现代木结构建筑及其在中国的发展前景初探

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现代木结构建筑及其在中国的发展前景初探

1 ,2 1 2 1
刘雁 ,张建新 ,周宝国 ,环志中
( 1 扬州大学 ,扬州 225009 ;2 南京林业大学 ,南京 210073)

[摘 要] 从国内外木质结构房屋的发展状况 , 介绍并分析了中国发展木结构建筑的可能性及存在的问题 , 结论是中国

发展木结构建筑的市场前景很大 ,但真正的全面开发还有待时日。

[关键词] 木结构建筑;中国;前景

[ 中图分类号] TU366. 2 [文献标识码]A [文章编号] 1005 - 6270(2005) 03 - 0005 - 03

Modern Wood Construction Architecture and Its Possibilities in China

LIU Yan ZHANGJian - xin ZHOU Ding - guo HUAN Zhi - hong

Abstract : This article briefl introduces the resent situation of wood houses at home and abroad. and anal zes the
y p y

ossibilities of develo in wood structure bulidin s and the existin roblems. The conclusion is that develo in wood
p p g g g p p g

structure buildin s in China is of reat ossibilities ,but the ex loration on a lar e scale is still to be ex ected.
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Ke words :Wood Structure Bulidin s ;China ;Possibilities
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木材是人类认识和利用较早的建筑材料之一。据史书 业之一 ,其中木结构住宅的工业化、标准化和配套安装技术

记载 , 木结构建筑早在公元 1000 年前就曾作为古代埃及和 非常成熟。在亚洲的日本 ,大量的住宅是利用木材、胶合木

希腊基本梁柱结构形式得到应用 , 但由于当地木材资源的 和水泥刨花板建造的。目前 , 日本新建的住宅房屋中,有半

相对短缺 , 木结构技术在古代欧洲并没有发展成为主流结 数以上是木结构。在北欧的芬兰和瑞典,居住房的90 %为一

构技术。相反, 古代中国木材资源相对丰富,木结构技术在 层或二层的木结构建筑。除大量的住宅建筑外 ,木结构建筑

中国的千年文明中却得到了广泛的应用和发展 , 而成为中 还被广泛应用于建造厂房、学校、旅馆、体育馆等

公共建

国建筑史上最主要的建筑方式 , 并形成了风格独特的建筑 筑。在现代西方许多优秀的木结构建筑范例中,建筑师充分

体系。近代随着钢铁工业的发展和混凝土技术的发明及应 利用木材的特性 ,创造出了丰富的空间概念和建筑形态 ,令

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用 , 出现了钢结构和钢筋混凝土结构 ,但西方木结构技术却 人回味无穷。 图 1

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 图 1 木结构建筑丰富的空间和形态
好等特点, 现代木结构建筑在世界上许多国家应用已很普 1 木结构建筑的基本结构形式

遍。尤其伴随着现代科技和计算机产业的发展 ,木结构从取 从 19 世纪初开始采用木框架结构以来 , 木结构建筑已

材、加工、设计、安装均融入科技成分 ,现代木结构建筑已成 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

为传统营造概念和现代科技的完美结合物。在北美 ,木结构 形式, 目前应用得最多、技术经验最成熟的轻型木框架结构,

住宅处于市场的主导地位 , 2000 年美国新建独户别墅约 既可在现场建造,也可在工厂预制构件,然后在工地装配。

111. 4 万幢, 其中90 %采用木结构 , 在 33 万幢多层住宅中, [收稿日期]2005204204

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27. 5 万幢采用了木结构 ,在加拿大 ,木材工业是国家支柱产 [作者简介]刘雁,男 1963～ ,南京林业大学博士生,教授。

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期

图2 木框架

图4 加拿大木屋

图3 木质人造板墙板

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
图5 美国木屋
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 ( 图2 、图 材料时,木结构比钢结构的保温性能好 15 %～70 % ,可使建

) ( )
3 ,屋面及楼面则分别以三角形桁架矩 梯 形桁架及复合空 筑物的使用能耗大大降低。

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 2. 3 建造灵活 木结构建筑的施工周期只是同类砖混结

