現(xiàn)代化的中國木結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代化的中國木結(jié)構(gòu)

說起木結(jié)構(gòu)建筑，人們大概會立即聯(lián)想到古代園 林、佛教廟宇等古建筑，很難與現(xiàn)代化建筑沾邊。然而，隨著社會的發(fā)展進(jìn)步和人們生活水平的提高，尤其是近年來隨著大眾和政府對于環(huán)境可持續(xù)發(fā)展以及綠色建 筑的持續(xù)關(guān)注,木結(jié)構(gòu)建筑重新回到人們的視野，并受到廣泛關(guān)注。在日前召開的中國建筑學(xué)會建筑結(jié)構(gòu)分會年會上，木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展成為與會者探討的熱點(diǎn)話題。

我國木結(jié)構(gòu)建筑歷史悠久

我國木結(jié)構(gòu)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)生過重要影響?？脊虐l(fā)現(xiàn)，早在舊石器時代晚期，已經(jīng)有中國古人類“掘土為穴”（穴居）和“構(gòu)木為巢”（巢居）的原始營 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(jié)構(gòu)建造技術(shù)已達(dá)到了相當(dāng)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(xiàn)，中國古代木結(jié)構(gòu)在上述原始雛形的基礎(chǔ)上不斷演化改進(jìn)，逐漸形成了梁柱式構(gòu)架和穿斗式構(gòu)架兩類主要體系。自戰(zhàn)國以來，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名木結(jié)構(gòu)建筑為數(shù)眾多，但大都已經(jīng)湮滅于歷史的長河中。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)存的木結(jié)構(gòu)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(xiàn)存最古老、最高的木結(jié)構(gòu)建筑——山西應(yīng)縣佛宮寺釋迦塔，最早采用拼合構(gòu)件的實(shí)物木結(jié)構(gòu)——寧波保國寺大殿，現(xiàn)存規(guī)模最大、 殿柱最巨之木結(jié)構(gòu)——明長陵棱恩殿，構(gòu)思最巧妙、最大膽之木結(jié)構(gòu)——山西大同恒山懸空寺。

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

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展迅速

有關(guān)研究表明，我國建國初期，木結(jié)構(gòu)曾在國民 經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。由于木材短缺，至上世紀(jì)70年代末，木結(jié)構(gòu)在中國的研究應(yīng)用陷于停滯。上世紀(jì)90年代末，我國引進(jìn)北美輕型木結(jié)構(gòu)，標(biāo)志著木結(jié) 構(gòu)的研究與應(yīng)用在我國逐步恢復(fù)。祝恩淳認(rèn)為，發(fā)展具有中國特色的木結(jié)構(gòu)，首先要深入學(xué)習(xí)了解國際木結(jié)構(gòu)的先進(jìn)技術(shù)，大力開展木結(jié)構(gòu)科學(xué)研究，完善木結(jié)構(gòu)的 設(shè)計(jì)計(jì)算理論，加強(qiáng)木結(jié)構(gòu)類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制訂，促進(jìn)適合于建筑結(jié)構(gòu)用的標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)為，中國傳統(tǒng)的梁柱體系跨度往往 受限，且耗用木材較多。隨著西方科學(xué)技術(shù)的傳入，出現(xiàn)了桁架這一構(gòu)件形式。木結(jié)構(gòu)房屋逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橛沙兄卮u墻支承的木桁架結(jié)構(gòu)體系所替代，稱磚木結(jié)構(gòu)房屋。 建國初期百廢待興，而鋼材、水泥短缺，大多數(shù)民用建筑和部分工業(yè)建筑都采用了這種磚木結(jié)構(gòu)形式（磚承重墻、木屋蓋）。據(jù)1958年統(tǒng)計(jì)，這類房屋占總建筑 的比例約為46%。上世紀(jì)五、六十年代所建的這類木屋蓋，有的至今還在使用。在這一時期，木結(jié)構(gòu)應(yīng)用雖基本上被限制在木屋蓋范圍內(nèi)，但仍處于興旺時期，仍 可與混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)并稱四大結(jié)構(gòu)之一，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著重要作用。與此同時，各高校、科研院所有眾多專業(yè)人員從事木結(jié)構(gòu)教學(xué)、科研工 作，規(guī)范編制、科研、教學(xué)的內(nèi)容也基本以磚木結(jié)構(gòu)為中心。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展前三個五年計(jì)劃的推進(jìn)，基本建設(shè)的規(guī)模迅速擴(kuò)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(jì)70年代后，木結(jié)構(gòu)在中國基本被停用，木結(jié)構(gòu)工作者紛紛轉(zhuǎn)行，高校木結(jié)構(gòu)課程也逐漸停設(shè)，中國木結(jié)構(gòu)被迫處于停 滯狀態(tài)，長達(dá)20余年。

