木結構與鋼結構建筑發展比較分析

張禹 王洋

摘 要：木結構與鋼結構建筑是建筑的兩大類型。中國古代建筑以木質為主，歷史悠久，且中國幅員遼闊，木材類型多樣。古代木結構建筑保存完好者眾多，有豐富的研究案例。而鋼結構建筑因為其自重輕，施工簡便等優勢而廣泛應用于廠房、場館、超高層等領域，隨著經濟社會的發展而逐漸占據了建筑結構的主要類型。本文在明確木結構與鋼結構建筑的定義、特點基礎上對其優缺點進行比較分析，進而展望其可應用領域及發展前景。

一、木結構與鋼結構的定義

木結構顧名思義就是用木材制成的結構。木材是一種取材容易，加工簡便的結構材料。木結構自重較輕，木構件便于運輸、裝拆，能多次使用，故廣泛地用于房屋建筑中，也還用于橋梁和塔架。中國古代木結構建筑由于耐火性能較差、抗震性不穩定，逐漸遜色于其他類型建筑。而隨著現代綠色建筑環保理念的深入發展，木結構建筑再次備受現代人青睞，具有良好的發展前景。

鋼結構是由鋼制材料組成的結構，是主要的建筑結構類型之一。結構主要由型鋼和鋼板等制成的梁鋼、鋼柱、鋼桁架等構件組成，并采用硅烷化、純錳磷化、水洗烘干、鍍鋅等除銹防銹工藝。各構件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。

二、木結構與鋼結構的優缺點比較分析

首先，木結構綠色環保。建筑取材于木材，木材是一種可再生資源，具有綠色、環保、可降解等特點。同時，木質建筑有較好的隔熱保溫性能，保溫節能性能優于其他任何材料建成的結構形式。木材本身就是出色的絕熱體，在同樣厚度的條件下，木材的隔熱值比標準的混凝土高16倍，比鋼材高400倍，比鋁材高1600倍。所以，輕型木結構住房的取暖費用比較低，冬暖夏涼。其次，木結構具有一定的耐久性。木材是一種穩定、壽命長、耐久性強的材料，用木材制成的建筑均具有抗沉降、抗干、抗老化等特點，具有顯著的穩定性。如果使用得當，木結構可以成為現有房屋結構中最經久耐用的結構之一。最后，木結構建筑造型美觀、輕便。輕型木結構因其材料和結構的特點，使得平面布置更加靈活，為建筑師提供了更大的想象空間沒有任何其他建筑體系能夠提供如此天衣無縫的室內碗柜、隔板和衣櫥，從而大幅度節省購買家具的費用。

但是木結構建筑也存在一定的缺點：由于木材的易燃性，木質結構的耐火很差，包括中國在內的東亞眾多傳統建筑都毀于火災;木材也易受潮水、蟲蠹腐蝕侵害。更重要的是，木材的生長周期較長，一旦使用木質結構建造房屋，需要大量的成年樹木，古代建造時無計劃的圈山伐木是對環境是一種嚴重破壞。

鋼結構建筑鋼結構住宅的特點：

第一是抗震性：低層別墅的屋面大都為坡屋面，因此屋面結構基本上采用的是由冷彎型鋼構件做成的三角型屋架體系，輕鋼構件在封完結構性板材及石膏板之后，形成了非常堅固的"板肋結構體系"，這種結構體系有著更強的抗震及抵抗水平荷載的能力，適用于抗震烈度為8度以上的地區。其次是耐久性：輕鋼結構住宅結構全部采用冷彎薄壁鋼構件體系組成，鋼骨采用超級防腐高強冷軋鍍鋅板制造，有效避免鋼板在施工和使用過程中的銹蝕的影響，增加了輕鋼構件的使用壽命。結構壽命可達100年。同時，鋼結構的隔音性非常好，音效是評估住宅的一個重要指標，輕鋼體系安裝的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音達40分貝以上;由聚氨酯夾芯板保溫材料組成的墻體，其隔音效果可高達80分貝。

鋼結構的缺點在于耐腐蝕性差、耐熱但不耐火，鋼結構在攝氏600度以上失去將承載能力，在急低溫等條件下，可能發生脆性斷裂;骨架較為修長，當受到地震、風力作用時，都有一定程度的擺動，對于較敏感的使用者，會有暈眩的不適感;同時，造價成本要高于水泥結構，目前在國內并沒有當范圍的普遍流行開來。

三、木結構與鋼結構的應用范疇與發展前景

隨著我國經濟的高速發展和人們日益增長的物資需求，對生活品質和居住環境提出了更高的要求。由于木結構建筑的個性化設計、親近自然、舒適環保等優點，對經濟實力提高的國民有著更大的吸引力。目前國內木材工業的發展，為木結構建筑的應用奠定了技術基礎。如我國已經成為人造板生產大國，用于建筑的多層膠合板生產量也位于世界前列，已經形成了工業化的生產規模，隨著技術的不斷完善發展，大規模建造木結構建筑是可行的。

木結構建筑及其構筑物在可用于以下范疇考：

1.長三角、珠三角等經濟發達地區的新農村住宅建設;

2.地震多發地的抗震木結構住宅建設;

3.風景旅游地區和最佳人居環境城市的生態環保住宅和園林景觀的亭、臺、榭、廊、橋等建構筑物建設;

4.古木建筑的修繕與重建。大量古木建筑，如故宮、寺廟等重點修繕和保護，對過去因火災、戰爭毀壞的古木建筑進行重建。

新型木結構建筑在我國發展已有良好的開端，且發展迅速，相信順應綠色、環保、節能、低碳時代潮流和理念的木結構建筑一定有更加美好燦爛的明天。

而鋼結構的住宅在西方發達國家已有百年的發展歷史，由于具備其他結構無法比擬的優點，鋼結構從設計、施工、到一系列新材料的使用都出現了革命性的變化，在國際范圍內代表了未來的住宅發展方向。但是，目前我國住宅鋼結構占比不超過5%，與國外發達國家幾乎超過50%相比，我國還處于起步階段難以推廣的關鍵原因在于造價高昂，各種配套產品市場不成熟。根據我國學者研究的文獻顯示，建造住宅鋼結構的工程經濟造價要比普通建筑高13%。

但是，國家及行業已經在大力重視并倡導鋼建筑的使用尤其是在住宅領域的發展。未來土地資源緊張，人口密度增長，住宅樓商業樓將越來越高，故鋼結構是高層甚至于超高層必定的結構形式，是大勢所趨。

參考文獻：

[1]趙均海.中國古代木結構的彈塑性有限元分析[J].西安建筑科技大學學報，1999.

[2]張龍.淺談鋼結構的發展前景[J]，大東方.2016（5）.