0前言
2011年3月11日,日本本州岛海域发生里氏9.0级大地震,造成几万人死亡或失踪,而这其中,大部分人死于海啸。
2008年5月12日,我国四川省汶川县发生里氏8.0级地震,造成近8.5万人死亡或失踪。对比之下,让人不禁要问,为何我国伤亡人数比日本多出这么多?诚然,日本是多地震国家,其公众的灾难意识很强。但其中有一个绝不容忽视的原因就是他们的建筑物抗震等级很高。"5·12"四川汶川大地震与日本本州岛海域地震的对比,使建筑安全受到人们的重视,由此也引发了中国建筑业对节能抗震的"木结构"的重新发现。
1中国古代木结构建筑
梁思成在《中国建筑的特征》中谈到:"中国建筑乃一独立之结构系统,历史悠长,散布区域辽阔。在军事、政治及思想方面,中国虽常与他族接触,但建筑之基本结构及部署之原则,仅有和缓之变迁顺序之进展,直至最近半世纪,未受其他建筑之影响。"中国古建筑以木材、砖瓦为主要建筑材料,以木构架结构为主要的结构方式。此结构方式,由立柱、横梁、顺檩等主要构件建造而成,各个构件之间的结点以榫卯相吻合,构成富有弹性的框架。中国古代木构架有抬梁、穿斗、井干三种不同的结构方式。
中国古建筑的最大特点就是建筑采用木结构体系。木材的寿命不像砖石那样恒久,更有不耐火的致命缺点,虽然我们的祖先发明了许许多多的保护方法,仍然不能让历史上绝大多数经典建筑流传下来。无论木结构的建筑有多少优点与缺点,但它毕竟是古代建筑选择的结构体系,无数的工匠在这些木结构的建筑上发挥和表现了他们的聪明与才智,曾经创造出辉煌的建筑奇迹,从而使中国古代建筑在世界建筑的画卷中呈现出独特的风貌。
2现代木结构建筑
现代木结构建筑是指建筑的主要结构部分由木方、集成材、木质板材所构成的结构系统,是从古代梁柱式小跨度结构发展而来,但又与之截然不同的建筑体系。现代木结构建筑的主要结构构件均采用标准化的木材或工程木产品,构件连接节点采用金属连接件连接。从结构形式上分,一般分为重型梁柱木结构和轻型桁架木结构。
重型木结构是指用较大尺寸或断面的工程木产品作为梁、柱的木框架,墙体采用木骨架等组合材料的建筑结构,其承载系统由梁和柱构成;轻型木结构是指用标准的规格材、木基结构板材或石膏板制作、建造的木框架单层或多层建筑结构,其承载系统由墙骨柱和木构架墙体构成。目前在国内推广的主要是轻型木结构建筑。
3中国当代木结构建筑的发展
3.1现状
众所周知,中国是木结构建筑最古老的发源地,我们祖先给我们留下的建筑遗产基本全是木结构建筑。木结构建筑逐渐让位于砖混建筑、钢筋混凝土建筑、钢结构等现代建筑,20世纪80年代初,为了缓解我国森林资源贫乏的矛盾,政府曾一度下令限制木质建筑产品的发展,鼓励采用木制构件的代用品,如铝、钢、塑料等。这条禁令直到我国加入WTO才宣布解除。因此,现代木结构建筑的发展在中国基本是一个盲点。中国加入WTO后,木结构建筑应用状况有了明显变化。中国的现代木结构建筑市场,从户外木结构到木结构建筑,从装饰材料到承重材料,从轻型木结构到重型木结构,产业链逐渐成形(设计、施工、材料)。据资料介绍,上海、宁波、杭州、西安、武汉和海南都已经建造了少量轻型木结构住宅小区,尤其上海的木结构建筑量和建筑企业数量均为全国第一。
3.2木结构建筑的问题与对策
虽然我国近几年木结构建筑发展迅速,但仍面临着不少问题和挑战,如何解决这些问题,并提出相应对策,为我国木结构建筑发展铺平道路至关重要。现就有关问题和对策进行分述。
3.2.1土地利用问题
我国是个人多地少的国家,国土资源部2003年专门发文限制建造独立别墅,即今后我国将严格控制高档商品房用地,停止报批别墅用地。对一些生态旅游景点,木结构景观建筑是其理想选择,不仅几乎不破坏耕地,还美化环境,应用得当,还会成为亮丽的景观。
3.2.2森林资源问题
我国森林资源短缺,木结构建筑会大量使用木材,会制约木结构建筑的发展空间。近十多年来,森林覆盖率不断提高,森林保护政策宣传深入人心。但是要注意到这一点,国家仅对天然林实施了保护工程,禁止采伐。因此,人工种植的用于使用的木材是可以使用的。
3.2.3思想观念问题
几十年来,在我国民用建筑中一直采用砖混结构,其建造成本低、给人感觉牢靠、耐久性好、维护成本低,而木结构住宅给人感觉不牢固安全、易发火灾、易受蚁虫害侵蚀、潮湿会引起腐朽发霉等,以至于很难接受这种新型的木结构建筑。由于人们对木结构建筑的认识不足,这些担心是完全可以理解的。木结构住宅只要在成本上、安全上、保护上、功能上采取适当的措施,通过大量的实验对比,专业知识的宣传、样板房的展示,特别是中华古木建筑及文化的影响,相信人们的观念是会改变的,木结构建筑是完全可接受的。
