现代木结构建筑及其在中国的发展前景初探

木材是人类认识和利用较早的建筑材料之一。据史书记载，木结构建筑早在公元1000年前就曾作为古代埃及和希腊基本梁柱结构形式得到应用，但由于当地木材资源的相对短缺，木结构技术在古代欧洲并没有发展成为主流结构技术。相反，古代中国木材资源相对丰富，木结构技术在中国的千年文明中却得到了广泛的应用和发展，而成为中国建筑史上最主要的建筑方式，并形成了风格独特的建筑体系。近代随着钢铁工业的发展和混凝土技术的发明及应用，出现了钢结构和钢筋混凝土结构，但西方木结构技术却也同得到了长足发展，特别是人造木技术的发展，使得木结构技术从住宅领域发展到了其他民用建筑领域，成为和钢结构技术、混凝土结构技术同时发展的建筑技术。在现代中国，由于前几十年森林管理等方面的原因，滥砍滥伐，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。长此以往，这不但损害国家森林资源的可持续发展，也是我国建筑业发展的一大憾事。

木材作为建筑材料具有重量轻、强度高、美观、加工性好等特点，现代木结构建筑在世界上许多国家应用已很普遍。尤其伴随着现代科技和计算机产业的发展，木结构从取材、加工、设计、安装均融入科技成分，现代木结构建筑已成为传统营造概念和现代科技的完美结合物。在北美，木结构住宅处于市场的主导地位，2000年美国新建独户别墅约111.4万幢，其中90%采用木结构，在33万幢多层住宅中，27.5万幢采用了木结构，在加拿大，木材工业是国家支柱产业之一，其中木结构住宅的工业化、标准化和配套安装技术非常成熟。在亚洲的日本，大量的住宅是利用木材、胶合木和水泥刨花板建造的。目前，日本新建的住宅房屋中，有半数以上是木结构。在北欧的芬兰和瑞典，居住房的90%为一层或二层的木结构建筑。除大量的住宅建筑外，木结构建筑还被广泛应用于建造厂房、学校、旅馆、体育馆等公共建筑。在现代西方许多优秀的木结构建筑范例中，建筑师充分利用木材的特性，创造出了丰富的空间概念和建筑形态，令人回味无穷。

1木结构建筑的基本结构形式

从19世纪初开始采用木框架结构以来，木结构建筑已发展了从独户式住宅到联合式住宅及多层公寓建筑等各种形式，目前应用得最多、技术经验最成熟的轻型木框架结构，既可在现场建造，也可在工厂预制构件，然后在工地装配。

轻型木结构建筑一般先浇筑混凝土地基，在地基上安装基础衬垫和经防水和防白蚁等特殊处理的底木，然后内外墙体分别以38mm×89mm的木墙骨柱以及顶、底架板与木质人造墙板一起形成木框架剪力墙作为主要受力体系，屋面及楼面则分别以三角形桁架矩(梯)形桁架及复合空间桁架龙骨构成横向支承体系。木质人造板和结构构件间采用钉接连接。梁和承重墙体间用轻质金属件连接。结构部分完成后，在外墙面饰以人造板或其它装饰材料，而内墙面和顶面用石膏板作装饰基层。因此，可以讲木结构房屋是用木材做结构框架，从室外或室内不一定能看见木材，外表上与传统的砌体结构一样的轻型结构房屋。

2木结构房屋的特点

在高要求、强竞争的北美住房市场，如美国超过90%的居民住宅是用木质建材建造的。木质建材是北美等国消费者和建筑商的首选建筑材料，其主要理由是:

2.1结构安全

现代木结构建筑有很好的刚度、强度和稳定性，木结构对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏具有良好的延性，其破坏过程是一个渐变的压服过程。当木结构房屋在地震中振动时一般仍能保持结构的稳定和完整。如2003年12月美国加利福利亚洲大地震，由于地震区的房屋结构基本上为木结构，房屋整体倒塌的例子几乎没有，也几乎没有造成人员伤亡，它和同年12月26目的伊朗巴姆地震的惨痛后果形成了鲜明的对比。另外经过阻燃处理的木材还具滞燃性能，保证木材不在短时间内燃烧，为消防施救赢得时间。

