李振升　羅欣　李燕萍

摘要 現(xiàn)代輕型木結(jié)構(gòu)因木材資源的可再生、結(jié)構(gòu)安全、節(jié)能保溫和環(huán)境友善等特點(diǎn)，在國內(nèi)外受到越來越廣泛的重視。該研究介紹了輕型木結(jié)構(gòu)建筑的分類和輕型木結(jié)構(gòu)住宅構(gòu)架方式，論述了木結(jié)構(gòu)建筑對保溫調(diào)濕、隔聲隔音、光特效、防火等室內(nèi)環(huán)境的改良作用，并結(jié)合實(shí)例闡述了木材與其他材料的結(jié)合方式，旨在為發(fā)展現(xiàn)代輕型木結(jié)構(gòu)建筑提供新思路及對策。

關(guān)鍵詞 輕型木結(jié)構(gòu)建筑；應(yīng)用特點(diǎn)；室內(nèi)環(huán)境

中圖分類號 S26 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）05-190-02

Abstract Modern light timber has been paid to more and more great attention at home and abroad due to the characteristics of renewable resources， safe structure， energy saving and thermoinsulating， environmentally friendly and so on. The classification of light timber architecture was introduced， as well as the residential architectural style of light timber. The improvement effects of timber architecture were discussed on wet adjustment， heat preservation， sound insulaton， light special effects， fireproof and so on. Combination of timber and other materials was elaborated based on living examples， aiming at providing new ideas and countermeasures for the development of modern light timber architecture.

Key words Modern timberwork architecture； Application characteristics； Indoor environment

隨著城市化發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，大量混凝土建筑拔地而起，各種建筑材料在建筑上的應(yīng)用給居住者帶來了美觀大氣的外觀，但是隨之而來的是植被的破壞，生態(tài)環(huán)境的惡化。木結(jié)構(gòu)建筑是在中國發(fā)展起來的，而現(xiàn)在北美、歐洲等卻大量應(yīng)用在住宅建筑中。梁超闡述了現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)的優(yōu)勢[1]，白化奎討論了中國發(fā)展木結(jié)構(gòu)建筑的意義與前景[2]。筆者以現(xiàn)代輕型木結(jié)構(gòu)建筑為根本，論述其特點(diǎn)及對室內(nèi)環(huán)境的改良作用，提出將木材與其他材料結(jié)合使用，更好地滿足不同環(huán)境及居住者需求，進(jìn)而為發(fā)展現(xiàn)代輕型木結(jié)構(gòu)建筑提供新思路及對策。

1 輕型木結(jié)構(gòu)建筑的定義及分類

1.1 定義

輕型木結(jié)構(gòu)是由構(gòu)件斷面較小的規(guī)格材料均勻密布連接組成的一種結(jié)構(gòu)形式，它由主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件（結(jié)構(gòu)骨架）和次要結(jié)構(gòu)構(gòu)件（墻面板、樓面板和屋面板）共同作用，承受各種載荷，最后將荷載傳遞到基礎(chǔ)上，具有經(jīng)濟(jì)、安全、結(jié)構(gòu)布置靈活的特點(diǎn)?，F(xiàn)代輕型木結(jié)構(gòu)建筑在北美主要應(yīng)用于住宅建筑中[3]。

1.2 各種構(gòu)架方式的含義及其注意點(diǎn)

輕型木結(jié)構(gòu)住宅根據(jù)施工技術(shù)、建筑用途及施工方法分為立柱-梁構(gòu)架方式、重木構(gòu)架方式、原木構(gòu)架方式。

1.2.1 立柱-梁架方式。是最古老的木結(jié)構(gòu)方式中的一種，是從圓木構(gòu)架發(fā)展而來的建筑形式，目前常與典型的平構(gòu)架結(jié)合運(yùn)用。

1.2.2 重木構(gòu)架方式。重木構(gòu)架方式與立柱-梁方式的不同之處在于結(jié)構(gòu)材使用的是重的圓木而構(gòu)筑。重木構(gòu)架將重原木具體分類為最小規(guī)格的木材而構(gòu)成建筑，重木構(gòu)架之所以要求構(gòu)件的最小規(guī)格是為保障火災(zāi)發(fā)生時(shí)結(jié)構(gòu)體的安全。

1.2.3 原木構(gòu)架方式。在最原始的壁式木結(jié)構(gòu)之中就有原木房屋，原木構(gòu)架將水平木作為承重墻，其余的地面、屋頂結(jié)構(gòu)以2×4輕型木結(jié)構(gòu)統(tǒng)一而構(gòu)成。（2×4住宅是使用厚度為5 cm，寬10 cm的結(jié)構(gòu)材，此叫法主要是與日本傳統(tǒng)立柱-梁結(jié)構(gòu)區(qū)分開。）

