木結(jié)構(gòu)在住宅建筑工業(yè)化背景下的設(shè)計探索

陳 燁 張海燕 倪紹焜

（南京工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院 江蘇省南京市 210000）

引言

在社會化大生產(chǎn)的背景下，進(jìn)行住宅工業(yè)化設(shè)計是一種進(jìn)行住宅生產(chǎn)、經(jīng)營的新的建造方式和組織形式。目前，我國住宅建筑工業(yè)化建設(shè)也已經(jīng)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，國家相關(guān)部門也在國民經(jīng)濟發(fā)展計劃中制定了“節(jié)能減排”、“綠色環(huán)?！钡墓ぷ魅蝿?wù)。在住宅建設(shè)方面，合理的利用資源，保護生態(tài)環(huán)境，從而實現(xiàn)節(jié)能、減排、節(jié)材等方面的要求。隨著這些措施的逐步落實，就意味著在我國發(fā)展環(huán)保節(jié)能的新型住宅將已經(jīng)是未來中國住宅發(fā)展的大趨勢。與其他結(jié)構(gòu)類型的建筑相比，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅具有施工周期短、節(jié)能環(huán)保性能好、保溫隔熱性能好、抗震性能好、易于擴建等優(yōu)勢，能夠在節(jié)能減排等方面順應(yīng)國家的要求，滿足使用者的需求。

1 近期我國建筑工業(yè)化規(guī)范發(fā)展

近年來，隨著我國城市化過程的加快，各級政府的高度重視發(fā)展建筑工業(yè)化，不斷出臺了相關(guān)政策，為我國建筑工業(yè)化的發(fā)展制定了一些列的規(guī)范、法則，促進(jìn)建筑建造方式由傳統(tǒng)向現(xiàn)代工業(yè)化轉(zhuǎn)變。自2016年來，黨中央國務(wù)院連續(xù)發(fā)布的多個文件中都涉及了大力發(fā)展裝配式建筑。2016年2月頒布的《中共中央國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》中提出了要大力發(fā)展裝配式建筑、大力推廣裝配式建筑的要求，并且提出力爭用10年左右時間，使裝配式建筑占新建建筑的比例達(dá)到30%。同年9月，國務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)[3016]71號），更是全面系統(tǒng)地提出了推進(jìn)裝配式建筑的目標(biāo)、任務(wù)和具體措施。2017年2月，又發(fā)布了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見》（國辦發(fā)[2017]19號），也把裝配式建筑作為發(fā)展的一個重要內(nèi)容。2017年4月，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《建筑業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》（建市[2017]98號），依然把建造方式的轉(zhuǎn)變、推廣裝配式建筑作為重點。

2 木材在現(xiàn)代建筑中的運用

近年來，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑快速興起。木材被大量運用于室內(nèi)裝飾中，同時也在建筑結(jié)構(gòu)上發(fā)揮了巨大作用。除了天然木材得到廣泛運用之外，新型木復(fù)合材料，如結(jié)構(gòu)膠合材、層板膠合材、木“工”字型梁等也順勢而生，與此同時出現(xiàn)的一大批現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方法、設(shè)計理論體系也為現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的發(fā)展帶來新的契機。日益發(fā)展的科學(xué)技術(shù)為我們設(shè)計提供牢固的技術(shù)支持，同時也為設(shè)計的發(fā)展更新提供依據(jù)。

依據(jù)結(jié)構(gòu)體系不同，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)大致可以分為以下兩種類型；梁柱木結(jié)構(gòu)體系和輕型木結(jié)構(gòu)體系。

梁柱木結(jié)構(gòu)體系（又稱柱式框架結(jié)構(gòu)）應(yīng)用較為廣泛，在很多建筑中都有所涉及。由于梁、柱之間的跨度較大，這種結(jié)構(gòu)形式可以實現(xiàn)大跨度空間，空間劃分靈活。在綠色住宅設(shè)計中，一般需要考慮在全生命周期內(nèi)對住宅空間進(jìn)行設(shè)計，這就要求設(shè)計師在空間設(shè)計時選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。

