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木结构建筑:从传统走向现代

作者:mcl123888 来源: 日期:2016-9-21 19:28:37
 

说起木结构建筑,人们大概会立即联想到古代园林、佛教庙宇等古建筑,很难与现代化建筑沾边。然而,随着社会的发展进步和人们生活水平的提高,尤其是近年来随着大众和政府对于环境可持续发展以及绿色建筑的持续关注,木结构建筑重新回到人们的视野,并受到广泛关注。在日前召开的中国建筑学会建筑结构分会年会上,木结构建筑的发展成为与会者探讨的热点话题。 我国木结构建筑历史悠久 我国木结构建筑历史辉煌且悠久,是中华文明的重要组成部分,且对日本、朝鲜等国产生过重要影响。考古发现,早在旧石器时代晚期,已经有中国古人类“掘土为穴”(穴居)和“构木为巢”(巢居)的原始营造遗迹。而分别代表两河流域文明的浙江余姚河姆渡遗址和西安半坡遗址则表明,早在 7000 至 5000 年前,中国古代木结构建造技术已达到了相当高的水平。 哈尔滨工业大学土木工程学院教授祝恩淳研究发现,中国古代木结构在上述原始雏形的基础上不断演化改进,逐渐形成了梁柱式构架和穿斗式构架两类主要体系。

自战国以来,迟至清末甚或今日,这两种体系一直沿用。有记载的中国古代著名木结构建筑为数众多,但大都已经湮灭于历史的长河中。据统计,现存的木结构实物最早可追溯至唐朝中后期。自辽宋各代,遗留建筑实物渐多,而明清最多。如我国现存最古老、最高的木结构建筑——山西应县佛宫寺释迦塔,最早采用拼合构件的实物木结构——宁波保国寺大殿,现存规模最大、殿柱最巨之木结构——明长陵棱恩殿,构思最巧妙、最大胆之木结构——山西大同恒山悬空寺。 可以说,中国古代木结构从考古发现、典籍记载到实物存在,浩如烟海、数不胜数。值得一提的是,我国古代还有为数众多的少数民族木结构建筑以及木桥、木栈道等木结构工程,同样体现了劳动人民高超的聪明智慧和技术水平。 现代木结构建筑发展迅速 有关研究表明,我国建国初期,木结构曾在国民经济建设中发挥着重要作用。由于木材短缺,至上世纪 70 年代末,木结构在中国的研究应用陷于停滞。

上世纪 90 年代末,我国引进北美轻型木结构,标志着木结构的研究与应用在我国逐步恢复。祝恩淳认为,发展具有中国特色的木结构,首先要深入学习了解国际木结构的先进技术,大力开展木结构科学研究,完善木结构的设计计算理论,加强木结构类技术标准的制订,促进适合于建筑结构用的标准化、工业化的木和竹产品的研发和生产。 祝恩淳分析认为,中国传统的梁柱体系跨度往往受限,且耗用木材较多。随着西方科学技术的传入,出现了桁架这一构件形式。木结构房屋逐渐转变为由承重砖墙支承的木桁架结构体系所替代,称砖木结构房屋。建国初期百废待兴,而钢材、水泥短缺,大多数民用建筑和部分工业建筑都采用了这种砖木结构形式(砖承重墙、木屋盖)。据 1958 年统计,这类房屋占总建筑的比例约为 46%。上世纪五、六十年代所建的这类木屋盖,有的至今还在使用。在这一时期,木结构应用虽基本上被限制在木屋盖范围内,但仍处于兴旺时期,仍可与混凝土结构、砌体结构和钢结构并称四大结构之一,在国民经济建设中发挥着重要作用。

与此同时,各高校、科研院所有众多专业人员从事木结构教学、科研工作,规范编制、科研、教学的内容也基本以砖木结构为中心。随着我国国民经济建设发展前三个五年计划的推进,基本建设的规模迅速扩大,木材需求量急剧增加,森林被大量砍伐,木材资源几近耗尽。上世纪 70 年代后,木结构在中国基本被停用,木结构工作者纷纷转行,高校木结构课程也逐渐停设,中国木结构被迫处于停滞状态,长达 20 余年。 反之,美国、日本以及欧洲等木结构技术先进的国家和地区,却从未停止前进的步伐。木结构的研究与应用在这些国家与时俱进,居于世界领先地位。木结构的发展应用呈现两个特点,一是木结构产品生产的标准化和规格化,生产效率提高。

