目前,我国建筑大多采用钢材、水泥等传统建筑材料,其产量已居全球50%以上。据统计,建筑业每年消耗的能源已占到全国能源消耗的30%以上,排放的二氧化碳占总排放的40%以上,严重制约了我国社会经济的可持续发展。
大家也许听说过,木材是可再生建筑材料,木材生长是美化环境、释放氧气和固碳过程,生态环保效益显著,那么我们可不可以在建筑中采用木结构呢?
现代木结构符合国家“双碳”战略需求:森林每增长1木材蓄积,净吸收二氧化碳量1吨,释放730kg氧气,储存270kg碳;符合建筑工业化趋势:我国政策倡导在具备条件的地方和领域发展现代木结构建筑。
现代木结构部品部件工厂化制造、现场装配安装;符合生态宜居要求:木结构建筑适应城市过渡地带及农村地区的人文环境、生活方式和生态宜居要求,木结构可调节室内温、湿度,改善室内空气品质;有助于调节情绪、缓解压力、有益于人体心理健康。
一、木结构在我国的历史渊源
我国具有悠久的木结构建造历史,传统木结构兴于秦汉,盛于唐宋,至明清已至巅峰。秦汉时期,传统木结构体系趋于稳定,并形成穿斗式、抬梁式和井干式木结构等几种形式;到了唐宋年间,传统木结构建造技术已经较为成熟,并向标准化和模数化发展;1056年建成了67m左右高的应县木塔(图1),1103年出版了国际上最早、最为完整的木建筑著作《营造法式》;明清时期,传统木结构体系和形制进一步固化,建造技术更加成熟,国内大部分现存的木结构建筑即来自该时期,其中的宫廷建筑外观辉煌、气势雄伟,如北京故宫是世界最大木结构建筑群(图2)。
图1.山西应县木塔
图2.北京故宫
然而到了建国初期,百废待兴,由于木材资源远不能满足大规模基础建设的迫切需求,加之木材科学技术水平有限,所以在现代木结构领域未能和欧美等发达国家齐头并进;到了 20世纪80年代后期,木结构研究处于停滞状态,在之后的20年才逐渐恢复,而在此期间,欧美国家借由木材科学技术的革新以及现代木结构的深入研究,以工程木为代表的重型木结 构得到快速且广泛应用,国内外差距愈发明显。
二、现代木结构有哪些应用
在“碳达峰”和“碳中和”的战略目标指引下,我国现代木结构研究呈现快速增长趋势,全产业链日趋完善,工程应用逐年增多。
现代木结构体系主要包括:
轻型木结构
轻型木结构体系是指3层及以下、由规格材和木基结构板材等通过钉连接组合而成的木结构体系。‘
多高层木结构
长期以来,木结构建筑仅用于低层建筑,但随着木材科学技术的不断发展,一些新型的工程木材料不断涌现,尤其是随着20世纪90年代CLT在欧洲的应用,促进了多高层木结构建筑的发展,这同时也适应了社会对可持续发展的重大需求。10多年来,欧美在多高层木结构方面的研究与实践较多,我国的相关工作近十年才逐渐开始,相关研究主要集中于木框架支撑结构、木框架剪力墙结构以及CLT剪力墙结构(图3)。
图3,澳大利亚墨尔本10层住宅楼“Forté”
木混合结构
木结构与其他结构(如混凝土结构和钢结构)结合进而形成混合结构体系,主要包括上下混合木结构、混凝土核心筒木结构和钢框架-木剪力墙混合结构(钢-木混合结构),图4为2016年建成的位于加拿大温哥华的UBC大学内18层宿舍楼,是混凝土核心筒木结构,总高53m,可以容纳400多人。
图4,加拿大温哥华的UBC大学内18层宿舍楼
大跨度木结构
层板胶合木等工程木具有良好的力学性能; 同时,以现代木材加工技术可以制作任意长度的木构件。此外,由于木材自重轻,使其适合于大跨度结构。图5为2013年建成的苏州胥虹桥,总长100m,单跨75.7m,桥面宽度6m。
图5,苏州胥虹桥
国内代表性现代木结构:
01
第十届江苏省园艺博览会博览园木结构建筑(主展馆)
02
第十届江苏省园艺博览会博览园木结构建筑(南游客中心)
03
第十届江苏省园艺博览会博览园木结构建筑(西南服务建筑)
04
山东滨州黄河故道公园飞虹桥(世界跨度最大木结构拱桥)
05
山东鼎驰木业有限公司研发中心(国内层数及高度第一现代木结构建筑)
06
贵州省黔东南州榕江游泳馆(国内跨度第一和面积第一的现代木结构屋盖)
07
赤龙湖国家湿地公园科普馆多功能厅(国内首座空间交汇桁架木结构展馆)
08
常州市淹城初级中学体育馆(国内首座全木结构体育馆)
南京工业大学土木工程学院
用户评论
哇!这篇文章真的让我眼前一亮!世界建筑日主题很棒,将木结构建筑与链接古今、低碳环保的理念结合起来,非常有深度!也让我对木结构建筑有了全新的认识,看来以后要多关注一下这个领域了!
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很不错的文章,让我对木结构建筑有了更深的了解,以前只知道木结构房子比较环保,但没想到它还能链接古今,很有历史文化感!希望以后能看到更多关于木结构建筑的资讯。
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文章很精彩,但我觉得作者对木结构建筑的描述有些过于理想化了,毕竟木结构也存在一定的缺陷,比如防火性能相对较差,而且造价也比传统建筑高。当然,文章也提到了低碳环保,这点非常重要!
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这篇文章让我想起了小时候住的木房子,虽然很简陋,但很有温度。如今,木结构建筑已经成为了时代潮流,希望未来能够看到更多更先进的木结构建筑,为人类创造更美好的生活空间。
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