木建筑发展综述

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摘要：本文简述了木结构建筑的发展历史，并分别从三个小的细节方面介绍了其发展历程，即材料、构造方式以及连接点，分析了其从古至今的发展原因。

关键词：木建筑；木结构

一、概述

木结构房屋在中国有着悠久的历史，自古以来就以其风格优雅和结构灵巧而受到称颂。木结构房屋因其美观、节能、环保、舒适、亲近自然，而备受人们的推崇。从至今仍保存完好的飞檐、木瓦、斗拱、楼梯中，中国古代卓越的木结构建造技术就可见一斑。[1]

木材是一种天然的、可再生的建筑材料。而且它与常见的混凝土及砖结构相比，木结构建筑具有以下的优点，所以在现代建筑中，人们越来越喜欢木结构的房屋。

（1）耐震性强。木结构因其自身质地坚韧且质量轻，所以在地震时吸收的地震力少。另一方面，木结构有许多构件组成，地震时能分散负荷并承受地震震动的强度，因而具有良好的耐震性。

（2）设计布置灵活。木结构因其材料和结构的特点，使得平面布置更加灵活，为建筑师提供了更加广阔的想象空间。

（3）保温节能性能好。经研究，由于木材为绝热体，在同样厚度的条件下，木材的隔热值比标准的混凝土高16倍，比钢材高400倍，比铝材高1600倍。正是由于这种木质特殊的组织结构，其保温、绝缘、节能性能优于利用其它任何材料建造而成的结构形式，冬暖夏凉，节约能源花费。[2]

（4）具有一定的耐燃性能。木结构可以通过进行防火设计来阻止火势扩散，可以放心用木材来做墙体、铺地板、盖屋顶。相对而言，钢在受热时会极大地丧失强度，并且在火的温度下会坍塌。

（5）环境友善。建筑物的一般寿命平均为50年左右。对被拆除的建筑物材料的处理，一直是困扰城市生态环境的大问题。为此，现代材料应该朝着“4R”原则 （Re—new，Recycle，Reuse，Reduce）的方向发展，木质材料基本符合上述要求。[3]

二、近现代使用的材料

随着森林资源的日益紧缺，天然环保的木结构建筑的发展受到了制约。近年来，由于木材工业的发展，充分利用森林资源生产出来的工程木产品，又为木结构的可持续发展奠定了基础。

最常见的工业木材有集成板材和复合板，此两种木材均被大量用于建筑工程上。集成板材是由种类相同、但尺寸较小的木材组合成的大尺度建材，能突破天然木材的长度限制，提高木材断面的尺寸。复合板则是经过工业加工处理，提供以往传统原木所不能提供的板材基本构件，降低木材加工造成的材料浪费。以现代木建筑的结构体系而言，复合板能以墙体或楼板的形态与柱梁结构结合，用以增加柱梁框架的刚度及稳定结构系统。此外，复合板也被大量应用于装饰用材。常见的复合板可随意在最外层贴上满足不同视觉喜好的饰纹木饰面板，使人们无需付出昂贵的费用，即能换来表象的奢华。[4]

而胶合木结构在我国从五十年代后期开始采用，它既可以提高木结构的质量，又节约木材，并适应现代化生产，因此得到了迅速的发展。胶合木结构是一种先进的结构形式，包括层板胶合结构和胶合板结构。与普通的木结构相比，具有下述一系列的优点：[5]

（1）不受天然木料尺寸的限制，可胶合成任意大小和长度的构件；

（2）可将严重的木材缺陷截去后重新接长；将一般的木材缺陷分层匀开；按截面上的应力分布，合理配置不同等级的木材，做到劣材优用；

（3）可将小料拼合，短料接长，做到大材小用；

（4）通过人工干燥控制开裂和翘曲变形，可扩大树种的利用的范围；

（5）用大面积的构件可组成节间大、节点小的衍架，整体刚性好；

（6）大截面的层板胶合构件的耐火性能好；

（7）可以工业化生产，提高质量和生产效率。

三、木建筑的构造方式

1.柱梁式构造

在原始的居住文明中，柱与梁就被用作主要的构造元素，两者能在满足结构功能的情况下，以最少的构材数量创造最大的使用空间。但不同于钢筋混凝土结构或钢结构的是，如何维系柱梁式木建筑的刚度，一直是此类构造的最重要的课题。

以中国和日本的纯木质传统建筑为例，明显的柱梁式结构方法造就了“墙倒屋不倒”的建筑特质，弹性的开口设计也增加了空间之间的穿透性。唯有在联结部位，历代匠师们发展出复杂的、环环相扣的木-木节点（即斗拱系统）。欧洲的原始木建筑则以斜撑支脚解决柱梁接续部位的刚度不足的问题。[6]

而现代木建筑则大量采用金属扣件，试图以金属的强度及韧性突破传统木建筑的极限。近代木材工业的出现（尤以集成板材为代表），提供了木建筑的设计空间与弹性。

2.框组壁式构造

框组壁式构造就是“2×4工艺”。欧洲传统的木筋墙建筑，一般认为是框组壁式构造的前身。木筋墙建筑以小断面、小尺寸的木结构材构筑建筑物的框组，再以不同的壁材（泥土、砖石等）填充其中，以自重及充实的壁体提供建筑物足够的刚度。[7]