用钉接连接。梁和承重墙体间用轻质金属件连接。结构部分 构的 1/ 2 至 1/ 4 ,且形式多样 ,布局灵活 ,可为用户提供更多

完成后, 在外墙面饰以人造板或其它装饰材料, 而内墙面和 的房型甚至度身定造。木结构技术具有很大的灵活性 ,内部

顶面用石膏板作装饰基层。因此, 可以讲木结构房屋是用木 装修可以根据买方要求度身定制 , 为购房者提供多样化和

材做结构框架, 从室外或室内不一定能看见木材, 外表上与 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
传统的砌体结构一样的轻型结构房屋 图4 、图5 。

2 木结构房屋的特点 一个节能和洁净的家居环境; 木结构房屋经久耐用 , 一套良

在高要求、强竞争的北美住房市场 ,如美国超过 90 %的 好维护的房屋可保持 70 年以上寿命。

居民住宅是用木质建材建造的。木质建材是北美等国消费 2. 4 环境友善 近年来 ,环境保护已成为国际社会最为关

者和建筑商的首选建筑材料 ,其主要理由是: 心和最迫切需要解决的问题。与其他源于矿产资源的材料

2. 1 结构安全 现代木结构建筑有很好的刚度、强度和稳 相比,木材的突出优势在于它的可再生性 ,这是其他材料所

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 不能比拟的。现今 ,世界上作为可利用的木材资源已发生重

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 要变化 ,人工林资源正在替代天然林资源。从

生物多样性和

地震中振动时一般仍能保持结构的稳定和完整。如2003 年 12 原料资源的角度考虑 , 人工林木材作为环境材料的优势更

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 大。通过人工林的定向培育 ,其成熟期将缩短 , 易于工业化

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 利用 ,可以永续利用 , 是可持续发展的一个重要方面。早期

员伤亡, 它和同年 12 月26 目的伊朗巴姆地震的惨痛后果形 的树木研究就已表明: 随着 CO2 浓度的增加 , 树木的总生长

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 量也在增加。CO2 浓度的增加对植物有“施肥效应”,非常有

证木材不在短时间内燃烧 ,为消防施救赢得时间。 利于生物圈对大气中CO2 的吸收。通过光合作用 ,每生长 1t

2. 2 节能保温 木材的细胞组织可以容留空气 ,使其具有 木材可吸收 1. 47tCO2 ,产生 1. 07tO2 ,将碳元素固定在树木中

良好的保温隔热性能,若达到同样的保温效果,木材需要的 形成纤维材料。这种固碳作用和造氧机能是其他材料所不

厚度是混凝土的 1/ 15 ,是钢材的 1/ 400 。放置于木框架空腔 能比拟的,对地球生物圈的生态平衡有着重要作用。

内的保温材料 ,提供了高效的节能方式 ,在使用同样的保温 木材来源于大自然 , 只要利用有度 ,就不会给自然造成

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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。

境的破坏。同时,在中国采用木质建材既符合国家建设生态 3 中国建筑市场给木结构建筑的发展提供了良好机遇

住宅的产业政策 ,又顺应健康住宅的理念。 目前 , 我国建筑行业和房地产业 “九五”期间城镇住宅

一个被称为“雅典计划”的科学研究项目, 有建筑设计 竣工面积 23. 45 亿 大大高于 “九五”计划的 12 亿 的目

师、环境保护主义者、经济学家和工程技术人员参与, 使用 标 , 1999 年中国建造的住房面积达 4. 1 亿 。建设部在《建

“生命周期分析”方法 ,经过 5 年的时间,将混凝土、钢材、木 设事业

‘十五’计划纲要》中提出, 到2005 年度城镇人均住

材对环境的影响进行了研究。“生命周期分析”是对产品寿 宅建筑面积达到22 。‘十五’期间,至少城乡住宅累计竣工

命中的各个阶段的能源、材料消耗、气体和液体的排放固体 面积 57 亿 ,其中城镇住宅竣工面积 27 亿 。而目前新建

废物的产生进行量化 ,这些阶段包括:资源提取、生产过程、 住房大部分是混凝土结构 ,砌体结构 ,木结构应用不到总量

建设、服务、用后处置。这个方法被认为是最佳评估方法。表 的 1 % ,不能满足不同层次人群的需要。据了解 , 目前在中国

1 为主要建材寿命周期对环境的影响系数。 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

2. 4 良好的视觉和触觉特性 木材的视觉特性一般以木 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

