■趙樹強 ■云南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計研究院，云南 昆明 650228

1 木材作為建筑材料的使用特點

1．1 更好的抗震性

抗震是建筑結(jié)構(gòu)的必要需求，調(diào)查中，木結(jié)構(gòu)“墻倒屋不塌”的現(xiàn)象就足以證明木結(jié)構(gòu)房屋較好的抗震性;同時，木結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量較鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)及砌體結(jié)構(gòu)等均較小，地震反應(yīng)也隨之降低。本文認為具有較好抗震性能的木構(gòu)建筑，將引領(lǐng)別墅休閑住房新潮流，特別是在我國西南高烈度地區(qū)。下文案例將詳細分析，如何通過計算荷載要求，合理安排木構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)。

1．2 比其他建筑材料更節(jié)省成本

木材取材于自然，除了昂貴珍稀的樹種外，普通建筑用木材相比鋼筋混凝土和石材要價格便宜。木材能降低成本的另一個原因是，相同體積的木材要質(zhì)量輕，在運輸、搬運、切割、加工過程中，更節(jié)省人力物力。

1．3 環(huán)保

首先，木材是可再生資源，其生產(chǎn)過程，綠色環(huán)保，只要做到合理砍伐和耕種，不要過度砍伐，就能做到永續(xù)使用。但是水泥石砂在生產(chǎn)過程中，會消耗不可再生資源，生產(chǎn)過程本身也會造成大量的環(huán)境負擔(dān)。另一方面純木加工工序少，在交付使用后，不會長期的散發(fā)甲醛等污染有毒氣體，是相對健康環(huán)保的綠色材料。

1．4 隔熱保溫效果好

木材本身導(dǎo)熱性能差，可以起到冬暖夏涼的效果。

1．5 便于再生利用

木結(jié)構(gòu)為裝配式結(jié)構(gòu)，木構(gòu)件可方便搬運、拆遷、組裝。所有拆遷廢料便于降解處理，或者還可以再次利用，從而減少浪費，降低對環(huán)境的壓力。

1．6 怕火易燃和易受蟲蟻侵害

但是木材建筑并非沒有缺點。首先，木材易于燃燒，必須進行防火處理。否則整片的木構(gòu)建筑一旦發(fā)生燃燒，將給人民財產(chǎn)安全帶來威脅。2005年貴州苗寨地區(qū)發(fā)生過一家起火，整個村莊片瓦不存的事故，因為苗寨地區(qū)全部是純木結(jié)構(gòu)的房屋。2014年香格里拉獨克宗古城毀于火災(zāi)留下深刻教訓(xùn)。另一方面，木材容易被蟲蟻侵害，例如在甘肅等地農(nóng)村的木構(gòu)房屋，曾經(jīng)發(fā)生過白蟻吃空房梁的案例。因此木材用于建筑，不論是外墻內(nèi)墻，都需要進行防火防蛀處理。

2 以中信．星耀水鄉(xiāng)項目別墅工程為例，分析木構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)

中信．星耀水鄉(xiāng)項目地處云南省昆明市嵩明縣楊林鎮(zhèn)，為高端旅游休閑度假項目。區(qū)域內(nèi)，水系縱橫，生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，整個別墅建筑在自然風(fēng)光的基礎(chǔ)上，采用純木結(jié)構(gòu)設(shè)計，即以木材作為主要承重荷載，支持建筑物基本形態(tài)。采用木構(gòu)建筑，體現(xiàn)生態(tài)、休閑主題的同時，滿足結(jié)構(gòu)承載、抗震等要求，確保建筑安全可靠。

本項目建設(shè)場地地質(zhì)條件較差，為深厚泥炭質(zhì)土，25米深度范圍內(nèi)無適合的樁端持力層，為四類建筑場地。同時，該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為8度0．30g，地震作用較大，如果采用傳統(tǒng)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或抗震墻結(jié)構(gòu)，梁、柱、墻斷面較大、配筋量較大，整個建筑結(jié)構(gòu)自重較大，基礎(chǔ)投入較大，且難以實現(xiàn)建筑師要求的輕松、舒適的建筑風(fēng)格;經(jīng)過對比論證，別墅采用北美輕型木結(jié)構(gòu)房屋體系，承重結(jié)構(gòu)為SPF墻體體系，從樓屋面到墻體均采用SPF成品構(gòu)件裝配，結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸較小、自重較輕、抗震性能較好，基礎(chǔ)造價大大降低，大大提高了建筑的舒適型、實用性和經(jīng)濟性。

