我國現代木結構建筑的發展趨勢分析

周 睿

(廣東省輕紡建筑設計院有限公司,廣東 廣州 510080)

0 前 言

木結構是我國幾千年建筑歷史上最重要的一種結構體系，集歷史、藝術、科學于一體，具有極高的觀賞價值。但自20世紀60年代開始，混凝土結構和鋼結構建筑日益增多，新建建筑中木結構所占的比例越來越少。由于鋼筋、砂石、水泥資源有限，不環保、不可持續，許多地方砂石開采已經告急，水泥生產對環境污染嚴重，每年的建筑業能耗和排放的CO2分別為全國總量的30%和40%以上，嚴重制約了我國社會經濟的可持續發展。

在鋼材、混凝土、木材、石材四大常用建筑結構材料中，木材是唯一一種可再生建筑材料，生產1 t鋼鐵和水泥，分別釋放1.6 t和1.0 t CO2，而生產1 t木材，需要吸收1.6 t CO2，產生1.2 t O2，而是唯一的“負碳”型材料，生態環保效益顯著；而水泥生產過程中產生的顆粒物、SO2、氮氧化物以及鋼材生產過程產生的粉塵、SO2等都是大氣污染源[1]。因此，隨著經濟水平的提高，人們對生態人文居住生活環境的要求逐漸提高，推廣應用木結構已成為全社會的共識，符合可持續發展的國家戰略。

1 現代木結構建筑的特點

1.1 低碳、環保，可持續發展

隨著環保意識的不斷增強，建筑行業采用具有天然環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分別為30、6 470和1 220 kg CO2/t[1]，木材生產碳排放明顯低于鋼材和水泥，對生態環境影響小。而且，拆除后的木材可以再次循環利用，不同于鋼筋混凝土無論是建設過程中還是拆除后，都會產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。因此，木結構建筑無論是在生產、建設和拆除環節都比其他形式的建筑更為環保。

1.2 保溫性能好

木材是一種天然的隔熱材料，其導熱系數小，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，木質墻體的厚度只有混凝土結構的1/4，可節能50%～70%。何恩霞等[2]研究指出，在上海地區，木結構房屋采暖耗能比輕型鋼結構房屋低27.1%，比混凝土結構房屋低31.3%。因此，木結構室內溫度變化受室外環境影響較小，保溫性好。

1.3 安全性能高

傳統木結構的連接方式為榫卯搭接，構成柔性框架，韌性大，一根根薄薄的木質構件經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。發生地震時，地基的震動雖然會引起榫卯連接的木結構基石的運動，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位，于是大大降低了地基傳到木結構的水平震動能量；而且由于木結構建筑自身的質量小、彈性好，地震時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構都優于許多現代工藝。歷史證明，我國的木構建筑能抵御里氏7～8級的地震[3]。

同時，木結構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于混凝土的1/8左右，鋼筋的1/400。木材燃燒時，通常以0.7 mm/min的速度碳化，表面會形成一層碳，碳化層自然地將木材與外界隔離，成為絕佳的阻燃層，保護內部的木材不再燃燒，提高木結構可承受的溫度，而且，燒焦斷面里面的木料仍有結構強度[4]。而鋼材的燃點雖然高達1 000 ℃以上，但在溫度達到550 ℃左右時發生變形，其結構性能受到破壞。因此，鋼筋在大火中強度減弱迅速坍塌，變成了一堆廢鋼架，不再能作為結構。可見，木結構比鋼結構更具有防火性。

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，木結構建筑在視覺上給人溫暖、親近的感覺，研究表明，居住在木結構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、調濕和殺菌作用，據報道[5]，紅檜心材、扁柏心材、杉木精油等對多種細菌具有很好地抑制作用；木材中的微量成分還能抑制引發過敏性疾病的螨蟲繁殖，提高居住的舒適度和生活質量。