轻型木结构即代表这一特点。轻型木结构所用规格材和木基结构板,都是标准化和规格化的工业产品,可以大批量生产,价格低廉;轻型木结构用钉连接,是木结构中最简捷的连接方式,施工效率高。轻型木结构在北美、北欧地区得到广泛应用,占这些地区住宅建筑的 90%以上。二是人工改良的木材即工程木的发展及其结构应用,胶合木等工程木产品代表了这一发展趋势,适合于建造大型复杂木结构。例如,采用胶合木建于 1997 年的日本秋田县大馆市海树体育馆,其跨度达 178 米,系木结构跨度之最。大跨空间木结构,是一个国家木结构技术发展水平的标志。 近年来,随着我国经济实力的不断增长以及全球经济一体化,我国已经可以从国际市场上进口相当可观数量的木材,并引进木结构设计、制作和木产品生产技术。另一方面,我国可利用的森林资源主要是人工林,也在逐步增长。上世纪 90 年代末期,以引进北美轻型木结构为标志,预示着木结构的研究与应用在我国逐步恢复。

祝恩淳指出,近 10 年来,木结构事业在我国取得了可喜的发展。一是轻型木结构获得大量应用。据不完全统计,自 2000 年以来,已建成轻型木结构房屋逾万例,分布遍及我国大部分地区。二是胶合木结构逐渐兴起。其中,具代表性的实例有杭州香积寺、苏州胥江木拱桥以及柳州开元寺等工程。三是具有中国特色的竹材和竹木复合材研发应用进展显著。胶合竹获注册专利,轻型竹结构体系已然成型。四是一系列木结构技术标准已经制订或正在进行中。五是一些具备条件的大专院校和科研单位重新开设木结构课程,开展木结构相关研究并获得各类资助,同时积极扩大国际交流与合作。可以说,木结构的研究与应用在我国出现了欣欣向荣的新气象,从工程应用、教学科研到规范制订都处在积极引进、消化吸收和完善提高的复兴阶段。 发展有中国特色的木结构 据记者了解,目前国内相关部门正在积极开展国际交流,引进国外先进经验、技术和产品,对我国木结构的复兴和发展起到了积极的促进作用。

但是,祝恩淳认为,作为一个具有数千年木结构应用历史的国家,归根到底还是应该根据具体国情,研发有中国特色的木结构。主要原因如下:一是我国仍然有众多的古代木结构存世,还有相当一部分少数民族地区仍一直沿用本民族传统结构。一方面要对这些木结构建筑加强保护,使之传世久远;另一方面要从建筑结构的角度对这些木结构进行科学研究,继承发扬其精华。这是我国木结构学界的天赐机缘,也是责无旁贷的任务。二是整体而言,我国国产林木资源不足。毋庸置疑,在全球经济一体化的今天,从国际市场进口木材和引进木结构技术,是我国木结构发展的重要途径。但我国有 4000 多万公顷的人工资源,总量居世界第一。合理开发利用我国的林木资源,利用人工林树种研发现代工程木产品,并基于这些产品研发相应的木结构体系,是我国木结构发展的另一重要途径。三是我国有近 400万公顷的竹林资源,总量也居世界第一位。人们也有利用竹材建造房屋的悠久历史。我国学者已研发了轻型竹结构和竹木复合材,倘若能实现胶合竹等竹材产品和竹木复合材产品的标准化、工业化生产,确定这类产品的强度设计指标和完善其结构的计算设计理论和方法,竹结构和竹木结构在我国将大有可为。 祝恩淳强调,还要大力开展科学研究,完善我国木结构计算设计理论。

现代木结构离不开计算设计理论与方法的指导。我国现有木结构计算设计理论基本以前苏联的理论为基础,适用于工地现场制作木构件所建的木结构。随现代木材产品的引进和研发,理所当然地需要更新现有理论和方法。引进参考国际先进经验是必要的,但需要消化吸收不能照搬。需要更深入的研究,继承和发扬具有中国特色、体现中国研究水平的理论和方法。 除此之外,祝恩淳还认为,应不断加强木结构类技术标准的制订。木结构的发展应用离不开木结构类技术规范的指导和约束,技术规范与木结构的科研和教学工作有重要的相互影响作用,规范编制工作的重要性是显而易见的。值得肯定的是,我国木结构类技术标准的体系已基本形成,其中包括胶合木(结构集成材)、规格材、锯材产品标准,木结构设计、施工和质量验收规范以及木结构试验方法标准等。需要完善的首先是设计计算理论的改进,这有赖于我国木结构研究工作的不断深入和发展。另外,还要明确各规范的分工,加强各规范间的联系和协作。例如现行木结构设计类规范中关于原木、方木、规格材的定级标准、树种识别,甚至层板胶合木的组坯方式等规定,宜由相应的木产品标准作出;现行木结构工程施工质量验收规范中关于胶合木工厂生产的许多规定也宜放到相应的木产品标准中;制定技术标准,需要深入学习和了解国际先进技术,并与我国国情相结合,使技术标准本土化、可执行。




 
 
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