反之，美國、日本以及歐洲等木結(jié)構(gòu)技術(shù)先進(jìn)的 國家和地區(qū)，卻從未停止前進(jìn)的步伐。木結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用在這些國家與時俱進(jìn)，居于世界領(lǐng)先地位。木結(jié)構(gòu)的發(fā)展應(yīng)用呈現(xiàn)兩個特點(diǎn)，一是木結(jié)構(gòu)產(chǎn)品生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn) 化和規(guī)格化，生產(chǎn)效率提高。輕型木結(jié)構(gòu)即代表這一特點(diǎn)。輕型木結(jié)構(gòu)所用規(guī)格材和木基結(jié)構(gòu)板，都是標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)格化的工業(yè)產(chǎn)品，可以大批量生產(chǎn)，價格低廉；輕 型木結(jié)構(gòu)用釘連接，是木結(jié)構(gòu)中最簡捷的連接方式，施工效率高。輕型木結(jié)構(gòu)在北美、北歐地區(qū)得到廣泛應(yīng)用，占這些地區(qū)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(jié)構(gòu)應(yīng)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(fù)雜木結(jié)構(gòu)。例如，采用膠合木建于1997年的日本秋田縣大館市 海樹體育館，其跨度達(dá)178米，系木結(jié)構(gòu)跨度之最。大跨空間木結(jié)構(gòu)，是一個國家木結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展水平的標(biāo)志。

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增長以及全球 經(jīng)濟(jì)一體化，我國已經(jīng)可以從國際市場上進(jìn)口相當(dāng)可觀數(shù)量的木材，并引進(jìn)木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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。上世紀(jì)90年代末期，以引進(jìn)北美輕型木結(jié)構(gòu)為標(biāo)志，預(yù)示著木結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用在我國逐步恢復(fù)。

祝恩淳指出，近10年來，木結(jié)構(gòu)事業(yè)在我國取 得了可喜的發(fā)展。一是輕型木結(jié)構(gòu)獲得大量應(yīng)用。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自2000年以來，已建成輕型木結(jié)構(gòu)房屋逾萬例，分布遍及我國大部分地區(qū)。二是膠合木結(jié)構(gòu)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元寺等工程。三是具有中國特色的竹材和竹木復(fù)合材研發(fā)應(yīng)用進(jìn)展顯著。膠合竹獲注冊專 利，輕型竹結(jié)構(gòu)體系已然成型。四是一系列木結(jié)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制訂或正在進(jìn)行中。五是一些具備條件的大專院校和科研單位重新開設(shè)木結(jié)構(gòu)課程，開展木結(jié)構(gòu)相關(guān) 研究并獲得各類資助，同時積極擴(kuò)大國際交流與合作。可以說，木結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用在我國出現(xiàn)了欣欣向榮的新氣象，從工程應(yīng)用、教學(xué)科研到規(guī)范制訂都處在積極 引進(jìn)、消化吸收和完善提高的復(fù)興階段。

發(fā)展有中國特色的木結(jié)構(gòu)