1.5 設計、改造方便

木結構能夠突破自身尺寸限制，不受傳統建筑的限制，設計靈活，結構更改簡單、方便，給予建筑設計師更大的想象和自由發揮空間，有利于實現各種不同風格的設計；施工過程中也可靈活調整和更改洞口位置、空間布局等，相對于鋼筋混凝土結構更易改擴建。

1.6 裝配化施工

根據國外的經驗，新的木結構已摒棄以前的設計與人工制造的方法，采用現代的膠合木結構建造，工廠化生產、工地現場裝配施工。事先將木結構的墻體、樓板、擱柵、屋架、按照圖紙預先生產制作，并將它們標上位置序號，到了現場，直接進行組裝，大大加快了建筑施工效率，施工周期只需同等規模混凝土結構建筑的1/3～1/2[6]。

2 現代木結構建筑的應用現狀

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

3 現代木結構建筑存在的問題

3.1 認識不全面

人們普通認為木結構建筑容易著火、不牢固、不耐久、不防潮、不防蟲蟻，破壞森林資源、成本高等傳統認識上。現代木結構建筑技術已經不同于使用簡單鋸材及依賴大直徑原生木材的傳統建造方式，通過現代加工工藝處理，克服了易燃、易腐等缺陷；工業化生產的工程材構件，能提高原材的利用率和性能，拓寬木材在建筑領域的應用范圍，應用于大跨度和多層建筑中；現代木結構構件可進行工廠預制，產業化水平高；且國際上可持續森林管理實踐已相當成熟，可保證森林的可持續發展和持續穩定的木材供應。

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劃控制嚴格，加上國家標準對木結構建筑的層數和高度有規定，只適合于建造低密度的民用建筑和公共建筑，例如，特色地區和旅游度假區古建筑的修復和仿古建筑的建造、寺廟建筑、園林景觀、多功能場館、休閑會所等。

3.3 標準、規范不夠健全

自2003年我國發布《木結構設計規范》(GB50005-2003)以來，至今我國在木結構建筑設計、施工等方面發布的技術標準、規程不到30部，這其中還包含了省市發布的規程，規范標準的編制跟不上市場發展的需要[8]，從而限制了木結構建筑的發展和推廣應用。

4 現代木結構建筑的發展趨勢

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

4.1 美麗鄉村建設

在美麗鄉村建設過程中，既要注重保留鄉村特色，又要保護好現有的田園風光和地理環境，留住綠水青山，繼承和發展鄉村的傳統文化，實現人與自然的和諧共生。木結構建筑是唯一綠色生態建筑，建筑形態也是變化多端，多種多樣的現代木結構可以很好地保證建筑風格與鄉村風格一致，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，越來越追求高質量的生活方式，休閑度假的需求日益旺盛，具有綠色生態優勢的木結構建筑對環境影響較小，能較好地融入到自然風景中，可順應生態文明和可持續發展潮流，適合于作為旅游度假建筑。

4.3 個性化建筑

人們文化素養和審美觀念的提升，要求建筑能凸顯自身特點，能滿足不同建筑風格的木結構建筑可以充分地體現個性化特色，適合應用于休閑會所、俱樂部、會議中心、小型辦公樓等建筑中，從而展示出不同的建筑藝術風采。

4.4 宗教文體建筑

健康宜居的木結構特別適合學校、體育館、培訓中心、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，木結構將大量應用于文教建筑。

4.5 工業建筑

快速發展的社會經濟，對工業化建筑的提出了更高的要求，現代木結構以良好的抗震、保溫性能和靈活的設計特點，引起了廣泛關注和重視，裝配式木結構建筑和多高層木結構建筑在工業化建筑所占的比例將越來越大。

5 結束語

隨著國家倡導節能建設，實現可持續發展，以及木結構建筑工藝技術的提高，為木結構建筑的發展提供了廣闊的空間，預計不久的將來，我國木結構建筑行業將會出現爆發式發展，建筑市場可能形成鋼筋混凝土結構、磚混結構和木結構三足鼎立之勢。

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