1.3 輕型木結(jié)構(gòu)住宅構(gòu)架方式和特點(diǎn)

1.3.1 立柱-梁構(gòu)架房屋。有輕質(zhì)木框架和多層木框架兩種。輕質(zhì)木框架房屋使用38 mm厚的木材作為地板梁、天花梁、屋頂椽子和墻栓。這些構(gòu)件以中心相距41 cm的間隔布置，其他也有一些以30.0 cm、48.8 cm或60.0 cm間隔布置的。多層木框架房屋主要做自給自足的退休社區(qū)及將3～4層木框架住宅建在底層預(yù)應(yīng)力混凝土框架的車庫和商業(yè)空間上面。多層木框架房屋特別適合作為填充項(xiàng)目建在城市中心的小街區(qū)里[4]。

1.3.2

重木構(gòu)架房屋。主要用在住宅方面，也叫做木框架房屋。傳統(tǒng)的木框架房屋是大尺寸木構(gòu)件的梁柱體系，它們用榫、釘或者金屬扣件連接。大型構(gòu)件用作屋頂和樓板，小型構(gòu)件則用來做墻。

1.3.3

原木構(gòu)架房屋。傳統(tǒng)上的原木構(gòu)架房屋是指用原木建造的鄉(xiāng)村住宅。它有許多種不同的樣式并且還有現(xiàn)代設(shè)施。原木牢固的結(jié)構(gòu)和良好的熱惰性使房屋具有極佳的保溫性能。材料制造時(shí)先將原木去皮，再將其加工成各種構(gòu)件。構(gòu)件的內(nèi)外側(cè)可以是圓的、直的、斜的，這使它有許多種鋪設(shè)方式。它的端側(cè)則可是圓的、直的、有凹凸槽的或經(jīng)特殊處理的。原木最普通的形式是圓形，這里有兩種傳統(tǒng)的建造技術(shù)：瑞典加工法和北美加工法。前者是將底部削切以適合另一構(gòu)件頂端（以此相連）；后者則是將原木疊放，中間的縫隙用人造合成物填充。

2 輕型木結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點(diǎn)

2.1 材料利用率高，投資少

木材的主干可以用作木質(zhì)承重構(gòu)件，枝杈材與加工剩余物可用于制造各種人造板，例如定向刨花板、中密度纖維板等人造板可以用作建筑的非承重結(jié)構(gòu)，提高了木材的利用率，同時(shí)避免了拆遷時(shí)廢棄物對環(huán)境的危害，達(dá)到生態(tài)的可持續(xù)利用。同時(shí)舊屋改造秉持可持續(xù)設(shè)計(jì)5R（Reuse Renew Recycle Reduce Revalue）的基本原則，木材的重復(fù)使用率也較高，節(jié)省了投資成本。

2.2 施工安裝方便

施工方式主要有現(xiàn)場施工、工廠裝配、預(yù)制模件、拖車式（活動(dòng)住房）等。例如“平臺式框架結(jié)構(gòu)”一層一層構(gòu)造，下一層就為上一層做好準(zhǔn)備。另外，結(jié)構(gòu)材的搬運(yùn)無需大型吊裝設(shè)備，便于施工。

2.3 施工周期短，施工過程簡單

輕型木結(jié)構(gòu)的各種構(gòu)件，如墻骨柱、樓面梁、椽條、木屋架、各種面板等都是工廠生產(chǎn)運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場的，工地主要是基礎(chǔ)施工、各種構(gòu)件的拼裝等，因此整個(gè)工程的施工作業(yè)面多，容易加快施工進(jìn)度，縮短施工周期[5]。例如1幢普通木結(jié)構(gòu)別墅的建筑工期大約3個(gè)月，而同等規(guī)模的混凝土別墅的建筑工期為5個(gè)月，所需人工量則相當(dāng)于木結(jié)構(gòu)房屋的數(shù)倍。

2.4 能源節(jié)省

木結(jié)構(gòu)房屋本身的節(jié)能效應(yīng)及其內(nèi)部的保溫層，使房屋全年的空調(diào)用電量大大少于其他建筑物[5]。定向刨花板作為墻體時(shí)能耗最低，普通磚砌和鋼筋混凝土墻體比它高2～3倍。再如，在同樣厚度下，木材的隔熱值比標(biāo)準(zhǔn)的混凝土高16倍，比鋼材高400倍，比鋁高1 600倍。木結(jié)構(gòu)建筑似一座天然的空氣調(diào)節(jié)器。在上海地區(qū)，木結(jié)構(gòu)房屋采暖能耗比輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋低27.1%，比混凝土結(jié)構(gòu)房屋低31.3%[6]。達(dá)到同樣溫度效果，木材需要的厚度是混凝土的1/15，是鋼材的1/400。在使用同樣保溫材料時(shí)，木結(jié)構(gòu)的保溫性能要好15%～70%，可使建筑物的使用能耗大大降低[7]。

