木結構的結構特點及應用發展

占二亮

天津拈花灣設計有限公司上海分公司，中國·上海 200000

1 引言

在中國古代木結構為主要建筑形式，隨著鋼筋混凝土時代的到來，中國的木結構建筑一度陷入停滯，而歐美等國現在依然沿用木結構建筑，中國應大力發展木構建筑以填補這份空白。

2 木結構建筑的結構特點分析

2.1 工業化

經過處理的原木或各種標準化的工程木在現代裝配式木結構建筑得到廣泛應用，利用建筑模數化設計，采用專業標準和規范進行預制構件的工業化生產，同時使木結構材料防潮防腐、防火等特性顯著提高，預制構件制作完成后再運送至建筑施工場地進行裝配。此類建筑形式具有較高的工業化程度，受氣候等外界因素所造成的影響較小，建造標準化較高，能夠有效保證建筑質量，并且環境污染問題能夠實現集中治理。

2.2 抗災性能

①與鋼筋混凝土結構及鋼結構相較之下，木結構建筑具有更強的抗震性能，能夠最大程度降低結構受損所帶來了的人員傷害。以日本為例，日本處于地震多發地帶，但是木構房屋破壞帶來的傷害微乎其微。

②木結構由于自重較輕，抗風性能較弱。而目前木結構建筑中已有通過采用新型正交膠合木剪力墻結構的剪力墻系統的運用，能夠對地震引起的側向荷載進行有效承載，同時在龍卷風及臺風等影響下，能夠有效保護木結構建筑的穩定。

③由于木結構本身自重較輕，引起地基不均勻沉降的可能性很小，適用于不同種類的地形地段。

2.3 隔音性能

在木結構建筑中，其隔聲性能也優與砌體結構和其他結構形式，在木構天花板及墻體空隙中填充玻璃隔音棉，能夠對聲波進行有效吸收，從而使建筑的隱蔽性和舒適感增強。墻面的裝飾石膏板和地面阻燃地毯也可同樣降低噪音分貝，這樣木結構建筑就能夠使噪音及空中聲音傳播的不利影響最大程度減少，以達到砌體墻體和混凝土構件的相同隔音效果[1]。

2.4 保溫性能

作為天然可再生材料，而且木質材料是熱的不良導體，同樣厚度的木材他的保溫性能是鋼材的400倍，是混凝土的16倍，與傳統的結構體系相比，木結構建筑具有更良好的保溫及隔熱性能，其中木結構建筑在低溫條件下能夠保證室內溫度比混凝土結構建筑的高出6℃，而在氣溫較高的環境下，木結構建筑內溫度與其他結構建筑相較之下更加涼爽和舒適。

3 木結構建筑技術應用分析

3.1 防火性

通過加強木結構工藝及整體組合設計，使木結構建筑的防火性能得以有效保障，實驗證明利用石膏面板、水泥纖維板或其他不易燃材料在天花板及墻體上加以運用，輕型樓板和墻體的耐火極限可以達到0.5～2小時，而重型木結構則是增大構件的截面面積，利用木材高溫下炭化燃燒的速度緩慢，在特定的時間內依然保證相應的承重性能，使房屋不倒塌。另外，通過主動式的火災控制系統的運用，一旦發生火災能夠對建筑物內的人員財產安全予以有效保護[2]。

3.2 連接方式

榫卯和釘接連接方式作為中國古代傳統木結構建筑的主要連接方式，具有抗震性能好、結構整體性高等優勢，既能夠提高木結構構件的剛度及彈性模量等力學性能，也有利于木結構整體穩定性、承載力以及耐久度等提高。而現代木結構廣泛使用金屬構件和結構膠，這也是區別于傳統木結構和現代木結構的主要特征，現階段在木結構建筑中，通過螺釘連接、釘連接以及螺栓連接等銷軸類連接形式的應用，能夠使裝配便捷需要得以有效滿足。另外通過齒板連接及植筋連接等形式的應用，能夠使木結構應用范圍不斷拓展。

3.3 耐久性

提高木結構建筑的耐久性和壽命，較常見的處理方法是木構件表面碳化處理，且木構件表面或者在壓力下注入化學品，其次目前在木材加工后，通過高效玻璃棉、防火材料等技術的應用，能夠有效提高木結構建筑的耐火性、防潮性，有效保障木質建筑物的使用安全性和穩定性。在主體構件施工完畢之后建筑外墻張貼防潮紙，屋面做瀝青防水防水材料或者其他新型防腐貼面等方法處理，只有防水防潮處理好了就能提升建筑的使用壽命。

