現代化的中國木結構

現代化的中國木結構

說(shuō)起木結構建筑，人們大概會(huì )立即聯(lián)想到古代園 林、佛教廟宇等古建筑，很難與現代化建筑沾邊。然而，隨著(zhù)社會(huì )的發(fā)展進(jìn)步和人們生活水平的提高，尤其是近年來(lái)隨著(zhù)大眾和政府對于環(huán)境可持續發(fā)展以及綠色建 筑的持續關(guān)注,木結構建筑重新回到人們的視野，并受到廣泛關(guān)注。在日前召開(kāi)的中國建筑學(xué)會(huì )建筑結構分會(huì )年會(huì )上，木結構建筑的發(fā)展成為與會(huì )者探討的熱點(diǎn)話(huà)題。

我國木結構建筑歷史悠久

我國木結構建筑歷史輝煌且悠久，是中華文明的 重要組成部分，且對日本、朝鮮等國產(chǎn)生過(guò)重要影響?？脊虐l(fā)現，早在舊石器時(shí)代晚期，已經(jīng)有中國古人類(lèi)“掘土為穴”（穴居）和“構木為巢”（巢居）的原始營(yíng) 造遺跡。而分別代表兩河流域文明的浙江余姚河姆渡遺址和西安半坡遺址則表明，早在7000至5000年前，中國古代木結構建造技術(shù)已達到了相當高的水平。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院教授祝恩淳研究發(fā) 現，中國古代木結構在上述原始雛形的基礎上不斷演化改進(jìn)，逐漸形成了梁柱式構架和穿斗式構架兩類(lèi)主要體系。自戰國以來(lái)，遲至清末甚或今日，這兩種體系一直 沿用。有記載的中國古代著(zhù)名木結構建筑為數眾多，但大都已經(jīng)湮滅于歷史的長(cháng)河中。據統計，現存的木結構實(shí)物最早可追溯至唐朝中后期。自遼宋各代，遺留建筑 實(shí)物漸多，而明清最多。如我國現存最古老、最高的木結構建筑——山西應縣佛宮寺釋迦塔，最早采用拼合構件的實(shí)物木結構——寧波保國寺大殿，現存規模最大、 殿柱最巨之木結構——明長(cháng)陵棱恩殿，構思最巧妙、最大膽之木結構——山西大同恒山懸空寺。

可以說(shuō)，中國古代木結構從考古發(fā)現、典籍記載到實(shí)物存在，浩如煙海、數不勝數。值得一提的是，我國古代還有為數眾多的少數民族木結構建筑以及木橋、木棧道等木結構工程，同樣體現了勞動(dòng)人民高超的聰明智慧和技術(shù)水平。

現代木結構建筑發(fā)展迅速

有關(guān)研究表明，我國建國初期，木結構曾在國民 經(jīng)濟建設中發(fā)揮著(zhù)重要作用。由于木材短缺，至上世紀70年代末，木結構在中國的研究應用陷于停滯。上世紀90年代末，我國引進(jìn)北美輕型木結構，標志著(zhù)木結 構的研究與應用在我國逐步恢復。祝恩淳認為，發(fā)展具有中國特色的木結構，首先要深入學(xué)習了解國際木結構的先進(jìn)技術(shù)，大力開(kāi)展木結構科學(xué)研究，完善木結構的 設計計算理論，加強木結構類(lèi)技術(shù)標準的制訂，促進(jìn)適合于建筑結構用的標準化、工業(yè)化的木和竹產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)。