輕型木結(jié)構(gòu)體系是一種非常安全的高次超靜定的結(jié)構(gòu)體系，在這個結(jié)構(gòu)體系中用尺寸較小的木構(gòu)件，按照等距離形式并且按照一定秩序排列成骨架結(jié)構(gòu)形式，常由建筑物的墻面板、樓面板、屋面板等不同構(gòu)件組成，從而承受不同情況下的各種荷載。這種箱形結(jié)構(gòu)體系，除了安全性較高外，還具有空間靈活性、結(jié)構(gòu)整體性強、結(jié)構(gòu)重量輕、建造施工省時省力等優(yōu)點，所以常常用來建造民用住宅。

結(jié)構(gòu)用木材按照其加工方式的不同可以劃分為原木（Log）、鋸木（Sawn lumber）和膠合木（Glued lumber）這三種類型。對于現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)，鋸木、膠合木和工程木產(chǎn)品的應(yīng)用廣泛。膠合木的出現(xiàn)為提高木材資源的利用率提供了可能，隨著生產(chǎn)和技術(shù)的不斷發(fā)展，除了傳統(tǒng)上用實木鋸材粘結(jié)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)膠合木外，現(xiàn)在一些復(fù)合結(jié)構(gòu)膠合木也出現(xiàn)在木結(jié)構(gòu)建筑中。

鋸材是將樹干經(jīng)過人工去皮、烘干等步驟，按照一定的尺寸要求切成不同的長度、截面形式。現(xiàn)代在鋸木生產(chǎn)加工過程中由于各種機器的性能、自動化程度大大提高，生產(chǎn)效率和原材料的利用率也得到了提升。按照其截面的尺寸，鋸木又可分為方木、板材和規(guī)格材這三類。

膠合木通常獎木材通過施壓膠合而成，制成不同截面形式的矩形材和板材。平行木片膠合板（PSL）、旋切板膠合木（LVL）等結(jié)構(gòu)膠合材，具有質(zhì)量均勻性、穩(wěn)定性好，強度、可靠度高的優(yōu)勢，使用時不易發(fā)生收縮、變形，不易產(chǎn)生裂縫，主要運用于梁、柱等。多層夾板和定向刨花板（OSB）等膠合板主要運用在輕型木結(jié)構(gòu)中的墻體、樓面及屋面面板中。

不得不提的是近年來，交錯層壓木材的出現(xiàn)豐富了現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的建筑形式。交錯層壓木材（CLT）是將窯干的杉木指接材通過分揀、切割成木方，然后正交疊放后，再使用高強度材料膠合成實木板材，并且可以按照使用者的要求定制面積和厚度。交錯層壓木材自身具備防火功能，具有極高的強度并且綠色環(huán)保，為木結(jié)構(gòu)建筑提供靈活的設(shè)計方案。

3 木結(jié)構(gòu)住宅工業(yè)化設(shè)計的主要內(nèi)容

3.1 模塊化設(shè)計單元

模塊化設(shè)計是“將有特定功能的單元作為通用性的模塊與其他產(chǎn)品要素進(jìn)行多種組合，構(gòu)成新的單元，產(chǎn)生多種不同功能或相同功能、不同性能的系列組合”。對于住宅建筑而言，其基本單元模塊則為套型。

在住宅的內(nèi)部，根據(jù)不同空間的功能不同都有三種不同類型的空間：一般性生活空間（起居室），特定生活空間（臥室、工作室、廚房、衛(wèi)生間），以及實用空間（儲藏室、過廳、走廊）。借由開放建筑理論，木結(jié)構(gòu)住宅的模塊化設(shè)計策略主要是將不同功能的單元，經(jīng)過選擇和搭配而組合出個性話的定制產(chǎn)品，滿足多樣化的需求。

集裝箱建筑就是單元模塊化建筑的一種，既可單獨使用也可組合拼裝。Perkins+Will設(shè)計公司為尼克森中海油遠(yuǎn)程工作人員住宿項目設(shè)計的木質(zhì)模塊化住宅原型就是一個例子（圖1）。這個木質(zhì)模塊居住單元采用交叉層壓木材（CLT）為材料，高度節(jié)能，耐用，預(yù)制性能好，并且建造減少了材料的浪費，綠色環(huán)保的同時也保證了住宅的宜居性。

