawn lumber）和膠合木（Glued lumber）這三種類型。對于現代木結構，鋸木、膠合木和工程木產品的應用廣泛。膠合木的出現為提高木材資源的利用率提供了可能，隨著生產和技術的不斷發展，除了傳統上用實木鋸材粘結生產的結構膠合木外，現在一些復合結構膠合木也出現在木結構建筑中。

鋸材是將樹干經過人工去皮、烘干等步驟，按照一定的尺寸要求切成不同的長度、截面形式。現代在鋸木生產加工過程中由于各種機器的性能、自動化程度大大提高，生產效率和原材料的利用率也得到了提升。按照其截面的尺寸，鋸木又可分為方木、板材和規格材這三類。

膠合木通常獎木材通過施壓膠合而成，制成不同截面形式的矩形材和板材。平行木片膠合板（PSL）、旋切板膠合木（LVL）等結構膠合材，具有質量均勻性、穩定性好，強度、可靠度高的優勢，使用時不易發生收縮、變形，不易產生裂縫，主要運用于梁、柱等。多層夾板和定向刨花板（OSB）等膠合板主要運用在輕型木結構中的墻體、樓面及屋面面板中。

不得不提的是近年來，交錯層壓木材的出現豐富了現代木結構的建筑形式。交錯層壓木材（CLT）是將窯干的杉木指接材通過分揀、切割成木方，然后正交疊放后，再使用高強度材料膠合成實木板材，并且可以按照使用者的要求定制面積和厚度。交錯層壓木材自身具備防火功能，具有極高的強度并且綠色環保，為木結構建筑提供靈活的設計方案。

3 木結構住宅工業化設計的主要內容

3.1 模塊化設計單元

模塊化設計是“將有特定功能的單元作為通用性的模塊與其他產品要素進行多種組合，構成新的單元，產生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列組合”。對于住宅建筑而言，其基本單元模塊則為套型。

在住宅的內部，根據不同空間的功能不同都有三種不同類型的空間：一般性生活空間（起居室），特定生活空間（臥室、工作室、廚房、衛生間），以及實用空間（儲藏室、過廳、走廊）。借由開放建筑理論，木結構住宅的模塊化設計策略主要是將不同功能的單元，經過選擇和搭配而組合出個性話的定制產品，滿足多樣化的需求。

集裝箱建筑就是單元模塊化建筑的一種，既可單獨使用也可組合拼裝。Perkins+Will設計公司為尼克森中海油遠程工作人員住宿項目設計的木質模塊化住宅原型就是一個例子（圖1）。這個木質模塊居住單元采用交叉層壓木材（CLT）為材料，高度節能，耐用，預制性能好，并且建造減少了材料的浪費，綠色環保的同時也保證了住宅的宜居性。

圖1 Perkins+Will設計的木質模塊單元

使用模塊化的設計可以有助于形成系列產品，并且由此推動組件設計標準化，提高工廠建造、生產的效率，大大節省開發和生產成本。對于住宅，可以將標準化的套型模塊進行組合，從而得出不同的平面組合形式和建筑形態，從而推導出多種住宅組合類型，為建筑設計的多樣化要求和住宅精細化設計提供可能。

3.2 立面設計

由于大量相似單元的重復使用，在立面設計總往往總是出現“千篇一律”、“千樓一面”的現象，建筑的地域性特征和個性化特征大大降低。建筑師在進行立面設計時既要在堅持標準化設計，同時也要在此基礎上實現立面多樣化、個性化的設計。

充分控制好重復單元的類型與數量，利用好戶型組合中標準化、模塊化、系列化的特點，形成一定的立面設計上的韻律感和節奏感。運用高低對比、縱橫穿插等設計手法，打破現行住宅條狀、板式的體積感，努力創造一種新的形式。

實現多樣化的立面形式，對于木結構住宅而言可選用不同材質的外墻飾面如：裝飾混凝土、清水混凝土、涂料、面磚或石材等等。巧妙運用不同材料的材質屬性，打破重復單元的乏味性，從視覺上帶來多樣化的效果。木材和其他建筑材料的結合使用，既能增加建筑立面的趣味性，又能使建筑更加自然而生動。

4 現代木結構住宅在中國發展的前景

（1）高效利用資源，符合當下綠色環保的時代主題。發展現代木結構住宅建筑有利于緩解我國目前高能耗、重污染的建筑建造情況，可以實現由改變傳統粗放的發展模式向綠色環保的新發展模式的轉變，可以有效減輕對傳統能源的依賴，從而減輕建筑建造過程中對周圍環境產生污染。

（2）提高居民的居住質量，改善建筑結構形式。今天我們已經進入“十三五”規劃，木結構建筑節能環保、易于施工安裝等諸多優點的完全符合現代社會對建筑可持續發展的要求。現代社會中，人們對環境及居住質量日益重視，生活方式也在發生著翻天覆地的變化。結合木結構自身的優勢，可以預見輕型木結構住宅在建筑市場中份額的增加。

（3）結構形式靈活，可以滿足不同人群、不同地域的各自使用需求。國內市場經濟逐漸成型，有大量外資及其相關人員進入中國，房屋消費群體迅速擴大，不同人群對住宅的要求也不盡相同。木質結構住宅結構形式靈活，同時還具有原生態、節能、節材的特點，可以為不同人群和不同地域的市場提供多種選擇。靈活可變的結構空間，也使得住宅在全生命周期內可以滿足居住者不同時間段的居住需求。

5 結語

社會經濟逐步發展，現代木結構住宅將逐漸為人們所接受并且正在大力發展。由于眾多優秀科研學者的加入，木結構科研水平得到了快速提高，木結構自身優勢在眾多建筑中也得到的凸現，現代木結構住宅也將會在中國的建筑市場擁有一席之地，并在中國未來的經濟建設中將發揮極其重要的作用。

[1]劉廣哲.現代木結構住宅的設計與施工研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2012：11～13.

[2]《木結構設計規范》（GB50005-200）.

[3]木結構設計手冊（第三版）.中國建筑工業出版社，2005.