2.5 可利用空間擴(kuò)大

木結(jié)構(gòu)建筑中所有管線均設(shè)在墻體或樓板內(nèi)，有效增加了使用面積，房屋使用率一般可達(dá)85%～90%，這可有效增加投資回報(bào)率。

2.6 抗震性能強(qiáng)

木結(jié)構(gòu)建筑自重較輕，在地震中能降低結(jié)構(gòu)損失的機(jī)率。此外，地震致使房屋倒塌時(shí)對人產(chǎn)生的傷害也比其他建筑材料小。例如始建于1460年四川省平武縣城的報(bào)恩寺在“5·12”地震中，只是木構(gòu)造脫榫，墻體存在一定脫落，但整體未被地震震毀，成為地震后的避災(zāi)場所。

3 輕型木結(jié)構(gòu)建筑對室內(nèi)環(huán)境的改良

3.1 保溫調(diào)濕

木材是一種多孔性材料，導(dǎo)熱系數(shù)較小，是熱的不良導(dǎo)體。木材作為墻體或裝飾材料，對室內(nèi)溫度起一定的調(diào)節(jié)作用。冬季在同樣氣候條件下，混凝土結(jié)構(gòu)的居室溫度比木結(jié)構(gòu)的居室溫度低1 ℃多。木材的調(diào)濕特性是其獨(dú)特性能之一，木材自身的吸濕作用能直接緩和室內(nèi)濕度變化。木結(jié)構(gòu)房屋的年平均濕度比混凝土房屋低8%～10%，這與最佳居住環(huán)境相對濕度60%左右的指標(biāo)最為接近[8]。

3.2 隔聲吸音

由于木質(zhì)材料是多孔性材料，具有良好的吸聲性。所以木質(zhì)材料裝修的室內(nèi)與混凝土造居室內(nèi)聲音的回響時(shí)間不同，如果有兩組以上的人在同一居室內(nèi)談話，在混凝土造居室內(nèi)談話易被干擾的程度大于木造居室。

3.3 空氣質(zhì)量

第一，木結(jié)構(gòu)建筑室內(nèi)氡濃度較低，僅為混凝土結(jié)構(gòu)的10%～15%。木結(jié)構(gòu)住宅與混凝土住宅相比，小孩出生率較高，人的平均年齡也較高，差異高達(dá)3.5歲。木造率高時(shí)，肺癌、食道癌、乳癌、子宮癌等引起的死亡率降低。另一項(xiàng)研究表明，用木材建造的教室引起的學(xué)生身體不適會(huì)較其他材料建造的教室少。造成這些現(xiàn)象的重要原因之一可能與木材氡氣含量低有關(guān)。第二，木材可以散發(fā)出芳香的氣味，令人心曠神怡，領(lǐng)略到大自然的氣息。木材散發(fā)的氣味還有一些其他獨(dú)特功效。例如，樟木自身具有防蟲的特效；由花柏所建造的房屋中沒有蚊子出現(xiàn)；椴木可使結(jié)核菌或白喉菌無法生存；松木有消炎、鎮(zhèn)靜、止咳等作用；杉木會(huì)刺激大腦而使之更為活躍等。怡人的氣味會(huì)使人感到舒暢，減輕緊張的感覺和消除疲勞。

3.4 光特效

第一，木材具有柔和的自然光澤，由于木材是多孔性材料，表面會(huì)有小的凹凸，在令人眩暈的光線照射下，會(huì)呈現(xiàn)漫反射現(xiàn)象，或吸收部分光線。光似乎能滲進(jìn)木材表面，使它產(chǎn)生柔和的光澤，所以光線也變得柔和。第二，木材可以減少紫外線對人體的危害，同時(shí)又能反射紅外線，故會(huì)給人帶來溫暖、柔和、細(xì)膩的觸覺和視覺效應(yīng)，在寒冷的冬季可以給人帶來溫暖。