材的颜色、光泽、纹理、节子等方面来表示 ,它们与木材的视 空间。近几年美国林业纸业协会, 加拿大木业协会等会同我

觉特性有着很强的相关性。木材颜色通常以3 种基本特征 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
表示 ,即颜色类别 色调 、明亮程度 明度 和颜色的纯洁程
( ) 协会”, 旨在促进中加两国在房地产开发及木框架房屋建筑
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 技术方面的信息交流, 为中国用户提供木结构房屋建筑。另

华的感觉; 纯度高, 有华丽、刺激、豪华的感觉 , 反之则有素 外,美国、新西兰、丹麦等国家只有木结构住宅生产能力的大

雅、厚重、沉静的感觉。木材表面属纤维切断后表现出的无 企业集团对中国建筑市场也十分看好,并已在北京、上

海、南

数个细胞凹槽 , 反射的光泽有着丝绸表面的视觉效果,其他 京、苏州等城市连续开发了许多木结构房屋示范项目。所有

材料的仿制品很难模拟。纹理和节子是天然形成的图案 ,人 这些,都将有力地推动木结构建筑在中国的应用。

们对其有一种亲切感。木纹是由大体平行但又互不交叉的 木结构建筑的发展 ,扩大了木材的用途 ,可促使林业产

图案构成的, 给人以流畅、井然、轻松、自如的感觉 , 充分体 业的良性循环 , 若木结构房屋材料有研究和开发等技术问

现了造型规律中的变化与统一。如以W、H、R 分别代表冷暖 题能在近期内有较大突破 , 住宅建设领域能够大量使用人

感、软硬感、促滑感这 3 种感觉特性的物理量 , 则可形成一 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
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 展的良性循环。另一方面 , 也可以带动化工、机械等相关行

在 WHR 空间距离进行聚类而得出聚类分析谱系图,按聚类 业的发展 , 形成一个新的增长点, 也将会使利用人工林木材

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距离可将这些材料划分为7 个类别 , 木材及其制品归到第 杨树、马尾树、落叶松、桉树、甚至竹材等 生产的结构人造

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板 OSB ,LVL , lulam ,PSL ,l - beam 等 ,用量大大增加 ,从而
V 类 ,触觉特性远比金属、玻璃、混凝土和石膏为好。 g

2. 6 木材的调湿特性 调湿性是木材具备的独特性能之 促进我国木质人造板工业的发展。

一 ,也是其作为室内装饰材料和家具材料的优点所在。材料 4 中国木结构建筑的发展需要解决的问题

的调湿特性是指靠材料自身的吸湿或解吸作用 , 直接缓和 4. 1 木结构建筑的教育与研究滞后 多年来木结构建筑被

室内的湿度变化 ,使湿度稳定在一定的范围内,这样对人体 排斥在主流建筑形式这外, 因此, 在中国各高等学校建筑及

健康和物品保存都是非常有利的。 土木专业的教学计划中, 都鲜有木结构建筑的相关课程。目

另外 , 使用木结构建筑还能大量保护中国宝贵的土地 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

资源。据统计 ,我国每年建房需生产粘土砖 7 000 亿块 ,损毁 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
耕地 6 667mm2 以上 ,每年烧砖用煤约 7 000 万吨。而木材是 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