基于以上定位，中信嘉麗澤別墅的A戶型的木屋計算書摘要如下。

恒荷載:按照樓面屋面墻體實際材料，即木材本身的性質(zhì)進行計算。

活荷載限值:衛(wèi)生間、臥室和樓梯2．0kn/m2;不上人的屋面0．5kn/m2;露臺2．5kn/m2。

風(fēng)荷載:基本風(fēng)壓為0．30，C類粗糙度，高度系數(shù)為1．0;風(fēng)振系數(shù)1．0，體型系數(shù)按照規(guī)范選取。

結(jié)構(gòu)計算采用加拿大WoodWorks軟件計算，并按《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011-2010)進行復(fù)核驗算。結(jié)果均滿足規(guī)范要求，主要結(jié)構(gòu)平面及節(jié)點設(shè)計如CAD圖。

右圖為中信嘉麗澤別墅的實景照片，在實現(xiàn)建筑功能的抗震承重之外，使用輕型木結(jié)構(gòu)，造型小巧緊湊，能較好實現(xiàn)建筑功能、控制造價，并且實現(xiàn)了美觀與生態(tài)。

3 新型木構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)

3．1 木構(gòu)建筑的基本結(jié)構(gòu)在現(xiàn)在

基于以上中信嘉麗澤別墅的建筑結(jié)構(gòu)分析，可以看到，木結(jié)構(gòu)在當(dāng)今仍然具有使用意義。中國傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中最常見的梁柱結(jié)構(gòu)，能夠很好的滿足承重荷載以及抗震性要求。雖然通常情況下，木結(jié)構(gòu)建筑保存時間要比石材建筑短，容易被侵蝕。但是我國最傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)，紫禁城的太和殿，屋頂采用十一間柱的方式搭建，已經(jīng)保存了數(shù)百年之久。使用梁柱結(jié)構(gòu)建成的建筑物從外觀上錯落有序，秩序簡潔。

除了梁柱結(jié)構(gòu)，古代木結(jié)構(gòu)建筑還有穿斗室，即用一根穿枋把一排排的柱子穿連起來成為排架，然后用枋、檁斗接而成，故稱作穿斗式。穿斗式結(jié)構(gòu)小巧緊湊，能有效利用體型教小的原木，可以作為梁柱結(jié)構(gòu)的有效補充。

右圖為該別墅完工前的木構(gòu)建筑圖。我們可以看出，北美輕型木結(jié)構(gòu)體系，沒有傳統(tǒng)意義上的梁柱，樓、屋面及墻柱體系均為小尺寸成品SPF構(gòu)件排列組合，形成空間結(jié)構(gòu)體系。門窗等洞口周邊進行了重點加強，確保承受豎向荷載及水平地震力、風(fēng)荷載的同時，有效傳遞上述荷載，而墻體柱在一樓和二樓之間，保持數(shù)量和結(jié)合點一致。這種結(jié)構(gòu)小巧緊湊，合理利用了木材，承重效果也好。

在新型木結(jié)構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)中，梁柱結(jié)構(gòu)，穿斗結(jié)構(gòu)，也都被廣泛使用。其中梁柱結(jié)構(gòu)可以用于別墅、會所的所修建，中間穿插穿斗結(jié)構(gòu)，合理利用零碎邊角空間。

傳統(tǒng)梁柱結(jié)構(gòu)在使用上尤其局限性。首先，按照梁柱結(jié)構(gòu)要求，要建蓋大空間大型建筑，需要消耗足夠多，足夠大的原木，而這種原木成長耗時長，難以找到或價格昂貴。為此本文認為，現(xiàn)代膠合技術(shù)和鏈接技術(shù)，西方木框架結(jié)構(gòu)，是對梁柱結(jié)構(gòu)的有效補充。