3.2.4建造成本问题
在木结构住宅的开发建造中,开发商、建造商和消费者最关心的是成本问题,由于现阶段在国内建造的木结构建筑多为别墅,加之建造材料多为进口,有的材料或构件甚至要到国外加工,使木结构房屋不包括土地的建造成本达到4000~6000元/m2,使用过程中还需要不断地维护,会增加使用成本,会使大多数人望而却步。
3.2.5功能与防护问题
为了保护木结构建筑主体、延长其使用寿命以及建筑的居住安全,必须对木结构建筑采取防火、防虫和防腐措施,或对建筑的木构件进行有效地处理,以达到国家标准《木结构设计规范》的有关要求。在建造木结构建筑时,都应该采取有效的预防措施。可喜的是国外在此方面已有非常成熟的经验,国内在保护古木建筑结构方面也有大量的实践,在此基础上还应不断地深入和完善,以取得更加有效的成果,为木结构建筑在我国的发展扫清障碍。
3.3中国木结构建筑的优势
3.3.1取材方便
在古代,我国广袤的土地上到处是茂密的森林,黄河流域也曾是气候温润、林木森郁的地区。加之木材易于加工,利用石器即可完成砍伐、开料、平整、作榫卯等工序,取材方面。
3.3.2适应性强
木架建筑是由柱、梁、檩、枋等构件形成框架来承受屋面、楼面的荷载以及风力、地震力的,墙并不承重,只起围蔽、分隔和稳定柱子的作用,因此,民间有"墙倒屋不塌"之谚。房屋内部可较自由地分隔空间,门窗也可任意开设。木结构建筑使用的灵活性大,适应性强,无论是水乡、山区、寒带、热带,都能满足使用要求。
3.3.3施工速度快
木材加工远比石料快,加上唐宋以后使用了类似今天的建筑模数制的方法,各种木构件的式样也已定型化,因此,可对各种木构件同时加工,制成后再组合拼装。嘉靖时承建紫禁城三大殿也只花3年时间,而西苑永寿宫被焚后仅"十旬"(百日)就重建完成。
3.3.4便于修缮、搬迁
榫卯节点有可卸性,替换某种构件或整座房屋拆卸搬迁,都比较容易做到。历史上也有宫殿、庙宁拆迂异地重建的例子,如山西省永济县永乐宫,是一座有代表性的元代道观,整体建筑群已于20世纪50年代被拆卸迁移至山西省芮城县境内。
3.4前景展望
在我国,木结构建筑必将迅速发展,会得到越来越多的人青睐和选择,主要理由如下。
3.4.1木结构建筑的物质基础
国内人工速生林的广泛种植,北美的云杉、松木、冷杉(SPF)和俄罗斯的落叶松、樟子松等丰富资源的补充,为木结构建筑提供了木材的来源保证。大量新型结构材料的开发与研制,为木结构建筑提供了物质基础。
3.4.2木结构建筑的经济基础
随着我国经济的高速发展和人们日益增长的物资需求,对生活品质和居住环境提出了更高的要求。
3.4.3木结构建筑的技术工艺基础
国内木材工业的发展与进步,为木结构建筑的应用奠定了技术基础。如我国已经成为人造板生产大国,用于建筑的多层胶合板生产量也位于世界前列。单板层积材(LVL)、定向刨花板(OSB)、冷压胶合梁柱等技术已基本成熟,有的已形成工业化生产规模,只要对一些特别技术(如大跨度胶合梁、弯曲大构件等技术)加以研究应用,从生产和技术角度来看,建造木结构建筑是完全可行的。
3.4.4木结构建筑的美好未来
近10多年来,我国的建筑竣工面积一直居世界首位,随着我国经济的高速发展、住房理念的变化,长期统治我国建筑市场的混凝土结构将被打破,一个混凝土结构、砖混结构、木结构的多元格局将逐步形成。我国大部分地区与日本、北美和北欧地理纬度相近,适合于发展木结构建筑,他山之石可以攻玉,我们应结合我国建筑、文化、材料、技术等特点,走中国自己的木结构建筑发展之路。
5结语
新型木结构建筑在我国发展已有良好的开端,且发展迅速,相信顺应绿色、环保、节能、低碳时代潮流和理念的木结构建筑一定有更加美好灿烂的明天。
参考文献:
[1]梁思成。中国建筑史[M].天津:百花文艺出版社,1998.
[2]刘延杰,卞祖珉。木结构---北美洲独特的建筑方式[J].时代建筑,1998,15(2):68-70.
[3]吴竹涟。木结构房屋---我国住宅的盲点[J].世界建筑,2000,21(5):63-66.
[4]张仲强。木结构建筑[J].世界建筑,2002,23(9):17-21.
[5]费本华,王戈,等。我国发展木结构房屋的前景分忻[J].木材工业,2002,16(9):6-9.
[6]王益政。美国木结构住宅成本与效率[J].建筑节能,2002,30(2):36-38.
[7]樊承谋。木结构在我国建筑中应用的前景[J].木材工业,2003,17(3):4-6.
[8]周定国。我国人造板新产品开发现状与发展趋向[J].林业科技开发,1997,11(1):11-13.