木结构建筑在中国的过去、现状及未来展望

木结构建筑在中国的过去，应用现状及未来展望张士红（河南大学土木建筑学院 手机： E-mail：） 【摘要】本文通过对木结构建筑在中国的历史上的纵向发展过程，以及木结构建筑在国外发展的横向对比，探讨木结构建筑在国内发展面临的问题以及解决这些问题的几点建议。【关键词】木结构建筑; 回顾;现状;展望Wood structural buildings in Chinas past, present situation and prospect ZHANG Shi-hongAbstract This article introduces wood structural buildings in Chinas history of longitudinal development process, and wood structural buildings are in foreign development of lateral comp-arison, then discusses the existing problems of wood structural buildings in the domestic and countermeasures.Key words wood structural buildings; review; current situation ; prospect 与传统房屋相比木结构建筑有以下优点：1施工周期短：木结构建筑的施工周期只是同类砖混结构的 1/ 2 至 1/ 4 ,且形式多样 ,布局灵活 ,可为用户提供更多的房型甚至度身定造。传统房屋在完工时仅仅是毛坯房而木房结构完工时装饰基本完成，只需个性化点缀即可入住。2.设计风格多样化：室内布局和装饰的灵活性。木结构不仅适用种类繁多的外部建筑风格，而且在室内布局和装饰方面提供了相当程度的自由，可以充分发挥设计师的想象力和满足消费者的个性需求。3.保温隔音、节约能源：木材的细胞组织可以容留空气,使其具有良好的保温隔热性能 , 若达到同样的保温效果 , 木材需要的厚度是混凝土的 1/ 15 ,是钢材的 1/ 400 。放置于木框架空腔内的保温材料 , 提供了高效的节能方式 , 在使用同样的保温材料时 ,木结构比钢结构的保温性能好 15 %70 % ,可使建筑物的使用能耗大大降低。研究表明，150mm 厚的木结构墙体，其保温性能相当于610mm 厚的砖墙。木结构相比砖混结构节能50-70。另外，安装在墙体和天花板上的石膏板，以及放置在楼盖和墙体内的保温材料，都能很好地减少声音的传递。4.抗震性最佳：木结构有很高的强度重量比较轻，木结构韧性大，对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的抵抗能力，在所有结构中具有最佳的抗震性，这一点在许多大震区已得到充分证明，例如日本。5.木材的调湿性: 调湿性是木材具备的独特性能之一，通过木材自身的吸湿或者解吸作用，直接缓和室内的湿度的变化，稳定室内湿度，这样对人体的健康和物品的保存都是有利的。6.绿色环保、居住舒适：木材是唯一可再生的建筑材料，木结构房屋的自然亲和力有益于居住者的健康，这是其他结构房屋无法比拟的，而且人工林的固碳作用和造氧机能对生物圈的生态平衡大有裨益。表1为一项被称为“雅典计划”项目研究成果。从中我们可以看到木材是一种环保、绿色的建筑材料。1 中国古代木结构建筑回顾篇1.1中国古代木结构建筑形式及特点古代中国木材资源很丰富，木结构技术伴随着文明的进步得到了广泛的应用和发展，木结构建筑成为中国建筑史上最主要的建筑形式，并形成独特的建筑风格。中国古代木结构建筑体系大致有如下四种形式：1)抬梁式：应用非常广泛，优点是室内少柱或者无柱，可获得较大的室内空间；缺点是梁柱用材较大，消耗木材较多（图1）。2）穿斗式：这种结构形式在我国南方地区使用普遍。优点是用料少，山面挡风好，缺点是室内柱密不开阔（图2）。3）井干式：用原木或者半原木堆叠成墙壁来承重，木材消耗量大，建筑物的开间和进深受木材长度的限制，仅在林区采用（图3）。4）干栏式：下层架空，上层铺木板。优点是对防潮和通风和有利，在我国炎热、潮湿地区应用普遍（图4）。 图1 抬梁式结构 图2 穿斗式结构 图3 井干式住宅 图4 干栏式住宅1.2木结构建筑的力学分析中国古代的木结构建筑的特点是采用柱架体系，木构柱梁为承重骨架；平面按矩形或方形形成柱网，在柱中间安装门体或者门窗，格扇等；采用梁架支撑大屋顶，在梁架和柱架之间有斗拱，起到过渡作用。中国古建筑的结构平面布置采用对称的几何形状，这种布置使结构的质量中心与刚度中心重合，可以避免水平荷载作用下产生扭转。建筑的立面也遵循同样的的设计理念，同时建筑物通常选择低而宽的稳重形式。结构中最重要的斗拱，横向作为梁的支座，承担着支撑上部结构，构造连接，空间过度的功能。斗拱在出现层间滑移前有侧移变形，是抗侧力构件，有抗侧移刚度。斗拱通过以柱子中心两侧对称外伸的小梁逐层层叠和展开，将上部荷载集中到柱子中心，这样可以最大限度发挥木柱的抗压承载力。斗拱水平抗侧移主要通过摩擦力提供，它在受荷载后能够自动锁紧，在地震时，斗拱的弹性变形能力能吸收很大的地震能量。