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【摘 要】本文介绍了现代木结构的特点以及国内外应用实例，归纳了结构中常用材料的特性及其制作过程。借鉴国外的技术资料，为推动现代木结构房屋在我国的应用提供参考依据。
【关键词】木结构；木材加工；结构体系
Modern wood structure system and material properties
Bai Ya-shuang,Li An
(Southwest forestry university Kunming Yunnan650224)
【Abstract】This paper introduces the features of modern wood structure and application at home and abroad, Summarizes the characteristics and manufacturing process of materials used in the structure. It provide reference of promote the application of modern wood frame housing in China from foreign technical information.
【Key words】Wood structure,;Wood processing;Structure system
1. 前言
木材是一种天然材料具有节能、环保、可再生等优点，与钢筋混凝土或钢材相比，采用木材建造房屋具有能量损耗低、舒适、隔热保温和良好的抗震性能等优点受到人们的喜爱。在欧美、加拿大以及日本等地区的居民住宅中，采用木结构别墅和多层住宅占有很高的比例。
2. 现代木结构体系
对于中西方的不同建筑理念，现代木结构的建造体系也略有不同。
2.1 西方的现代木结构建造体系。
图1 西方现代木结构建造体系
西方的现代木结构建造体系如图1所示［1 ］，现代木结构能够在发达国家广泛应用的一个重要原因是木材改善了其他建筑材料建造房屋过程中带来的环保问题。木材的砍伐、运输、加工远远小于其他建筑材料，木结构的建造过程中消耗的能量最少、用水量最低、产生的固体废物甚至可以忽略不计。同时，木结构具有良好的抗震性能在高烈度区成为住宅结构的首选。木结构具有良好韧性、自重轻，对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的抵抗能力，所以在地震中吸收的能量少，不至于发生倒塌。从国内外的木结构震害调查发现，罕遇地震时其它材料的结构，如砌体结构甚至混凝土结构已经出现倒塌，木结构仍能保持结构完整很少出现倒塌。
西方的现代木结构住宅建造体系如下：
2.1.1 原木结构：原木结构，顾名思义该结构的构件是由原木构筑而成的。原木结构的优势在于原木相比其他经过加工的木材更加贴近自然，一般用作森林或者山间的原生态环境之中，同时原木构件可以将木材和构件共同作为装饰材料来使用。美国西部的木结构工程大都是由原木结构制作而成，图2为典型的美国西部住宅。
2.1.2 梁柱式木结构［2 ］：是一种传统的建筑形式,不同于框架式木结构基础，它是由大跨的梁柱结构形成主要的传力体系。该结构的主要特点是用大尺寸的胶合木制作成梁柱。结构主要适用于亭式构件，也有用于大型的体育馆场和其他民用建筑，日本的木结构凉亭如图3所示。
2.1.3 壁式框架结构：壁式框架结构包括轻质木框架、平台木框架和多层木框架三种，其中平台木框架使用较多。图4是世界最高的木结构房屋，壁式框架结构多为框架——剪力墙结构，是现代木结构的常用构筑方式，剪力墙通常利用墙骨柱和面板通过钉连接而成，一般的木结构住宅多为壁式框架结构。
2.1.4 重木框架结构：相比平台框架木结构和轻型框架木结构，重木结构的特点在于，其构件都是使用大截面、高强度的胶合木或者重型的原木制造而成，如图5为英国一重木框架结构酒店。重木结构主要运用于桥梁或者强度要求较高，体积较大的的民用建筑中。