另外，在木結構建筑中，白蟻一直是無法根本性解決的難題，目前主要采取的防治措施包括對建筑周邊土壤、建筑自身木結構以及白蟻寄生環境等加強處理，使白蟻得以有效消滅和減少[3]。

3.4 木結構體系

在現代木結構體系中，主要由木框架支撐結構、輕型木結構、CLT剪力墻結構、木框架剪力墻結構、木混合結構及大跨木結構等組成，其中通過混凝土或鋼結構與木結構在結構層面的混合應用，構成了主流木混合結構。

4 現代木結構在黃梅菩提小鎮項目中的應用

4.1 項目簡介

本項目為黃梅禪文化旅游區五祖寺景區綜合開發一期菩提小鎮項目，建設地點位于湖北省黃梅縣五祖寺景區山下片區游客中心東側，總用地面積約12萬m3，總建筑面積約5萬m3，建筑單體56個，所有建筑均為多層仿古建筑，其中有商業、民宿、禪堂戲臺等特色建筑。

4.2 木結構的運用

4.2.1 項目的風格定位

本項目位于中國湖北黃梅的五祖寺景區，小鎮的整體風格主要迎合景區內的整體風格，并又要突出禪意和古色古香，因此項目整體風格為仿古建筑，故所有單體除主體結構是砌體墻和鋼筋混凝土構建外，其他構件及各類裝飾構件均為木構件。

4.2.2 材料選型

選擇材料的主要木構件具體參考表1。

表1 主要木構件

主要金屬構件用途固定木柱、木梁、牛角、木欄桿等構件，金屬構件均為Q235B熱鍍鋅鋼管。

4.2.3 木材的性能要求

所有木掛板、裝飾柱、裝飾梁、門頭裝飾牛腿、椽條、花架構件均做深度碳化處理；木扶手、欄桿均做防腐表面碳化處理；所有門頭、承重梁柱、牛腿均做防腐表面碳化處理；所有木質構件除做特殊設計說明外，均為南方松防腐木，且木材的含水率低于8%；構件與構件之間采用鋼釘等連接[4]。

木質構件均需滿足防火B1級，局部位置應達到A級材料防火等級，橫向裝飾線條處均安裝泛水條防止雨水滲入，木飾面與門窗等搭接處均需用耐候膠封堵。

5 木結構未來發展展望

5.1 對膠結劑加大研究力度

與傳統木結構相較之下，膠結劑能夠在現代木結構中廣泛應用，使木結構能夠克服原木尺寸的局限，對其應用范圍進一步拓展。但同時需要對膠結劑的耐久性、防火性及環保性加強重視，尤其是木結構的環保性，是推廣木結構的關鍵，另外還需要對膠結劑對環境及人體影響加強分析和研究，尤其是在高溫環境下膠結劑的表現。

5.2 對典型節點的受力和破壞模式加強研究

在裝配式木結構中，節點工藝需要對結構整體的力學性能予以保證的同時，還需要具備良好的水密性和氣密性。同時節點形式也是裝配難點。因此，需要對典型結點加強受力及破壞模式等加強研究，并從加工工藝、材料選取、維護措施、安裝方法以及耐久性等方面入手，使木結構節點的安全性有效提高。

5.3 對大跨度木結構空間及高層木結構加強研究

隨著城市化發展進程的持續推進，現階段低層獨戶式的木結構已無法滿足社會發展需求。因此，需要對商業建筑、高層住宅、大跨度公共建筑以及工業建筑中木結構應用等方向進行研究，從而使建筑行業發展的空間及環保需求得以有效滿足。

6 結語

作為中國傳統文化傳承及發揚的重要載體，木結構體系應用能夠在可持續發展戰略環境下，對建筑工業化及綠色建筑需求進行有效引導。此外，作為可再生原材料，現代木結構能夠體現良好的裝配化性能、抗震性能及宜居性等特點，因此需要對對木結構建筑不斷研討，對現代木結構應用進行有效推廣的同時，還應對國際化的木材供應、保障、加工、運輸體系加強建立，使其能夠與自然及人文環境相適合。