台基是中国木结构建筑特有部分，高出地面25m，是上部结构的基础。台基可以看做是刚度分层的地木桩搁置在水平的基石上，并不嵌固，上部主体与基础自然断开，基础对柱脚提供竖向支撑和一定限量的水平摩擦力。柱子与基础的连接可以简化为铰支座。中国古代木结构建筑整体具有很好的抗震性能，是美学与力学的优秀结合体。图5，图6是古代木建筑的两个实例。 图5 山西应县木塔 图6 故宫建筑群2.木结构建筑在中国的发展现状现状篇2.1 国外发展现状据统计，1997年美国新建单体别墅约113万8千栋，其中90%采用木结构，另外，在所建的33万8千栋多层住宅中，绝大多数也采用木结构。在北欧的芬兰和瑞典，居民住房的90为一层或二层的木结构建筑。2010年5月19日，日本制定“公共建筑木材利用促进法”。旨在促进公共建筑等使用木材。表2 是日本 1991-1995年间各种构造的建筑建成情况，图表7是日本一个木结构建筑的实例。以上事实可以清晰的表明木结构建筑在国外的普遍性和推广程度。 表2 1991-1995年间各种构造的建筑建成情况 图表7 丸美产业总部大厦（日本）2.2 国内发展现状在现代中国 , 由于前几十年森林管理等方面的原因 , 以致木材材源枯竭。政府对木材在建筑上的应用制定了严格的限制措施 ,提倡以钢代木 ,以塑代木。因此 ,在中国木结构技术目前被排除在主流建筑之外 , 木结构建筑几乎成了中国建筑的盲点。“十五”期间，城乡住宅累计竣工面积57平方米，其中城镇住宅竣工面积27亿平方米。而目前国内新建住房大部分是混凝土结构，砌体结构，木结构应用不到总量的1，不能满足不同层次的人群的需要。中国的木结构停滞了约20年，而这期间正是国际上木结构迅猛发展时期，从原木到胶合木，再到复合木，直至更新型的木质材料，木结构已不是大家传统概念上的木结构，在建筑上已经可以达到代替钢材的程度。3 木结构在中国的展望展望篇3.1 国内建筑市场给木结构建筑的发展提供了机遇据调查目前在上海、北京、深圳、大连、广州等大城市对于别墅型木结构房屋有一定的需求。就全国范围来讲，木结构基本上是空白，发展潜力很大。近年来，美国、新西兰、丹麦等国家的木结构住宅建造企业对中国市场看好，已经在北京、上海、南京、苏州等城市开发了许多木结构房屋示范项目。加拿大还在国内成立了“加拿大中国房地产商交流协会”，旨在促进中加两国在房地产开发及木框架房屋建筑技术与信息方面的交流。因此，木结构在国内的前景是十分乐观的，我们正面临发展的机遇。3.2 我国木结构发展的“瓶颈”及对策3.2.1 中国人均森林覆盖率低 中国现有人均森林面积很少， 要在中国发展木质房屋， 要么进口大量的木材，要么发展自己的林木业。大量进口木材，不仅会使木结构建筑的成本增加，而且还会受制于人。考虑到发展木材产业对生态环境，经济发展的重要性，建议大力发展我们国家自己的木材产业，种植速生人工林，提高木材产量，进而实现木材产业的可持续发展与良性循环。3.3.2 木结构建筑的教育与研究落后目前土木建筑学科的对木结构的涉及很少，木结构方面的科研课题开展也很少。建议加大木结构防蚁、防腐、防火、耐久性、胶黏剂及木质复合结构材料等方面的科学研究。另外，加强专业人才培养，做好木材知识的教育，扩大木结构在建筑中的应用，不 断提高设计、施工水平。同时木结构产业要走高科技，深加工之路。3.3.3 对木结构建筑的传统认识受农村传统木屋印象的影响，人们认为木屋承载能力不强、易老化和腐烂、防火能力差。然而现代意义上的木结构建筑是将生态、环保、个性化、美学及现代技术与传统方法的结合，具有现代气息的多功能建筑。国外机构在中国部分城市的相关调查显示，木结构建筑在中国的接受程度还是很低。木结构建筑真正进入中国市场还需时日。建议国家加大对木结构建筑产业的扶持，加大宣传力度，举办木结构建筑展览，普及木住宅优越性方面的知识。3.3 4 木结构建筑方面的法律和规范及管理的不完善我国现有的木结构规范GB50005-2003木结构设计规范与国外的规范有很大的差异，目前新的木结构住宅设计、材料及施工的标准和规范尚未出台。因此制定一个符合我国国情并且兼容各国规范的木结构建筑标准体系，是推动木结构房屋市场发展的关键。同时也是加快木结构走向工业化，标准化的有力措施。3.3.5 木结构建筑我国的推广与成本的控制 据专家估计，我国若用进口材料建造木结构房屋，其成本约为40004500元/每平方米（不包括土地价格）。从全寿命成本角度分析，木结构住宅与传统住宅的成本差距只有3.511.4.然而木结构房屋市场的开发重点在大城市，考虑到大城市土地成本高昂，如建造底层的木结构房屋将会使成本急剧增加。因此，开发的策略是在大城市的周边地区或者发达的海滨旅游城市开发木结构建筑，销售面向中高收入阶层，然后逐渐推广。建议引进国外先进技术和经验，发展发展多层混合木结构体系，使木 结构建筑的形式多样化，适用范围更广。4 结束语古代木结构建筑在我国有光辉的历史， 而由于种种历史原因现代木结构房屋在我国的建设才刚刚起步，同时面临着许多亟待解决的问题。由于木结构建筑的环保和可持续发展特性,我们相信木结构建筑将是我国建筑发展的新趋势,在我国的前景广阔。参考文献1赵文萌，李朝新，张靖雪.中国古建筑木结构的艺术价值与结构力学分析.R