木結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展比較分析

張禹 王洋

摘 要：木結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)建筑是建筑的兩大類型。中國古代建筑以木質(zhì)為主，歷史悠久，且中國幅員遼闊，木材類型多樣。古代木結(jié)構(gòu)建筑保存完好者眾多，有豐富的研究案例。而鋼結(jié)構(gòu)建筑因?yàn)槠渥灾剌p，施工簡便等優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于廠房、場館、超高層等領(lǐng)域，隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展而逐漸占據(jù)了建筑結(jié)構(gòu)的主要類型。本文在明確木結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)建筑的定義、特點(diǎn)基礎(chǔ)上對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較分析，進(jìn)而展望其可應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景。

一、木結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)的定義

木結(jié)構(gòu)顧名思義就是用木材制成的結(jié)構(gòu)。木材是一種取材容易，加工簡便的結(jié)構(gòu)材料。木結(jié)構(gòu)自重較輕，木構(gòu)件便于運(yùn)輸、裝拆，能多次使用，故廣泛地用于房屋建筑中，也還用于橋梁和塔架。中國古代木結(jié)構(gòu)建筑由于耐火性能較差、抗震性不穩(wěn)定，逐漸遜色于其他類型建筑。而隨著現(xiàn)代綠色建筑環(huán)保理念的深入發(fā)展，木結(jié)構(gòu)建筑再次備受現(xiàn)代人青睞，具有良好的發(fā)展前景。

鋼結(jié)構(gòu)是由鋼制材料組成的結(jié)構(gòu)，是主要的建筑結(jié)構(gòu)類型之一。結(jié)構(gòu)主要由型鋼和鋼板等制成的梁鋼、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，并采用硅烷化、純錳磷化、水洗烘干、鍍鋅等除銹防銹工藝。各構(gòu)件或部件之間通常采用焊縫、螺栓或鉚釘連接。

二、木結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)比較分析

首先，木結(jié)構(gòu)綠色環(huán)保。建筑取材于木材，木材是一種可再生資源，具有綠色、環(huán)保、可降解等特點(diǎn)。同時，木質(zhì)建筑有較好的隔熱保溫性能，保溫節(jié)能性能優(yōu)于其他任何材料建成的結(jié)構(gòu)形式。木材本身就是出色的絕熱體，在同樣厚度的條件下，木材的隔熱值比標(biāo)準(zhǔn)的混凝土高16倍，比鋼材高400倍，比鋁材高1600倍。所以，輕型木結(jié)構(gòu)住房的取暖費(fèi)用比較低，冬暖夏涼。其次，木結(jié)構(gòu)具有一定的耐久性。木材是一種穩(wěn)定、壽命長、耐久性強(qiáng)的材料，用木材制成的建筑均具有抗沉降、抗干、抗老化等特點(diǎn)，具有顯著的穩(wěn)定性。如果使用得當(dāng)，木結(jié)構(gòu)可以成為現(xiàn)有房屋結(jié)構(gòu)中最經(jīng)久耐用的結(jié)構(gòu)之一。最后，木結(jié)構(gòu)建筑造型美觀、輕便。輕型木結(jié)構(gòu)因其材料和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使得平面布置更加靈活，為建筑師提供了更大的想象空間沒有任何其他建筑體系能夠提供如此天衣無縫的室內(nèi)碗柜、隔板和衣櫥，從而大幅度節(jié)省購買家具的費(fèi)用。

但是木結(jié)構(gòu)建筑也存在一定的缺點(diǎn)：由于木材的易燃性，木質(zhì)結(jié)構(gòu)的耐火很差，包括中國在內(nèi)的東亞眾多傳統(tǒng)建筑都?xì)в诨馂?zāi);木材也易受潮水、蟲蠹腐蝕侵害。更重要的是，木材的生長周期較長，一旦使用木質(zhì)結(jié)構(gòu)建造房屋，需要大量的成年樹木，古代建造時無計(jì)劃的圈山伐木是對環(huán)境是一種嚴(yán)重破壞。