3.5 防火性能較高

調(diào)查研究，火災(zāi)中的人員傷亡與建筑結(jié)構(gòu)材料的燃燒性并沒有直接關(guān)系，而致人死亡的原因更多的是因內(nèi)部裝飾材料等燃燒后迅速傳播的有毒氣體。木材本身可以碳化阻止進(jìn)一步燃燒，木結(jié)構(gòu)采用防火石膏板對房子進(jìn)行重重設(shè)防，重點(diǎn)對可燃的木制構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)，以阻斷火焰與木構(gòu)件的接觸，猶如給木結(jié)構(gòu)建筑穿了一件難燃或不燃的防火外套。加上傳統(tǒng)木框架、木衍架和工字格柵的木結(jié)構(gòu)墻體、地板和屋頂，耐火極限可達(dá)2 h，相當(dāng)于非易燃材料的防火水平。

4 木材與不同材料的結(jié)合

木材及其他材料結(jié)合可以克服木材自身的缺點(diǎn)和不足，包括力學(xué)上的、構(gòu)造連接上的、裝飾表現(xiàn)上的等，能夠從技術(shù)層面解決許多問題，例如磚、石克服木材的不耐腐蝕、不耐磨，防火性差的弱點(diǎn)；鋼材及其他金屬材料的應(yīng)用克服了木材連接的弱點(diǎn)及木材厚重、跨度小的問題，同時(shí)還解決了木材與大面積玻璃連接的問題。這樣才能創(chuàng)造更為合理的建筑形式[7]。

4.1 木材與磚的結(jié)合

從力學(xué)性能考慮，磚材一般作為承重部位墻體、臺階等，木材則屋頂墻身上部、地板、非承重墻的骨架、門窗、家具等部位；磚石的粗獷、穩(wěn)重、冷峻和木材的溫柔、輕盈、溫暖，產(chǎn)生一種結(jié)構(gòu)邏輯與肌理特效的對比與和諧。例如建成于1997年的美國佛蒙特州斯特瑞藤山的卡維爾住宅（圖1），是充分利用木材與磚材的質(zhì)感與肌理對比所營造的住宅建筑。

4.2 木材與混凝土結(jié)合

木材與混凝土都是手工制作的材質(zhì)，因此極為樸實(shí)自然。墨西哥建筑師卡拉赫用鋼筋混凝土材料及當(dāng)?shù)啬静膭?chuàng)造了不少富有墨西哥特色的作品。在尼格羅住宅中，用混凝土墻與木質(zhì)梁作為承重體系，各個(gè)不同材質(zhì)的界面使室內(nèi)空間顯得豐富而富有情趣（圖2）。

4.3 木材與金屬結(jié)合

金屬和木的結(jié)合更加增強(qiáng)了建筑的視覺效果。金屬在木結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用加強(qiáng)了連接上的功效，提高了整體剛度的作用[9]。金屬因物理性能可以實(shí)現(xiàn)較大的跨度，形成規(guī)模較大的建筑。例如由A&G建筑事務(wù)所在美國紐約州難安普頓設(shè)計(jì)的阿莫爾別墅就是木材與金屬結(jié)合的最好例證（圖3）。

4.4 多種材料的結(jié)合

充分利用木材及各種材料的不同特性進(jìn)行組合運(yùn)用，更好地創(chuàng)作出適宜建筑。例如巴特普林斯在美國加利福尼亞州門多西諾設(shè)計(jì)的海特住宅就是通過木材與玻璃、混凝土、金屬等的有效結(jié)合創(chuàng)造的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑。

5 結(jié)語

現(xiàn)代輕型木結(jié)構(gòu)建筑具有一定的防火、抗震、環(huán)保、舒適等特點(diǎn)。木材同時(shí)可以兼容磚材、金屬、混凝土等多種材料，達(dá)到有效的設(shè)計(jì)目標(biāo)。對有條件地區(qū)的舊木結(jié)構(gòu)建筑可以重點(diǎn)保護(hù)與再開發(fā)、再利用。例如福州的三坊七巷做到住宅建筑的旅游化，成為地區(qū)的一個(gè)亮點(diǎn)。同時(shí)重點(diǎn)發(fā)展現(xiàn)代輕型木結(jié)構(gòu)建筑，在保護(hù)原有植被的住宅區(qū)、旅游區(qū)等，在保護(hù)地區(qū)環(huán)境、降低能耗、投入較少的情況下，營造綠色風(fēng)向標(biāo)。在倡導(dǎo)綠色建筑的環(huán)境下，國家有關(guān)部門應(yīng)大力研究及出臺相關(guān)政策，扶持從事木結(jié)構(gòu)建筑的研究及培養(yǎng)相關(guān)木結(jié)構(gòu)材料開發(fā)和銷售的人才。我國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的逐步發(fā)展將為低碳經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)可持續(xù)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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