簡(jiǎn)偉通，沈冬兒

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣州 510006）

0 引言

中國(guó)的木結(jié)構(gòu)建筑歷史悠久，對(duì)世界建筑史貢獻(xiàn)巨大。幾千年前我國(guó)就出現(xiàn)了通過(guò)榫卯節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)件的木框架結(jié)構(gòu)體系。解放前我國(guó)引入磚墻支撐木桁架結(jié)構(gòu)體系，解放后，我國(guó)木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展停滯。如今，我國(guó)對(duì)建筑工業(yè)化、住宅產(chǎn)業(yè)化的要求提高，木材作為一種可持續(xù)供應(yīng)的綠色建筑材料，具有裝配率高、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，隨著我國(guó)對(duì)綠色建筑的推廣和國(guó)際新型木材加工技術(shù)的發(fā)展，再次得到廣泛使用。

1 國(guó)內(nèi)木結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)發(fā)展木結(jié)構(gòu)建筑如今已具有良好的基礎(chǔ)和條件，人工速生林政策使我國(guó)的森林種植面積和木資源蓄積量都在世界排名前列，同時(shí)國(guó)家相關(guān)建筑部門(mén)對(duì)于木結(jié)構(gòu)的重視日益提高，對(duì)于木結(jié)構(gòu)的施工、設(shè)計(jì)都制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、裝配式木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。北京、上海等一線城市也在國(guó)家的支持下，從國(guó)外引進(jìn)木結(jié)構(gòu)建筑用于住宅、園林景觀和賓館。目前為止，我國(guó)正以每年六百多棟的速度建造木結(jié)構(gòu)房屋，但國(guó)內(nèi)的木結(jié)構(gòu)房屋建造數(shù)量與國(guó)外還存在巨大差距，木結(jié)構(gòu)房屋建造市場(chǎng)還存在著巨大的空間。根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)在的木結(jié)構(gòu)已經(jīng)摒棄以前的設(shè)計(jì)與人工制造的方法，而采用現(xiàn)代的膠合木結(jié)構(gòu)建造，施工過(guò)程采用工廠化機(jī)械生產(chǎn)的方法，具有環(huán)境友好、力學(xué)性能優(yōu)良、紋理觀賞性強(qiáng)且施工工藝較為簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

2 國(guó)內(nèi)木結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景

2.1膠合木

膠合木是一種工程木產(chǎn)品，簡(jiǎn)稱(chēng)CLT，一般把木材分揀和切割成木方，并采用特別挑選的單板鋸材-層板，根據(jù)木材強(qiáng)度分級(jí)與性能特點(diǎn)，將其安排在不同位置并用高耐久性粘合劑膠合在一起，其優(yōu)點(diǎn)是把人工采伐或者加工后剩余的木材材料或者小直徑木材通過(guò)拼接、層積、均勻涂刷膠合劑形成可用于建筑使用的木構(gòu)件。

從結(jié)構(gòu)方面來(lái)看，膠合木構(gòu)成的構(gòu)件，由于其按規(guī)格將材料按照橫豎紋交錯(cuò)排布的方式貼合，因此兩個(gè)方向受力分布都較為均勻，內(nèi)部應(yīng)力平衡，承載能力強(qiáng)，而且因?yàn)槟z合木層板的疊合制作工藝，其尺寸更加穩(wěn)定，為建造中、高層木結(jié)構(gòu)建筑創(chuàng)造可能。

建造完成后的木結(jié)構(gòu)建筑，耐火、保溫、抗震性能一直是繞不開(kāi)的問(wèn)題。膠合木材料表層燃燒時(shí)會(huì)緩慢碳化，配合外覆防火材料，可在長(zhǎng)時(shí)間維持內(nèi)部原有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，而且木材熱傳導(dǎo)性低，膠合木構(gòu)件連續(xù)性強(qiáng)，建筑具有良好的氣密性和保溫隔熱、隔音效果。隔震方面，膠合木結(jié)構(gòu)可與緊固件和連接件緊密連接，抗震性能十分優(yōu)越。

從施工方面來(lái)看，膠合木結(jié)構(gòu)可在工廠工業(yè)化生產(chǎn)，然后運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝，構(gòu)件具有較高的精度，并提高了生產(chǎn)效率，機(jī)械化程度高且只需更少的工人就能完成工作。由于膠合木構(gòu)件采用的是拼接形式，能極大提高木材的利用率，且相比于混凝土結(jié)構(gòu)，減少了大量的能源消耗，符合綠色建筑的要求[1]。