祝恩淳分析認為，中國傳統的梁柱體系跨度往往 受限，且耗用木材較多。隨著(zhù)西方科學(xué)技術(shù)的傳入，出現了桁架這一構件形式。木結構房屋逐漸轉變?yōu)橛沙兄卮u墻支承的木桁架結構體系所替代，稱(chēng)磚木結構房屋。 建國初期百廢待興，而鋼材、水泥短缺，大多數民用建筑和部分工業(yè)建筑都采用了這種磚木結構形式（磚承重墻、木屋蓋）。據1958年統計，這類(lèi)房屋占總建筑 的比例約為46%。上世紀五、六十年代所建的這類(lèi)木屋蓋，有的至今還在使用。在這一時(shí)期，木結構應用雖基本上被限制在木屋蓋范圍內，但仍處于興旺時(shí)期，仍 可與混凝土結構、砌體結構和鋼結構并稱(chēng)四大結構之一，在國民經(jīng)濟建設中發(fā)揮著(zhù)重要作用。與此同時(shí)，各高校、科研院所有眾多專(zhuān)業(yè)人員從事木結構教學(xué)、科研工 作，規范編制、科研、教學(xué)的內容也基本以磚木結構為中心。隨著(zhù)我國國民經(jīng)濟建設發(fā)展前三個(gè)五年計劃的推進(jìn)，基本建設的規模迅速擴大，木材需求量急劇增加， 森林被大量砍伐，木材資源幾近耗盡。上世紀70年代后，木結構在中國基本被停用，木結構工作者紛紛轉行，高校木結構課程也逐漸停設，中國木結構被迫處于停 滯狀態(tài)，長(cháng)達20余年。

反之，美國、日本以及歐洲等木結構技術(shù)先進(jìn)的 國家和地區，卻從未停止前進(jìn)的步伐。木結構的研究與應用在這些國家與時(shí)俱進(jìn)，居于世界領(lǐng)先地位。木結構的發(fā)展應用呈現兩個(gè)特點(diǎn)，一是木結構產(chǎn)品生產(chǎn)的標準 化和規格化，生產(chǎn)效率提高。輕型木結構即代表這一特點(diǎn)。輕型木結構所用規格材和木基結構板，都是標準化和規格化的工業(yè)產(chǎn)品，可以大批量生產(chǎn)，價(jià)格低廉；輕 型木結構用釘連接，是木結構中最簡(jiǎn)捷的連接方式，施工效率高。輕型木結構在北美、北歐地區得到廣泛應用，占這些地區住宅建筑的90%以上。二是人工改良的 木材即工程木的發(fā)展及其結構應用，膠合木等工程木產(chǎn)品代表了這一發(fā)展趨勢，適合于建造大型復雜木結構。例如，采用膠合木建于1997年的日本秋田縣大館市 海樹(shù)體育館，其跨度達178米，系木結構跨度之最。大跨空間木結構，是一個(gè)國家木結構技術(shù)發(fā)展水平的標志。

近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟實(shí)力的不斷增長(cháng)以及全球 經(jīng)濟一體化，我國已經(jīng)可以從國際市場(chǎng)上進(jìn)口相當可觀(guān)數量的木材，并引進(jìn)木結構設計、制作和木產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)。另一方面，我國可利用的森林資源主要是人工林， 也在逐步增長(cháng)。上世紀90年代末期，以引進(jìn)北美輕型木結構為標志，預示著(zhù)木結構的研究與應用在我國逐步恢復。

祝恩淳指出，近10年來(lái)，木結構事業(yè)在我國取 得了可喜的發(fā)展。一是輕型木結構獲得大量應用。據不完全統計，自2000年以來(lái)，已建成輕型木結構房屋逾萬(wàn)例，分布遍及我國大部分地區。二是膠合木結構逐 漸興起。其中，具代表性的實(shí)例有杭州香積寺、蘇州胥江木拱橋以及柳州開(kāi)元寺等工程。三是具有中國特色的竹材和竹木復合材研發(fā)應用進(jìn)展顯著(zhù)。膠合竹獲注冊專(zhuān) 利，輕型竹結構體系已然成型。四是一系列木結構技術(shù)標準已經(jīng)制訂或正在進(jìn)行中。五是一些具備條件的大專(zhuān)院校和科研單位重新開(kāi)設木結構課程，開(kāi)展木結構相關(guān) 研究并獲得各類(lèi)資助，同時(shí)積極擴大國際交流與合作?？梢哉f(shuō)，木結構的研究與應用在我國出現了欣欣向榮的新氣象，從工程應用、教學(xué)科研到規范制訂都處在積極 引進(jìn)、消化吸收和完善提高的復興階段。