鋼結(jié)構(gòu)建筑鋼結(jié)構(gòu)住宅的特點(diǎn)：

第一是抗震性：低層別墅的屋面大都為坡屋面，因此屋面結(jié)構(gòu)基本上采用的是由冷彎型鋼構(gòu)件做成的三角型屋架體系，輕鋼構(gòu)件在封完結(jié)構(gòu)性板材及石膏板之后，形成了非常堅(jiān)固的"板肋結(jié)構(gòu)體系"，這種結(jié)構(gòu)體系有著更強(qiáng)的抗震及抵抗水平荷載的能力，適用于抗震烈度為8度以上的地區(qū)。其次是耐久性：輕鋼結(jié)構(gòu)住宅結(jié)構(gòu)全部采用冷彎薄壁鋼構(gòu)件體系組成，鋼骨采用超級防腐高強(qiáng)冷軋鍍鋅板制造，有效避免鋼板在施工和使用過程中的銹蝕的影響，增加了輕鋼構(gòu)件的使用壽命。結(jié)構(gòu)壽命可達(dá)100年。同時，鋼結(jié)構(gòu)的隔音性非常好，音效是評估住宅的一個重要指標(biāo)，輕鋼體系安裝的窗均采用中空玻璃，隔音效果好，隔音達(dá)40分貝以上;由聚氨酯夾芯板保溫材料組成的墻體，其隔音效果可高達(dá)80分貝。

鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)在于耐腐蝕性差、耐熱但不耐火，鋼結(jié)構(gòu)在攝氏600度以上失去將承載能力，在急低溫等條件下，可能發(fā)生脆性斷裂;骨架較為修長，當(dāng)受到地震、風(fēng)力作用時，都有一定程度的擺動，對于較敏感的使用者，會有暈眩的不適感;同時，造價成本要高于水泥結(jié)構(gòu)，目前在國內(nèi)并沒有當(dāng)范圍的普遍流行開來。

三、木結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范疇與發(fā)展前景

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人們?nèi)找嬖鲩L的物資需求，對生活品質(zhì)和居住環(huán)境提出了更高的要求。由于木結(jié)構(gòu)建筑的個性化設(shè)計(jì)、親近自然、舒適環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，對經(jīng)濟(jì)實(shí)力提高的國民有著更大的吸引力。目前國內(nèi)木材工業(yè)的發(fā)展，為木結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。如我國已經(jīng)成為人造板生產(chǎn)大國，用于建筑的多層膠合板生產(chǎn)量也位于世界前列，已經(jīng)形成了工業(yè)化的生產(chǎn)規(guī)模，隨著技術(shù)的不斷完善發(fā)展，大規(guī)模建造木結(jié)構(gòu)建筑是可行的。

木結(jié)構(gòu)建筑及其構(gòu)筑物在可用于以下范疇考：

1.長三角、珠三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的新農(nóng)村住宅建設(shè);

2.地震多發(fā)地的抗震木結(jié)構(gòu)住宅建設(shè);

3.風(fēng)景旅游地區(qū)和最佳人居環(huán)境城市的生態(tài)環(huán)保住宅和園林景觀的亭、臺、榭、廊、橋等建構(gòu)筑物建設(shè);

4.古木建筑的修繕與重建。大量古木建筑，如故宮、寺廟等重點(diǎn)修繕和保護(hù)，對過去因火災(zāi)、戰(zhàn)爭毀壞的古木建筑進(jìn)行重建。

新型木結(jié)構(gòu)建筑在我國發(fā)展已有良好的開端，且發(fā)展迅速，相信順應(yīng)綠色、環(huán)保、節(jié)能、低碳時代潮流和理念的木結(jié)構(gòu)建筑一定有更加美好燦爛的明天。

而鋼結(jié)構(gòu)的住宅在西方發(fā)達(dá)國家已有百年的發(fā)展歷史，由于具備其他結(jié)構(gòu)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，鋼結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)、施工、到一系列新材料的使用都出現(xiàn)了革命性的變化，在國際范圍內(nèi)代表了未來的住宅發(fā)展方向。但是，目前我國住宅鋼結(jié)構(gòu)占比不超過5%，與國外發(fā)達(dá)國家?guī)缀醭^50%相比，我國還處于起步階段難以推廣的關(guān)鍵原因在于造價高昂，各種配套產(chǎn)品市場不成熟。根據(jù)我國學(xué)者研究的文獻(xiàn)顯示，建造住宅鋼結(jié)構(gòu)的工程經(jīng)濟(jì)造價要比普通建筑高13%。

但是，國家及行業(yè)已經(jīng)在大力重視并倡導(dǎo)鋼建筑的使用尤其是在住宅領(lǐng)域的發(fā)展。未來土地資源緊張，人口密度增長，住宅樓商業(yè)樓將越來越高，故鋼結(jié)構(gòu)是高層甚至于超高層必定的結(jié)構(gòu)形式，是大勢所趨。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙均海.中國古代木結(jié)構(gòu)的彈塑性有限元分析[J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報，1999.

[2]張龍.淺談鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景[J]，大東方.2016（5）.