2.2节能保温

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。

2.3建造灵活

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。木结构技术具有很大的灵活性，内部装修可以根据买方要求度身定制，为购房者提供多样化和个性化设计。而且一开始就知道全部的成本，在内墙板安装前，墙体框架内可以排设管线和安装保温材料，为用户创造一个节能和洁净的家居环境;木结构房屋经久耐用，一套良好维护的房屋可保持70年以上寿命。

2.4环境友善

近年来，环境保护已成为国际社会最为关心和最迫切需要解决的问题。与其他源于矿产资源的材料相比，木材的突出优势在于它的可再生性，这是其他材料所不能比拟的。现今，世界上作为可利用的木材资源已发生重要变化，人工林资源正在替代天然林资源。从生物多样性和原料资源的角度考虑，人工林木材作为环境材料的优势更大。通过人工林的定向培育，其成熟期将缩短，易于工业化利用，可以永续利用，是可持续发展的一个重要方面。早期的树木研究就已表明:随着CO2浓度的增加，树木的总生长量也在增加。CO2浓度的增加对植物有“施肥效应”，非常有利于生物圈对大气中CO2的吸收。通过光合作用，每生长1t木材可吸收1.47tCO2，产生1.07tO2，将碳元素固定在树木中形成纤维材料。这种固碳作用和造氧机能是其他材料所不能比拟的，对地球生物圈的生态平衡有着重要作用。

木材来源于大自然，只要利用有度，就不会给自然造成破坏，相反，还会使人类学会有序利用自然资源，使木材本 本效益最好，若在室内地板，墙壁和屋顶部分采用预制的木身变成可持续利用的建筑材料，减少人类的建筑活动对环 质成型板材，则可获得更大的成本效益。

2.5良好的视觉和触觉特性

木材的视觉特性一般以木材的颜色、光泽、纹理、节子等方面来表示，它们与木材的视觉特性有着很强的相关性。木材颜色通常以3种基本特征表示，即颜色类别(色调)、明亮程度(明度)和颜色的纯洁程度(纯度)。木材颜色给人以温暖感;明度高，则明快、华丽、整洁、高雅的感觉越强，反之则有深沉、厚重、沉静、素雅、豪华的感觉;纯度高，有华丽、刺激、豪华的感觉，反之则有素雅、厚重、沉静的感觉。木材表面属纤维切断后表现出的无数个细胞凹槽，反射的光泽有着丝绸表面的视觉效果，其他材料的仿制品很难模拟。纹理和节子是天然形成的图案，人们对其有一种亲切感。木纹是由大体平行但又互不交叉的图案构成的，给人以流畅、井然、轻松、自如的感觉，充分体现了造型规律中的变化与统一。如以W、H、R分别代表冷暖感、软硬感、促滑感这3种感觉特性的物理量，则可形成一个直角坐标空间(简称为WHR空间)。可以认为，在WHR空间位置上越接近的材料，其触觉特性越相似。若按各种材料在WHR空间距离进行聚类而得出聚类分析谱系图，按聚类距离可将这些材料划分为7个类别，木材及其制品归到第V类，触觉特性远比金属、玻璃、混凝土和石膏为好。

2.6木材的调湿特性

调湿性是木材具备的独特性能之一，也是其作为室内装饰材料和家具材料的优点所在。材料的调湿特性是指靠材料自身的吸湿或解吸作用，直接缓和室内的湿度变化，使湿度稳定在一定的范围内，这样对人体健康和物品保存都是非常有利的。

另外，使用木结构建筑还能大量保护中国宝贵的土地资源。据统计，我国每年建房需生产粘土砖7000亿块，损毁耕地6667mm2以上，每年烧砖用煤约7000万吨。而木材是可再生资源，只要坚持生长量大于采伐量，森林资源就可持续利用，循环利用。木结构建筑的维修，翻新方便，只要预留检修口，而不需要象砖墙要敲开墙面，破坏装修。最后，就房屋本身质量，建筑操作性和施工速度而言，木结构房屋的成本效益最好，若在室内地板，墙壁和屋顶部分采用预制的木质成型板材，则可获得更大的成本效益。