發(fā)展有中國特色的木結構

據記者了解，目前國內相關(guān)部門(mén)正在積極開(kāi)展國 際交流，引進(jìn)國外先進(jìn)經(jīng)驗、技術(shù)和產(chǎn)品，對我國木結構的復興和發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。但是，祝恩淳認為，作為一個(gè)具有數千年木結構應用歷史的國家，歸 根到底還是應該根據具體國情，研發(fā)有中國特色的木結構。主要原因如下：一是我國仍然有眾多的古代木結構存世，還有相當一部分少數民族地區仍一直沿用本民族 傳統結構。一方面要對這些木結構建筑加強保護，使之傳世久遠；另一方面要從建筑結構的角度對這些木結構進(jìn)行科學(xué)研究，繼承發(fā)揚其精華。這是我國木結構學(xué)界 的天賜機緣，也是責無(wú)旁貸的任務(wù)。二是整體而言，我國國產(chǎn)林木資源不足。毋庸置疑，在全球經(jīng)濟一體化的今天，從國際市場(chǎng)進(jìn)口木材和引進(jìn)木結構技術(shù)，是我國 木結構發(fā)展的重要途徑。但我國有4000多萬(wàn)公頃的人工資源，總量居世界第一。合理開(kāi)發(fā)利用我國的林木資源，利用人工林樹(shù)種研發(fā)現代工程木產(chǎn)品，并基于這 些產(chǎn)品研發(fā)相應的木結構體系，是我國木結構發(fā)展的另一重要途徑。三是我國有近400萬(wàn)公頃的竹林資源，總量也居世界第一位。人們也有利用竹材建造房屋的悠 久歷史。我國學(xué)者已研發(fā)了輕型竹結構和竹木復合材，倘若能實(shí)現膠合竹等竹材產(chǎn)品和竹木復合材產(chǎn)品的標準化、工業(yè)化生產(chǎn)，確定這類(lèi)產(chǎn)品的強度設計指標和完善 其結構的計算設計理論和方法，竹結構和竹木結構在我國將大有可為。

祝恩淳強調，還要大力開(kāi)展科學(xué)研究，完善我國 木結構計算設計理論?，F代木結構離不開(kāi)計算設計理論與方法的指導。我國現有木結構計算設計理論基本以前蘇聯(lián)的理論為基礎，適用于工地現場(chǎng)制作木構件所建的 木結構。隨現代木材產(chǎn)品的引進(jìn)和研發(fā)，理所當然地需要更新現有理論和方法。引進(jìn)參考國際先進(jìn)經(jīng)驗是必要的，但需要消化吸收不能照搬。需要更深入的研究，繼 承和發(fā)揚具有中國特色、體現中國研究水平的理論和方法。

除此之外，祝恩淳還認為，應不斷加強木結構類(lèi) 技術(shù)標準的制訂。木結構的發(fā)展應用離不開(kāi)木結構類(lèi)技術(shù)規范的指導和約束，技術(shù)規范與木結構的科研和教學(xué)工作有重要的相互影響作用，規范編制工作的重要性是 顯而易見(jiàn)的。值得肯定的是，我國木結構類(lèi)技術(shù)標準的體系已基本形成，其中包括膠合木（結構集成材）、規格材、鋸材產(chǎn)品標準，木結構設計、施工和質(zhì)量驗收規 范以及木結構試驗方法標準等。需要完善的首先是設計計算理論的改進(jìn)，這有賴(lài)于我國木結構研究工作的不斷深入和發(fā)展。另外，還要明確各規范的分工，加強各規 范間的聯(lián)系和協(xié)作。例如現行木結構設計類(lèi)規范中關(guān)于原木、方木、規格材的定級標準、樹(shù)種識別，甚至層板膠合木的組坯方式等規定，宜由相應的木產(chǎn)品標準作 出；現行木結構工程施工質(zhì)量驗收規范中關(guān)于膠合木工廠(chǎng)生產(chǎn)的許多規定也宜放到相應的木產(chǎn)品標準中；制定技術(shù)標準，需要深入學(xué)習和了解國際先進(jìn)技術(shù)，并與我 國國情相結合，使技術(shù)標準本土化、可執行。