3．2 將現(xiàn)代新型工藝技術(shù)和材料融入木構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)木構(gòu)建筑中，以木材承擔(dān)主要荷載，而在木材銜接固定技術(shù)方面，也研發(fā)了很多成熟技藝。例如上文中中信嘉麗澤使用螺旋和鋼板連接節(jié)點。這就現(xiàn)代工藝的應(yīng)用。

現(xiàn)代居住型建筑，因為要滿足上下水、電路、現(xiàn)代家居裝修的要求，而在基礎(chǔ)建筑的牢固性方面提出新的要求。這個時候，傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)配合現(xiàn)代力學(xué)推算，并輔助以鋼筋、螺旋等建筑材料，就可以實現(xiàn)傳統(tǒng)與現(xiàn)代的完美結(jié)合。

現(xiàn)代膠合技術(shù)，創(chuàng)造出膠合木，給木結(jié)構(gòu)建筑更多可能性。膠合木能形成不同彎度曲度的重木，對于體育場、劇場來、游樂場等地點來說，用膠合木打造拱形結(jié)構(gòu)，有別于傳統(tǒng)的梁柱結(jié)構(gòu)，能合理的利用木材，且能夠制造出奇幻的空間感。

3．3 學(xué)習(xí)和借鑒國外木構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)與傳力方式

而國外很多地方，也和中國一樣，長期的采用木構(gòu)建筑，并積累出自己的經(jīng)驗。本文認為，北美木SPF新型木結(jié)構(gòu)房屋，在設(shè)計建造方面有其巧妙之處。

北美新型木結(jié)構(gòu)，木構(gòu)件細小、尺寸規(guī)范、間隔緊密。大多數(shù)的框架由三個部分組成:構(gòu)成墻壁骨架的垂直墻骨;構(gòu)成樓板的水平擱柵;以及支撐屋頂?shù)拇净蜓芗?。?dāng)墻由斜撐木板或輕質(zhì)木基板材而形成墻覆面板時，它具有了側(cè)向抵抗力，并進而形成了一個剪力墻系統(tǒng)——輕質(zhì)、高強、且建造效率高。所有部件共同支撐建筑物，使之可以抵抗重力、風(fēng)及地震。實踐證明，木結(jié)構(gòu)在各種極端的負荷條件下，均表現(xiàn)出其穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)的完整性，即使強烈的地震使整個建筑脫離其基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)也經(jīng)常完整無損。木結(jié)構(gòu)韌性大，對于瞬間沖擊荷載和周期性疲勞破壞有很強的抵抗能力，在所有結(jié)構(gòu)中具有最佳的抗震性，這一點在許多大震區(qū)已得到充分證明。在日本1995年的神戶大地震中，保留下來的房屋大部分是木結(jié)構(gòu)的房屋。

對比起來，中國的梁柱機構(gòu)，在墻體上，要使用大量原木，尤其是修建兩層或多層木結(jié)構(gòu)建筑，將消耗大量原木。而北美的SPF木結(jié)構(gòu)體系，在原木使用上更加節(jié)省，而不降低荷載和抗震性。為此，本文認為，從節(jié)約木材的角度考慮，可以結(jié)合北美的木框架房進行木結(jié)構(gòu)建筑。

綜上，本文認為，純木結(jié)構(gòu)的建筑相比混凝土與石材建筑具有明顯的優(yōu)勢，未來必然會在休閑產(chǎn)業(yè)中興起，并引領(lǐng)新的建筑潮流。而在設(shè)計木構(gòu)建筑的結(jié)構(gòu)時，既要考慮我國傳統(tǒng)的梁柱結(jié)構(gòu)，也要結(jié)合現(xiàn)代膠合、螺旋鏈接技能，同時參考北美木框架結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)節(jié)約木材功能的同時，滿足抗震承重要求。

［1］中國木結(jié)構(gòu)建筑形成與西方木結(jié)構(gòu)比較，地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院09級城市規(guī)劃專業(yè)，謝卓然，2012年．

［2］EPA(美國環(huán)境保護署)，Residential Air Cleaners(Second Edition):A Summary of Available Information，EPA 402-F-08-004，may 2008．

［3］楊帥，張吉光，任萬輝．自然通風(fēng)對裝修材料污染物散發(fā)的影響，《潔凈與空調(diào)技術(shù)》2007(3):50-53．