圖1 Perkins+Will設(shè)計的木質(zhì)模塊單元

使用模塊化的設(shè)計可以有助于形成系列產(chǎn)品，并且由此推動組件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，提高工廠建造、生產(chǎn)的效率，大大節(jié)省開發(fā)和生產(chǎn)成本。對于住宅，可以將標(biāo)準(zhǔn)化的套型模塊進(jìn)行組合，從而得出不同的平面組合形式和建筑形態(tài)，從而推導(dǎo)出多種住宅組合類型，為建筑設(shè)計的多樣化要求和住宅精細(xì)化設(shè)計提供可能。

3.2 立面設(shè)計

由于大量相似單元的重復(fù)使用，在立面設(shè)計總往往總是出現(xiàn)“千篇一律”、“千樓一面”的現(xiàn)象，建筑的地域性特征和個性化特征大大降低。建筑師在進(jìn)行立面設(shè)計時既要在堅持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，同時也要在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)立面多樣化、個性化的設(shè)計。

充分控制好重復(fù)單元的類型與數(shù)量，利用好戶型組合中標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、系列化的特點，形成一定的立面設(shè)計上的韻律感和節(jié)奏感。運用高低對比、縱橫穿插等設(shè)計手法，打破現(xiàn)行住宅條狀、板式的體積感，努力創(chuàng)造一種新的形式。

實現(xiàn)多樣化的立面形式，對于木結(jié)構(gòu)住宅而言可選用不同材質(zhì)的外墻飾面如：裝飾混凝土、清水混凝土、涂料、面磚或石材等等。巧妙運用不同材料的材質(zhì)屬性，打破重復(fù)單元的乏味性，從視覺上帶來多樣化的效果。木材和其他建筑材料的結(jié)合使用，既能增加建筑立面的趣味性，又能使建筑更加自然而生動。

4 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅在中國發(fā)展的前景

（1）高效利用資源，符合當(dāng)下綠色環(huán)保的時代主題。發(fā)展現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅建筑有利于緩解我國目前高能耗、重污染的建筑建造情況，可以實現(xiàn)由改變傳統(tǒng)粗放的發(fā)展模式向綠色環(huán)保的新發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變，可以有效減輕對傳統(tǒng)能源的依賴，從而減輕建筑建造過程中對周圍環(huán)境產(chǎn)生污染。

（2）提高居民的居住質(zhì)量，改善建筑結(jié)構(gòu)形式。今天我們已經(jīng)進(jìn)入“十三五”規(guī)劃，木結(jié)構(gòu)建筑節(jié)能環(huán)保、易于施工安裝等諸多優(yōu)點的完全符合現(xiàn)代社會對建筑可持續(xù)發(fā)展的要求?，F(xiàn)代社會中，人們對環(huán)境及居住質(zhì)量日益重視，生活方式也在發(fā)生著翻天覆地的變化。結(jié)合木結(jié)構(gòu)自身的優(yōu)勢，可以預(yù)見輕型木結(jié)構(gòu)住宅在建筑市場中份額的增加。

（3）結(jié)構(gòu)形式靈活，可以滿足不同人群、不同地域的各自使用需求。國內(nèi)市場經(jīng)濟逐漸成型，有大量外資及其相關(guān)人員進(jìn)入中國，房屋消費群體迅速擴大，不同人群對住宅的要求也不盡相同。木質(zhì)結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)形式靈活，同時還具有原生態(tài)、節(jié)能、節(jié)材的特點，可以為不同人群和不同地域的市場提供多種選擇。靈活可變的結(jié)構(gòu)空間，也使得住宅在全生命周期內(nèi)可以滿足居住者不同時間段的居住需求。

5 結(jié)語

社會經(jīng)濟逐步發(fā)展，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅將逐漸為人們所接受并且正在大力發(fā)展。由于眾多優(yōu)秀科研學(xué)者的加入，木結(jié)構(gòu)科研水平得到了快速提高，木結(jié)構(gòu)自身優(yōu)勢在眾多建筑中也得到的凸現(xiàn)，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅也將會在中國的建筑市場擁有一席之地，并在中國未來的經(jīng)濟建設(shè)中將發(fā)揮極其重要的作用。

[1]劉廣哲.現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)住宅的設(shè)計與施工研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2012：11～13.

[2]《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50005-200）.

[3]木結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊（第三版）.中國建筑工業(yè)出版社，2005.