2.2高層木結(jié)構(gòu)

隨著正交層板膠合木研究和應(yīng)用的深入，國(guó)外高層木結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展完善，而超高層混合木結(jié)構(gòu)也已經(jīng)在研發(fā)階段。我國(guó)人口密集，高層建筑是城市發(fā)展必不可少的部分，而上文所述已經(jīng)說(shuō)明，木結(jié)構(gòu)相比于混凝土鋼結(jié)構(gòu)也有其突出的優(yōu)點(diǎn)，是綠色建筑發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

以膠合木作為主要建筑材料的高層木結(jié)構(gòu)體系，主要有膠合木剪力墻結(jié)構(gòu)、膠合木梁柱-支撐結(jié)構(gòu)和木-混凝土混合結(jié)構(gòu)。膠合木剪力墻結(jié)構(gòu)，承受豎向重力荷載的樓板及承受風(fēng)荷載與地震作用的墻板、核心筒均采用膠合木板，是目前使用最為廣泛的高層木結(jié)構(gòu)。膠合木梁柱支撐結(jié)構(gòu)，一般采用帶有鋼構(gòu)件連接節(jié)點(diǎn)膠合木梁柱，配合支撐進(jìn)行加強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系。而也有部分建筑底部、核心筒采用混凝土結(jié)構(gòu)，上部采用膠合木剪力墻結(jié)構(gòu)的木-混凝土混合結(jié)構(gòu)，以滿足抗側(cè)力剛度與防潮的要求。

可見(jiàn)，高層木結(jié)構(gòu)體系在國(guó)外的發(fā)展已經(jīng)較為健全，而我國(guó)的高層木結(jié)構(gòu)市場(chǎng)還存在巨大的發(fā)展空間。隨著我國(guó)對(duì)于木結(jié)構(gòu)建筑的連接節(jié)點(diǎn)及施工技術(shù)的提升，并對(duì)木結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)防火等性能的深入研究，如今我國(guó)已具備發(fā)展高層結(jié)構(gòu)建筑的基礎(chǔ)，在建筑工業(yè)化的大背景下，我們需要盡快推出完善相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)高層木結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行全面、系統(tǒng)的研究，在中國(guó)廣闊的建筑市場(chǎng)定有巨大的發(fā)展前景[2]。

2.3模塊化木結(jié)構(gòu)

模塊化木結(jié)構(gòu)，即把木結(jié)構(gòu)的各部分構(gòu)件，如梁、柱、墻體、樓面、屋面等在工廠生產(chǎn)制作完成，然后在工廠或者施工現(xiàn)場(chǎng)將構(gòu)件連接成一個(gè)個(gè)模塊化單元，再吊裝拼接到目的位置形成建筑整體。模塊化單元體內(nèi)也可把外墻、建筑設(shè)備及裝修一并完成，并安裝預(yù)制一體衛(wèi)浴間，實(shí)現(xiàn)最高程度的預(yù)制裝配率。

目前我國(guó)正大力推廣建筑工業(yè)化，提高建筑預(yù)制率，而模塊化結(jié)構(gòu)由于其施工速度快、精度高，可實(shí)現(xiàn)多工序同時(shí)進(jìn)行，多流水線協(xié)同工作，代表著最先進(jìn)的建筑制造水準(zhǔn)和最徹底的工業(yè)化建筑模式。模塊化與木結(jié)構(gòu)的契合度高，木材資源是可再生資源，且在制作工程中能源消耗、環(huán)境污染小，并且具有可靠的力學(xué)與耐久性能，而模塊化建筑單元一般在工廠生產(chǎn)安裝，同樣符合綠色建筑的發(fā)展要求，構(gòu)件具有極高的精度，可以在節(jié)點(diǎn)的連接與安裝方面更加牢固安全[3]。

2.4木結(jié)構(gòu)與隔震

如上述高層木結(jié)構(gòu)建筑中所述，雖然木結(jié)構(gòu)的抗震性能十分優(yōu)異，但是在抗震烈度較高的地區(qū)，還是需要有良好的抗震技術(shù)。我國(guó)古代木建筑已體現(xiàn)出勞動(dòng)人民的巨大智慧，通過(guò)利用榫卯連接、斗拱和木柱浮置平擱等構(gòu)造，使結(jié)構(gòu)具有多層隔震、處處減震等消能抗震機(jī)理。