3中国建筑市场给木结构建筑的发展提供了良好机遇

目前，我国建筑行业和房地产业“九五”期间城镇住宅竣工面积23.45亿㎡大大高于“九五”计划的12亿㎡的目标，1999年中国建造的住房面积达4.1亿㎡。建设部在《建设事业`十五'计划纲要》中提出，到2005年度城镇人均住宅建筑面积达到22㎡。`十五'期间，至少城乡住宅累计竣工面积57亿㎡，其中城镇住宅竣工面积27亿㎡。而目前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%，不能满足不同层次人群的需要。据了解，目前在中国上海、北京、深圳、大连、广州等大城市，对于别墅型木结构房屋具有一定的需求。另外，由于居住的习惯，工作于大陆的外籍人士对木结构房屋也情有独钟，但就全国范围讲木结构房屋基木上还是空白，因此发展空间很大。

2001年加拿大林业代表团访华时，就木框架结构材料和技术问题与中国政府和科研单位进行了深入交流，认为在制定木建筑标准，完善木材产品的规划等方面具有广阔的合作空间。近几年美国林业纸业协会，加拿大木业协会等会同我国有关单位，在北京、上海、南京、大连举办木结构房屋建筑大型系列研讨会，还成立了“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方面的信息交流，为中国用户提供木结构房屋建筑。另外，美国、新西兰、丹麦等国家只有木结构住宅生产能力的大企业集团对中国建筑市场也十分看好，并已在北京、上海、南京、苏州等城市连续开发了许多木结构房屋示范项目。所有这些，都将有力地推动木结构建筑在中国的应用。

木结构建筑的发展，扩大了木材的用途，可促使林业产业的良性循环，若木结构房屋材料有研究和开发等技术问题能在近期内有较大突破，住宅建设领域能够大量使用人工林木材，木材需求量的增加和丰厚的利润则将促使人工林的经营者和个体林农积极种树，以至形成一个可持续发展的良性循环。另一方面，也可以带动化工、机械等相关行业的发展，形成一个新的增长点，也将会使利用人工林木材(杨树、马尾树、落叶松、桉树、甚至竹材等)生产的结构人造板(OSB，LVL，glulam，PSL，l-beam等)，用量大大增加，从而促进我国木质人造板工业的发展。

4中国木结构建筑的发展需要解决的问题

4.1木结构建筑的教育与研究滞后

多年来木结构建筑被排斥在主流建筑形式这外，因此，在中国各高等学校建筑及土木专业的教学计划中，都鲜有木结构建筑的相关课程。目前土建设计科研单位的工作人员一般都不太了解木结构。建筑科学的研究也很少涉及到木结构建筑，目前我国较全面掌握木结构并长期或断断续续从事木结构科技工作的仅有7人且年事已高。对于中国这样的多地震国家来说，近几十年根本没有开展过木结构建筑抗震性能在这方面的研究。

由于对木结构的建筑缺少了解，尽管木材科学的研究发展创造了很多木质人造板，但在建筑应用时相关细部构造也缺乏研究，这些都严重影响了木结构建筑在中国的应用。

4.2传统观念

由于受传统农村木屋印象的影响，人们总认为木结构房屋不坚固，四面通风、简陋。其实这是一种误解。现在意义上的木结构房屋是将生态、环保、个性化、美学及现代化技术与传统方法相结合，具有现代气息的多功能木结构建筑。

国外研究机构在中国部分城市组织的木结构相关知识的调查表明，木结构建筑在中国接受程度还很低，木结构建筑真正进入中国市场并受消费者欢迎尚有时日。

4.3规范和管理

目前，我国新的木结构住宅设计、材料及施工的标准和规范已出台，到2004年正式实施，健全的标准和规范是保证木结构房屋的质量，防止出现劣质建筑的必要条件，也是推动木结构房屋市场健康发展的关键。同时，要加强木结构建筑配套设施的应用研究，使之尽快定型化，工业化。

4.4国产化的木结构材料

在中国，人造板的研究已取得相当成就，并在家具等领域得到广泛应用，但在木结构建筑中作为主要承重的人造板材，目前研究较少。现代木结构建筑要在中国生根和发展，必须在中国国内尽可能多应用本土化的木结构材料并大力加强木结构承重材料的应用研究。同时要加强木质复合结构材料的应用研究。

5结语

现代木结构建筑的建设在中国刚刚起步，由于它有利于保护环境和社会的可持续性发展，必将越来越受到人们的关注和青睐，在建筑市场中将具有很强的竞争力。为了推动现代木结构建筑在中国的健康发展，必须加强木结构建筑各方面的科学研究，科学的进步能带来技术的革命，带来建筑创作的革命，带来一个崭新的中国木结构建筑的发展前景。（节选）