據(jù)記者了解，目前國內(nèi)相關(guān)部門正在積極開展國 際交流，引進(jìn)國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)、技術(shù)和產(chǎn)品，對我國木結(jié)構(gòu)的復(fù)興和發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。但是，祝恩淳認(rèn)為，作為一個具有數(shù)千年木結(jié)構(gòu)應(yīng)用歷史的國家，歸 根到底還是應(yīng)該根據(jù)具體國情，研發(fā)有中國特色的木結(jié)構(gòu)。主要原因如下：一是我國仍然有眾多的古代木結(jié)構(gòu)存世，還有相當(dāng)一部分少數(shù)民族地區(qū)仍一直沿用本民族 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。一方面要對這些木結(jié)構(gòu)建筑加強(qiáng)保護(hù)，使之傳世久遠(yuǎn)；另一方面要從建筑結(jié)構(gòu)的角度對這些木結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)研究，繼承發(fā)揚(yáng)其精華。這是我國木結(jié)構(gòu)學(xué)界 的天賜機(jī)緣，也是責(zé)無旁貸的任務(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(jì)一體化的今天，從國際市場進(jìn)口木材和引進(jìn)木結(jié)構(gòu)技術(shù)，是我國 木結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要途徑。但我國有4000多萬公頃的人工資源，總量居世界第一。合理開發(fā)利用我國的林木資源，利用人工林樹種研發(fā)現(xiàn)代工程木產(chǎn)品，并基于這 些產(chǎn)品研發(fā)相應(yīng)的木結(jié)構(gòu)體系，是我國木結(jié)構(gòu)發(fā)展的另一重要途徑。三是我國有近400萬公頃的竹林資源，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(jié)構(gòu)和竹木復(fù)合材，倘若能實(shí)現(xiàn)膠合竹等竹材產(chǎn)品和竹木復(fù)合材產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化生產(chǎn)，確定這類產(chǎn)品的強(qiáng)度設(shè)計(jì)指標(biāo)和完善 其結(jié)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)理論和方法，竹結(jié)構(gòu)和竹木結(jié)構(gòu)在我國將大有可為。

祝恩淳強(qiáng)調(diào)，還要大力開展科學(xué)研究，完善我國 木結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)理論?，F(xiàn)代木結(jié)構(gòu)離不開計(jì)算設(shè)計(jì)理論與方法的指導(dǎo)。我國現(xiàn)有木結(jié)構(gòu)計(jì)算設(shè)計(jì)理論基本以前蘇聯(lián)的理論為基礎(chǔ)，適用于工地現(xiàn)場制作木構(gòu)件所建的 木結(jié)構(gòu)。隨現(xiàn)代木材產(chǎn)品的引進(jìn)和研發(fā)，理所當(dāng)然地需要更新現(xiàn)有理論和方法。引進(jìn)參考國際先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)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(yáng)具有中國特色、體現(xiàn)中國研究水平的理論和方法。

除此之外，祝恩淳還認(rèn)為，應(yīng)不斷加強(qiáng)木結(jié)構(gòu)類 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制訂。木結(jié)構(gòu)的發(fā)展應(yīng)用離不開木結(jié)構(gòu)類技術(shù)規(guī)范的指導(dǎo)和約束，技術(shù)規(guī)范與木結(jié)構(gòu)的科研和教學(xué)工作有重要的相互影響作用，規(guī)范編制工作的重要性是 顯而易見的。值得肯定的是，我國木結(jié)構(gòu)類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的體系已基本形成，其中包括膠合木（結(jié)構(gòu)集成材）、規(guī)格材、鋸材產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工和質(zhì)量驗(yàn)收規(guī) 范以及木結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)等。需要完善的首先是設(shè)計(jì)計(jì)算理論的改進(jìn)，這有賴于我國木結(jié)構(gòu)研究工作的不斷深入和發(fā)展。另外，還要明確各規(guī)范的分工，加強(qiáng)各規(guī) 范間的聯(lián)系和協(xié)作。例如現(xiàn)行木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)類規(guī)范中關(guān)于原木、方木、規(guī)格材的定級標(biāo)準(zhǔn)、樹種識別，甚至層板膠合木的組坯方式等規(guī)定，宜由相應(yīng)的木產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)作 出；現(xiàn)行木結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中關(guān)于膠合木工廠生產(chǎn)的許多規(guī)定也宜放到相應(yīng)的木產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中；制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，需要深入學(xué)習(xí)和了解國際先進(jìn)技術(shù)，并與我 國國情相結(jié)合，使技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)本土化、可執(zhí)行。