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论我国木结构建筑的发展前景

2013-12-12 16:44:24 admin 21

木结构建筑主要是指由木材为主建造的公共建筑、住宅建筑、景观建筑和其他构筑物等。它是建筑中极为重要的部分,由于近几十年来国内此领域发展的滞后,新型的木结构建筑没有被人们广泛认知,在此,笔者就有关木结构建筑国内外现状,木结构建筑在我国应用面临的问题与对策,以及木结构建筑发展前景进行简述。
1.  木结构建筑基本状况
     木结构建筑以其建造容易、环境友好、冬暖夏凉、节能环保、低碳绿色、贴近自然等诸多优点,深受人们的喜爱。因其使用的木材强重比高、性能独特、又是可再生资源,且能反复利用,因此木结构建筑被人们称之为人类的未来之家。
1.1 木结构建筑发展简史
          木材在建筑中应用具有悠久的历史,最古老原始的建筑就是由木材建造而成,数百年甚至上千年的木结构建筑至今在祖国的大江南北皆有存在。最早的古木建筑可追溯到西汉时期,我国就基本上形成了用榫卯连接梁柱的框架体系,一直到唐代,特别是到了宋、元时期,建筑上统一了做法,如李诫著《营造法式》,明、清时期,又有《园冶》、《清工部工程做法则例》,经数千年几十代人的努力,造就了我国古木建筑的辉煌成就,不愧中华民族瑰宝之一,在世界建筑史上独竖一帜,丰富了人类的文明史。
1.2 国外木结构建筑现状
     在亚洲的日本,欧洲的芬兰、瑞典,北美的美国、加拿大等发达国家,在民居建筑中已普遍推广了现代木结构住宅,已形成了三足鼎立之势,无论是建筑风格、结构体系、营造方式均有各自特色,是目前世界木结构建筑的先进代表。日本近年来在新建住宅中,木结构住宅所占比例基本在45%左右;在北欧的芬兰、瑞典,90%的民居住宅为1~2层的木结构建筑;在北美,80%的人居住在木结构住宅里,独立式小住宅占主导地位。德国设有生态住宅研究所、门窗研究所和设计院,专门从事生态材料建造住宅的研究和设计,并已建造了各式各样的建筑群。日本、美国的加州、我国台湾等国家或地区将木结构建筑作为防震、抗震的重要措施,这是因为在近几年日本所发生的地震中,轻型木结构住宅几乎没有倒塌的案例。从日本木结构住宅类型来看,梁柱式木结构仍占绝对比例,吸收了中国古木结构的精髓,也有自己独特的风格和个性。在这些林业发达国家中,各种新型材料、新技术得到了广泛应用,建筑科技水平已相对成熟,除了建造一些新颖别致的木质别墅外,木结构还向公共建筑、多层和高层混合结构建筑方向发展。
   1.3 国内木结构建筑现状
           建国后,我国木桁架等木结构由传统的设计与人工制作,逐步进入到现代胶合木结构的设计与机械加工工艺。但在20世纪80年代以来,国家为了保护森林资源,一直提倡节约代用,特别是建筑主管部门专门发文限制在建筑中使用木材,要求以钢代木、以塑代木,使得我国木结构建筑停滞了几十年的研究和应用,使现代木结构建筑与国外拉开了很大的距离。
          近十多年来,由于我国推行的人工速生林政策取得了明显的效果,无论是种植面积还是蓄积量均跃升世界第一,这为木结构这种建筑体系在国内的发展带来契机。国家建筑和质量监督检验等主管部门也与时俱进改变了观念,先后颁布和实施了多项木结构设计规范与质量验收规范等标准。在经济全球化的强力推动下,进口木结构建筑已经悄然进入北京、上海、南京、杭州、西安、武汉和海南等主要消费城市,已引起了人们的普遍关注。木结构应用的领域从住宅、宾馆到海滨浴场、茶社以及园林景观等,迄今为止,国内已建成新型木结构住宅2000多幢,每年以600多幢的速度在建造中。虽然,现行建造的绝对数量不及国外的1‰,但其发展势头迅猛,市场广阔。这些木结构建筑大都采用了国外的结构材料和先进的建造技术,国外政府机构和行业协会在国内举办各种规格的培训和巡回宣讲,不少知名高校加入到木结构建筑的研究行列,各种形式的研讨会纷纷举办,特别是很多木结构生产、建造企业纷纷上马,在地震灾后重建和旅游资源开发中扮演着重要角色,可以预见木结构建筑已迎来了发展的春天。
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,以取得各方达成共识。