汶川地震后，隔震建筑由于其易于實(shí)施、減震控制效果好在我國(guó)大量發(fā)展，目前已成為工程中應(yīng)用最多的一種減震控制技術(shù)。隔震技術(shù)的本質(zhì)就是通過(guò)增加系統(tǒng)的柔性并提供適當(dāng)?shù)淖枘幔菇Y(jié)構(gòu)與地震產(chǎn)生的地面運(yùn)動(dòng)隔離，這種思想與我國(guó)古代木建筑的消能減震體系相吻合。隔震設(shè)計(jì)一般在地下室頂板上或者地上第一層柱頂、房屋立面和剛度突變處設(shè)置隔震層，布置隔震支座，我國(guó)目前的隔震支座主要采用橡膠隔震支座和滑動(dòng)隔震支座，由于隔震層水平剛度小，用于上部結(jié)構(gòu)剛度較弱的木結(jié)構(gòu)效果顯著，而且隔震支座可進(jìn)行工廠化生產(chǎn)，性能穩(wěn)定，對(duì)環(huán)境影響小，造價(jià)不高，符合綠色建筑的要求。因此，隔震技術(shù)與現(xiàn)代高層木結(jié)構(gòu)建筑十分契合[4]。

2.5基于BIM的木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工一體化

建筑信息模型，簡(jiǎn)稱(chēng)BIM，BIM技術(shù)覆蓋協(xié)同設(shè)計(jì)、碰撞檢查、進(jìn)度管理等各個(gè)方面，能有效輔助工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造與管理過(guò)程，提高建設(shè)工程全過(guò)程的效率。木結(jié)構(gòu)建筑裝配率高，設(shè)計(jì)施工全過(guò)程工業(yè)化程度高，因此引入BIM技術(shù)可大大提高其建造效率。

設(shè)計(jì)階段，工廠預(yù)制木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的具體信息需深化設(shè)計(jì)，上文提到的模塊化木結(jié)構(gòu)建筑需要預(yù)先把建筑拆分成一個(gè)個(gè)建筑單元，并在單元內(nèi)安裝建筑設(shè)備，而通過(guò)引入BIM技術(shù)，可使各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員在同一模型內(nèi)進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，所需構(gòu)件可加入構(gòu)件庫(kù)中進(jìn)行重復(fù)使用，提高效率。生產(chǎn)制作階段，木結(jié)構(gòu)構(gòu)件特別是高層木結(jié)構(gòu)建筑中的構(gòu)件，節(jié)點(diǎn)連接處精度要求高，而引入BIM技術(shù)可通過(guò)構(gòu)件庫(kù)來(lái)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)及施工指導(dǎo)，更加高效準(zhǔn)確。安裝建造階段，住宅產(chǎn)業(yè)化背景下的木結(jié)構(gòu)建筑作為新型建筑，施工過(guò)程及施工技術(shù)對(duì)于技術(shù)人員的要求提高，而利用BIM的虛擬建造技術(shù)可通過(guò)分析施工方案、模擬施工過(guò)程來(lái)提前準(zhǔn)備，保證施工方案合理的同時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員安裝，安裝過(guò)程中構(gòu)件可通過(guò)二維碼標(biāo)識(shí)并導(dǎo)入構(gòu)件庫(kù)，減少現(xiàn)場(chǎng)施工出錯(cuò)的概率。除此之外，項(xiàng)目管理方面也可以引入BIM進(jìn)行多維度管理，通過(guò)BIM模型管理施工進(jìn)度，安排施工工序，并預(yù)估成本計(jì)劃[5]。

3 結(jié)語(yǔ)

“十三五”規(guī)劃提出以后，我國(guó)對(duì)于預(yù)制裝配率及綠色建筑的要求不斷提高，而木結(jié)構(gòu)因其節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展且裝配率高、抗震性能好等特點(diǎn)，成為建筑發(fā)展潮流的新趨勢(shì)。由于我國(guó)人口眾多，高層建筑甚至超高層建筑的需求大，因此高層木結(jié)構(gòu)建筑必定是研究發(fā)展的重點(diǎn)。而為了更好地響應(yīng)綠色建筑、提高裝配率的要求，可工廠化生產(chǎn)的模塊化木結(jié)構(gòu)建筑與隔震支座的結(jié)合也是目前裝配程度最高的建造方案，既滿足了結(jié)構(gòu)可靠性要求，又提高了施工速度。最后，工廠化生產(chǎn)的建筑與以往現(xiàn)澆的混凝土鋼結(jié)構(gòu)建筑也有很大區(qū)別，因此BIM技術(shù)的引入可以加快設(shè)計(jì)施工一體化的發(fā)展，促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型，為日后住宅產(chǎn)業(yè)化的全面普及打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。