木結(jié)構(gòu)發(fā)展綜述及在空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用分析

付 斌 劉建江

（中南建筑設(shè)計(jì)院股份有限公司， 湖北 武漢 430071）

木材是建筑材料的重要組成部分，屬于一種綠色環(huán)保的材料，具有質(zhì)輕美觀、使用方便的特點(diǎn)。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的推動下，建筑材料不斷推陳出新，木材的地位卻沒有動搖，反而在建筑工程中的應(yīng)用愈加廣泛。因此對木結(jié)構(gòu)發(fā)展綜述及在空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行分析，具有十分重要的意義。

1 木結(jié)構(gòu)發(fā)展綜述和優(yōu)點(diǎn)

1.1 木結(jié)構(gòu)發(fā)展綜述

在我國古代，木結(jié)構(gòu)在建筑中十分常見，我國古代建筑多將木材制作成為梁、架、斗拱等構(gòu)件，我國是世界范圍內(nèi)應(yīng)用木結(jié)構(gòu)最早的國家之一。

《營造法式》是我國北宋時(shí)期的建筑著作，此書對北宋時(shí)期官式建筑的發(fā)展水平進(jìn)行了反映，是我國首部總結(jié)建筑設(shè)計(jì)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的著作。在遼代建設(shè)的山西應(yīng)縣木塔是我國古代現(xiàn)存的唯一一座木塔，是我國古代木結(jié)構(gòu)建筑的代表。

我國于2004 年出臺了關(guān)于木結(jié)構(gòu)質(zhì)量驗(yàn)收的規(guī)范和手冊，其目的在于保證木結(jié)構(gòu)工程的施工質(zhì)量，為木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，創(chuàng)造有利的條件。2009 年我國在上海市舉辦了首屆木結(jié)構(gòu)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇，并在論壇上就森林資源的利用以及木結(jié)構(gòu)技術(shù)和建筑進(jìn)行了說明，完善了我國木結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈條[1]。

國外木結(jié)構(gòu)的發(fā)展與國內(nèi)相比較為成熟，尤其是北美和北歐地區(qū)，對于木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用十分重視，且技術(shù)較為成熟，木結(jié)構(gòu)在建筑市場中牢牢占據(jù)著主要的地位。總而言之，國外木結(jié)構(gòu)發(fā)展之所以優(yōu)于國內(nèi)，主要原因就是國外地廣人稀，人均森林資源豐富。

1.2 木結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)

木結(jié)構(gòu)建筑與常規(guī)建筑相比，具有工期短、傳導(dǎo)性低、設(shè)計(jì)靈活性和防火性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)，木結(jié)構(gòu)對于重力、風(fēng)力和地震力的抵抗能力，明顯優(yōu)于普通建筑。伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，木材料加工工藝也實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，木材制品在兼具原木優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對原木優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了強(qiáng)化，為現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的發(fā)展的創(chuàng)造了空間?，F(xiàn)階段在綠色環(huán)保政策的倡導(dǎo)下，人們對木結(jié)構(gòu)的關(guān)注上升了一個(gè)臺階，木結(jié)構(gòu)也憑借自身的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑工程之中，且取得了良好的應(yīng)用效果。

2 木空間結(jié)構(gòu)分析

在建筑技術(shù)和材料的發(fā)展推動下，木質(zhì)大空間的結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域。因此，筆者結(jié)合自身所學(xué)知識，對木結(jié)構(gòu)在空間結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進(jìn)行簡要概述。

2.1 木空間結(jié)構(gòu)分類

1） 木空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，木空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)大致相同，都是由諸多桿件通過節(jié)點(diǎn)后連接而成，木空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以被分為多種類型，常見的包括球面木網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)、木網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等等。木空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)需要使用的材料包括鋸材、膠合木等，并且這些材料的截面存在不同。

2） 木空間張拉結(jié)構(gòu)，這類木空間結(jié)構(gòu)的組成部分為木構(gòu)件和鋼拉桿，通過合理的搭配，使木空間結(jié)構(gòu)在具備木材抗壓能力的同時(shí)，也兼具鋼材的抗拉性能，不僅可以使跨度增加，還能夠在一定程度上節(jié)約材料，豐富造型。例如：蘇格蘭會議廳就采用了這種木空間結(jié)構(gòu)。

2.2 塔科馬穹頂體育館

塔科馬塔科馬穹頂體育館位于美國，是美國規(guī)模最大的體育館之一。該體育館在建設(shè)過程中，為提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在受力構(gòu)件選擇上，選用了膠合木梁，工程使用木構(gòu)件數(shù)量為414 根，并在此基礎(chǔ)上使用金屬連接件，將膠合木梁連接為一個(gè)整體，最終形成木空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的球形單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，體育館穹頂?shù)闹睆竭_(dá)到了162m。通過木空間結(jié)構(gòu)的使用，大大降低了體育館穹頂?shù)脑靸r(jià)，在計(jì)算后得知，使用木空間結(jié)構(gòu)作為穹頂，其成本遠(yuǎn)低于充氣穹頂和混凝土穹頂。

木空間結(jié)構(gòu)相較于混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)重比相對較高，因而在地震發(fā)生時(shí)，所受地震力的影響要小于其他結(jié)構(gòu)。例如：在2001 年體育館附近發(fā)生了地震等級為6.8 級的地震，與體育館相鄰的建筑分別出現(xiàn)了不同程度的損毀，而體育館卻沒有絲毫的損傷[2]。

體育館在進(jìn)行穹頂施工過程中，通過將木柱作為支撐，省去了搭設(shè)手腳架的工序。在初次構(gòu)件拼裝階段，就完成了36 根構(gòu)件的拼裝，在拼裝過程中，一根柱子對應(yīng)一根構(gòu)件，與現(xiàn)澆鋼筋混凝土環(huán)形成了一個(gè)完美的平衡體系，確保了施工人員的安全。在穹頂構(gòu)件拼裝完畢后，進(jìn)行其它構(gòu)件的安裝。在完成屋面保溫和防水層施工后，工程宣告竣工。

2.3 木結(jié)構(gòu)未來發(fā)展前景

伴隨著暖通綠色建筑的不斷發(fā)展，具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)點(diǎn)的木結(jié)構(gòu)建筑會成為人們的重要選擇，必然會在未來建筑市場中占據(jù)一席之地。由此可見，木結(jié)構(gòu)建筑的市場潛力十分巨大，且發(fā)展前景值得期待。發(fā)展木結(jié)構(gòu)建筑是未來城市建筑的重要發(fā)展方向，也是城市發(fā)展響應(yīng)綠色發(fā)展理念的具體表現(xiàn)。筆者建議應(yīng)該從以下方面著手，促進(jìn)木結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用。

1） 在木材資源豐富的地區(qū)，推廣木結(jié)構(gòu)建筑，將其作為試點(diǎn)地區(qū)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，并建立完善的制度，為木結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和發(fā)展，奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2） 將木結(jié)構(gòu)建筑作為建筑工程的發(fā)展方向，加強(qiáng)研究和推廣，對生產(chǎn)工藝和技術(shù)方法進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，通過實(shí)驗(yàn)研究、召開論壇會議、組織專家進(jìn)行學(xué)術(shù)交流等方式，促進(jìn)木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)實(shí)現(xiàn)更好的發(fā)展。

3 結(jié)語

綜上所述，在社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下，為響應(yīng)綠色發(fā)展理念的要求，在建筑中應(yīng)用木結(jié)構(gòu)，發(fā)展木結(jié)構(gòu)建筑十分重要。因此，建筑行業(yè)應(yīng)該予以重視，并在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，從而促進(jìn)我國木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展。