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。从住宅用地来看,由于土地资源位置的固定性和稀缺性,供应量不断减少,价格不断上升会推高建造成本,别墅建筑的发展受到制约,故以别墅为主的木结构住宅也毫不例外
鉴于上述原因,建议我国木结构建筑的发展,首先重点应放在村镇新农村建设和地震多发地区。其次是城乡结合部的多层混合和可移动木结构建筑,以及生态旅游景区的临时性建筑。其理由是:村镇农村的村民具有自己的宅基地且多为单层建筑,因此改建不会影响土地的使用,还提高了土地使用的效率;地震多发地区主要是幅原广阔的农村或山区,土地不为耕种用地,木结构住宅可作为有效抗震措施。在城乡结合部建造木混结构住宅与现实没有差别,而可移动木结构住宅,既不破坏耕地,又能解决经济实不强的年青夫妇和暂住人口的买房难问题。对一些生态旅游景点,木结构景观建筑是其理想选择,不仅不破坏耕地,还美化环境,应用得当还会成为亮丽的景观。
2.2 森林资源问题
我国森林资源短缺,加之国家保护森林的禁伐政策,由于木结构建筑会大量使用木材,是否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。但人工速生林是鼓励使用的,如每年大量的杨木做成多层胶合板和单板层积材(LVL)出口给国外建木结构建筑。随着木结构用材市场的需求和技术进步,国内完全有能力生产结构定向刨花(OSB)、层板胶合木(Glulam)、层叠木片胶合木(LSL)、平行木片胶合木(PSL)、指接材(Finger-jointed Lumber)和工字形木搁栅(I-joist)等新型材料。此外,北美进口规格材(SPF)以其价廉物美进入国内市场,以及俄罗斯的落叶松、樟子松资源丰富,都是建造木结构建筑的好材料。
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、给人感觉上牢靠、耐 久性好、维护成本低,而木结构住宅会不牢固安全、易发火灾、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。
由于对木结构建筑的认识不足,这些担心是完全可以解理的。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,用样板房的展示,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。
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。
木结构住宅建造和使用成本是否会成为其推广应用被制约的瓶颈呢?回答是否定的。因为影响木结构建筑建造成本的因素较多,如不同地区、不同档次、不同材料、不同装饰要求其成本必然不同,关键在于如果控制成本。假如在村镇和地震多发地区的乡村,造价过高肯定是无法推广的。控制建造成本应从几方面入手。首先,要使用价格合理的国产材代替进口材,特别是使用蓄积量丰富的人工速生林。其次,使用国内生产加工的构件,因为国内外人工费相差悬殊。第三,有些非关键的零部件尽可能因地制宜、就地取材,节约运输成本。第四,在设计构造上降低成本,如在一层可采用木框架,砖隔墙,有的地方竹材丰富,可采用木竹混合结构。总之,简单但不简陋,低价但不低质,在满足住宅基本要求和功能的条件下,对农村地区尽可能低的造价是可能的。据有关资料分析,木结构与砖混结构住宅建造成本基本相当,砖混结构住宅维护成本略低,但木结构住宅由于节能使用成本较低,两者间的精确差异有待进一步比较研究。
   2.5 设计与技术问题
国内木结构建筑企业最缺的是木结构设计方面的专业人才以及相关的生产、施工技术。严重制约了木结构建筑企业的发展空间。目前的状况是一些企业没有专业设计人员,完全照搬北美或北欧的建造体系,受制如人;另一种是仅有效果图(从网上、资料而得),靠施工人员凭经验折腾,这种方式不可取,因为建筑必须安全第一,这种做法会给建筑留下很多隐患,也扰乱木建筑市场。另外,由于国内缺乏大型构件的生产、成型技术,或缺乏技术标准,使得在公共建筑中使用木结构严重受阻。