框组壁工艺同样以小尺寸的构材构筑骨架，壁体演进为以板材外覆，固定于构材的内外面，构成中空而质轻的壁体，再填充以现代的阻绝材料，是极为经济、简易的工艺，盛行于北美地区。现行的框组壁工艺大概分为两类：轻型木构架及平台框架。

轻质木框架房屋 （简称为轻型木结构房屋），诞生于l9世纪中叶，不同于传统的原木结构和梁柱木结构。它从结构的可靠性、构件的合理性、使用的舒适性和耐久性，以及建造的经济性等方面都有了较大的提高，这也使它成为当今建筑市场的新宠。轻型木框架以小断面的垂直构件为主干，由房屋基部连续伸展至整栋房屋立面，垂直构件与水平构件以钉子联结，房屋内的地板则以搭建在横挡上的水平构件组成。

平台框架以每一层为单元，分别以小断面的垂直与水平构材构成，由于系统采用的木构材断面较小，虽以紧密的配置方式构筑，工艺却简易快速。目前框组壁工艺的应用范围大多限于中小型建筑，以住宅建筑为代表。[8]

四、建筑节点

节点是结构得以连贯的依据，造型得以塑造的原因，在木建筑中尤为重要。由于木材的天然特性，要将有限的尺寸或长度的木材构筑出符合设计要求的构造，节点是最大的挑战，也是木建筑各部位中最引人入胜的地方。木节点的分类从其连接功能性看来，可分为面与面的接触，以及间接连接件的传递连接。

1.木-木节点

在各个文明时代早期出现的木建筑，皆在长期的实作经验及对材料的掌握运用上发展出不同的木-木节点。早期人类在木材与木材间的连接上所采用的方法，似乎与石材没什么两样。从古代垒压堆砌的井干式建筑到今天依然盛行的圆木屋，都是典型的例子。

木材的抗压特性是所有传统木建筑中最常被运用的特性。在西方，三角形的屋架几乎是标准的结构形态，虽然各个部位的节点形态日趋多样化，但大多数都是利用木材的抗压特性，部分则是利用木材的抗剪特性。即便是抗拉的构造功能也是凭借木材与金属扣件的抗压特性而实现的。[9]

2.木-铁节点

木-铁节点的出现，始于人们对铁器使用的熟练程度及对材料的认知。铁件出现的早期，通常担任补强或辅助的功能，其后才发展为主要的连接构件。铁件的连接功能一方面造就强度较高的木节点，一方面也改变木节点的形态。

现代木建筑使用铁质连接件的情形已极为普遍，同时发展出许多复杂的样式以适应更复杂的力学行为，以及构筑更多的结构形态。

与传统概念上的梁柱木结构的连接不同，金属连接件根据所连接构件的材性、受力性质、使用环境，以及几何尺寸，从普通钉、螺栓、齿板等普通连接件一直到搁栅悬挂件和抗震加强节点构件等

特种连接件都有。使用金属连接件能合理的满足节点处复合受力的要求，很大程度的减少了因变形而引起的构件开裂。另外，连接件的几何模数与结构构件的模数相配套，从而保证了木结构的安装速度、质量和产业化。[10]

3.胶合节点

早期人们使用的胶合物以动物胶为主。胶合对木节点而言，并不是主要的胶合形态。直到近代，无机化学的发展进步，生产出高强度且防水性能良好的胶合物，于是带动了革命性工业木材，复合板、纤维板及集成板等的研发。木材不再只是有限的小尺寸，不再只是直扁的单一形状，许多天然的缺陷得以改善或避免，如此的突破进一步扩展了木建筑的尺度。尽管如此，胶合节点仍有实践上的限制，原因在于胶合虽可提供比其他种类节点更高的强度，但无法容许节点在外力作用过程中产生足够的位移。一般而言，胶合节点很少单独使用，而需要与其他类型的节点配合运用。

参考文献：

[1]龙超.木结构在中国.木材工业.2005（9）.研究与开发，22.

[2]American National Standard Institute.National Design specification（NDS）for Wood construction[S].U.S.A.ANSL/AF&PA NDS-1997.

[3]曹伟.建筑材料的可持续发展及其实例分析.中外建筑，2001（2） 25—27.

[4]陈启仁，张纹韶.认识现代木建筑.天津大学出版社2005年.39-43.

[5]龙钧，王用信，曲竹成，王志慧.胶合木结构使用调查报告.1983.

[6]刘敦桢.中国古代建筑史[M].北京：中国建筑工业出版社.1980.

[7]允适，李武.古建筑与木质文物维护指南[M].北京：中国林业出版社.1995.

[8]樊承谋.木结构在我国的发展前景[J].建筑技术，2003，34（4）：297—298.

[9]Mason.中国古代建筑发展的历史阶段 [J].中国砌体，2005 （4）：27.

[10]费本华，王戈，任海青等.我国发展木结构房屋的前景分析[J].木材工业，2002，16（5）：6-9.