可再生资源 ,只要坚持生长量大于采伐量 ,森林资源就可持 且年事已高。对于中国这样的多地震国家来说, 近几十年根

续利用 ,循环利用。木结构建筑的维修 ,翻新方便 ,只要预留 本没有开展过木结构建筑抗震性能在这方面的研究。

检修口,而不需要象砖墙要敲开墙面 ,破坏装修。最后 ,就房 由于对木结构的建筑缺少了解, 尽管木材科学的研究发

屋本身质量 ,建筑操作性和施工速度而言,木结构房屋的成 (下转第 10 页)

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图8

图7 剖面架构图
身合理性”, 自身的“逻辑关系”。“建筑师必须明白,城市是

他们建筑理论的一个部分 , 他们必须针对他们工作的场所

证实他们理论前提。……无论如何 ,建筑师都必须表达同场

景的这种关系 ……”我们力求表达的是一种浓缩的历史残
图9
片中的文化内涵 , 也是对最具典型性的人类情感和心理的
( )
化丰实,江南古民居神韵油然其中 图8 ,图9 。
一种挖掘。
参考文献
从初步建成的效果来看 ,建筑体量比例适宜, 内部功能
[ 1] 万书元 . 当代西方美学 . 南京东南大学出版社 ,2001.
布局合理 ,技术处理手段适用得当,外部形态及内部空间变

(上接第 7 页)

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 注和青睐, 在建筑市场中将具有很强的竞争力。为了推动现
缺乏研究,这些都严重影响了木结构建筑在中国的应用。 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
4. 2 传统观念 由于受传统农村木屋印象的影响,人们总

面的科学研究, 科学的进步能带来技术的革命, 带来建筑创
认为木结构房屋不坚固, 四面通风、简陋。其实这是一种误 作的革命,带来一个崭新的中国木结构建筑的发展前景。
解。现在意义上的木结构房屋是将生态、环保、个性化、美学 参考文献
及现代化技术与传统方法相结合 , 具有现代气息的多功能 [ 1] 刘延杰 , 卞祖珉 . 木结构———北美洲独特的建筑方法
木结构建筑。 . 时代建筑 ,1998 , (2) :68 - 70

国外研究机构在中国部分城市组织的木结构相关知识 [2] 吴竹涟 . 木结构房屋———我国住宅的盲点 . 世界建
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 ,2000(5) :63 - 66
筑真正进入中国市场并受消费者欢迎尚有时日。 [3] 张仲强 . 木结构建筑 . 世界建筑 ,2002(9) :17 - 21

4. 3 规范和管理 目前, 我国新的木结构住宅设计、材料及 [4] 费本华 ,王戈 ,等 . 我国发展木结构房屋的前景分忻 .
施工的标准和规范已出台,到2004 年正式实施,健全的标准和 木材工业 ,2002(9) :6 - 9

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 [ 5] 王益政 . 美国木结构住宅成本与效率 . 建筑技术 ,
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 2002(2) 36 - 38

结构建筑配套设施的应用研究,使之尽快定型化,工业化。 [6] 樊承谋 . 木结构在我国建筑中应用的前景 . 木材工

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4. 4 国产化的木结构材料 在中国,人造板的研究已取得 业 ,2003 5 4 - 6
相当成就 , 并在家具等领域得到广泛应用 ,但在木结构建筑 [7] 周定国 . 我国人造板新产品开发现状与发展趋向.

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中作为主要承重的人造板材 , 目前研究较少。现代木结构建 林业科技开发 ,1997 1 :11 - 13
筑要在中国生根和发展 , 必须在中国国内尽可能多应用本 [ 8] 华毓坤 . 21 世纪人造板工业发展趋势 . 南京林业大
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土化的木结构材料并大力加强木结构承重材料的应用研 学学报 ,2001 3 :6 - 8
究。同时要加强木质复合结构材料的应用研究。 [9] 杨鹤 , 等 . 人造板在加拿大住宅建筑中的应用 . 建筑

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5 结语 人造板 ,2002 1 :5 - 7
现代木结构建筑的建设在中国刚刚起步, 由于它有利于 [ 10] 王寿华 . 我国木结构工程技术的新进展 . 建筑技
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 术 ,2002(4) :243 - 245