针对以上问题,国内已经引起了足够的重视,出现了很著名高校参与了木结构建筑的研发工作,如同济大学、哈尔滨工业大学、东南大学等,还有少数林业高等院校培养了一批批本科人才。加拿大木业协会在此方面做了大量的培训工作。在设计上尽可能探索出有中华文化底蕴和独特结构的中国模式,争取用5~10年在世界木结构建筑领域占有重要地位。在生产技术上,早期尽可引进国外的先进制造技术和产品,最终要打造出自己的产业和制造商。加快木结构建筑的本土化、国产化,以设计为主导,重点解决在结构材料和构件生产、施工建造等方面的技术。重视户内外胶粘剂和金属连接件的研究,开发出适合我国木结构建筑的设计软件,横向联合不同学科,对建筑材料、结构、室内外装饰进行全方位的攻关。有关主管部门尽快补充完善相关技术标准,特别是木质材料的物理力学性能指标,加速我国木结构建筑的发展进程。
     2.6 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。
在木结构建筑中由于比较多地采用木质材料,而虫害在各类木材中都有可能发生,特别象白蚁、甲虫等,能在木材上形成虫眼和虫沟,有的甚至能深入木材的木质部深处,使木材受到很大的破坏;特别是结构用木材受到白蚁等侵害时,会影响建筑物结构的强度、稳定性和耐久性等指标,有时可能会酿成很严重的事故。除此之外,还有木结构建筑的功能问题,如墙体的隔声、保温与隔热、振动和噪声等,特别是抗震与防火安全问题,都是人们普遍担心和关注的问题。所以,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. 木结构建筑的发展前景
在我国木结构建筑必将迅速发展,会得到越来越多的人亲睐和选择,主要基于下列理由:
     3.1 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、樟子松等丰富的资源作补充,为木结构建筑提供了木材的来源保证。此外,我国还有丰富竹材资源,近年来农作物桔杆制板生产技术,为木结构建筑用材开辟了新的途径。随着对人工林的高效加工利用,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。
   3.2 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。由于木结构建筑的个性化设计、亲近自然、舒适环保等优点,对有经济实力的消费群体一定会率先选择。特别是江苏、浙江长三角地区经济发达,人们具备消费实力,具有广阔的潜在市场。
    3.3  木结构建筑的技术基础
现在国内木材工业的发展,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,从生产和技术角度看建造木结构建筑是完全可行的。
   3.4 木结构建筑的应用领域
木结构建筑及其构筑物在我国的应用领域较广,目前主要考虑下列方向发展:
        (1) 应用于长三角、珠三角(江苏、浙江、广东等)经济发达地区的新农村住宅建设;
        (2) 地震多发地区(如四川、青海、甘肃、辽宁等省区)的抗震木结构住宅建设;
        (3) 风景旅游地区和最佳人居环境城市(海南、云南、苏州、扬州、大连等)的生态环保住宅和园林景观的亭、台、榭、廊、桥等建构筑物建设;
        (4) 古木建筑的修缮与重建。我国有大量的古木建筑(如应县木塔、故宫、寺庙等),有的已是世界文化遗产,需要重点修缮和保护还有一些地方对过去因火灾、战争毁坏的古木建筑进行重建。
        (5) 其他木结构建筑等。如体育馆、会堂、影剧院、图书馆、学校、医院、幼儿园等公共建筑。在现代建筑中,利用木结构施工容易、材料轻的特点建造别具风格的异型楼顶,对上世纪70~90年代建造的平顶房进行平改坡的改造工程。
     3.5 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,一个以混凝土结构、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,借助他山之石可以攻玉,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。
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。