2.1.5 大跨结构：大跨结构的特点在于结构的跨度较大，构件也多用截面尺寸较大、强度要求较高的胶合木制作。主要用于体育馆、大学食堂等大开间、大跨度的结构中，如图6为法国梅斯空间网架地铁站。大跨结构的设计很多，有空间网架结构、门式刚架结构、拱形结构等。
2.2 中国的木结构建筑建造体系。
木材在建筑结构中的应用与其材料的加工方法及制作工艺密不可分。早期的木结构多以中国造型优雅的木结构建筑具有影响力与代表性，即使是纵观中国的建筑史，木结构建筑同样具有十分重要的地位。利用原木进行切削制作结构的主受力构件，通过榫卯等手段进行连接和固定，代表性的建筑如现存比较完好的应县木塔、故宫、祈年殿以及常见的庙宇楼阁等等。新中国成立后，随着基础建设的加速以及乱砍滥伐和毁林开荒，我国的林业资源已经损失殆尽。特别是90年代中期，我国实施“天保”工程大部分地区已禁止树木的砍伐，木结构在国内的应用越来越少，甚至建筑结构中使用的木材需要进口。同时，最近几十年我国建筑物的发展趋势是跨度如何更大、高度更高，木结构受着材料本身条件的限制，并不是主要的发展方向，国内研究人员对木结构的关注不够，造成了我国木材的加工手段相对落后，原木的使用率不高，木结构的设计规范与施工经验均落后发达国家。
中国的木结构建筑建造体系如下：
2.2.1 立柱——梁构架方式：这种构架方式和西方的梁柱式构架方式相同，如图7所示,其长处在于使用大剖面的构件，柱子间隔可以设计为非承重墙、大规模开口部或为眺望室外的大型窗户。
2.2.2 重木构架方式：在中国，重木构架的木结构房屋多为原木结构，其优点和特点和西方原木结构及重木结构相同，如图8所示。
2.2.3 圆木构架方式：圆木构架将水平木作为承重墙，其余地面、屋顶结构以2×4轻型木结构统一构造而成，其特点为木构件加工简单，强度较高,如图9为九寨沟原木结构住宅。
2.2.4 轻型木构架：轻型木构架方式和西方的轻型木框架构筑方式相同。将一个轻型的木构架仅仅作为小剖面的角材来使用，期间隔狭窄，墙体用立筋，地面用桁条，屋顶用椽木构成，因施工的复杂性，在现在的木框架中使用已经较少。
2.2.5 平台构架方式：平台构架方式目前使用范围较广，通常和梁柱构架方式、重木构架方式或者框架方式共同使用。如图10、11所示为我国有代表性的木平台构架式房屋。
2.2.6 板条公法方式：这种构架板与轻型木构架的结构概念相同，但现场装配的公法差异在于墙体制作在工厂进行，装配是在现场进行的。
3. 木结构材料
现代木结构中薄板通常有：用胶合板（Plywood）、定向刨花板（简称：OSB）、竹质定向刨花板（简称：BOSB）。胶合板是由木段旋切成单板或由木方刨切成薄木，再用胶粘剂胶合而成的三层或多层的板状材料，通常用奇数层单板，并使相邻层单板的纤维方向互相垂直胶合而成。胶合板加工时对选材要求高，且加工后板材接近各向同性，造价比其他板高很多，很少作为覆面材料使用。定向刨花板一般我们就说是木质大片定向刨花板，是以小径材、间伐材、 木芯为原料，通过专用设备加工成长长的刨片，经脱油、干燥、施胶、定向铺装、热压成型等工制成的一种定向结构板材。竹质定向刨花板是与木质大片刨花板结构相同使用竹材为原料的承重性结构用板。定向刨花板比胶合板线膨胀系数小、稳定性好、材质均匀、握螺钉力较高，具有无甲醛释放优势，其主要可以用地板、墙壁及屋顶、工字梁等构件，建筑中广泛使用的预制格栅，腹板大多采用定向刨花板。其板面尺寸一般为1.22m×2.44m，厚度为9、12、15、18mm。
国外常常采用增加金属杆件、金属拉索、金属五金件以及胶合梁, 使建筑屋顶形成桁架结构或网架结构. 其所形成的木构建筑跨度可以非常的大。
4. 总结
目前低碳建筑已逐渐成为建筑界的主流趋势，木结构的节能、环保等优点使其应用广泛，成为未来建筑的一个重要发展方向。随着木材制造业的迅猛发展，通过胶合、压制等手段处理后的木材具有强度更高耐久性更好的优点，其应用范围也越来越广。因此，需要我们对这种新型建筑材料进一步的了解，对木结构的认识重新定位。本文采用建筑实例对现代木结构的应用进行说明，并对其材料制作及其连接进行介绍，为现代木结构在我国的推广提供借鉴。
参考文献
［1］ 张青萍，陈军. 中国现代木结构建筑发展之策略［J］.中国科学 E 辑: 技术科学,2009,39(5):874～877.
［2］ 莫骄.木结构设计［M］.北京：中国计划出版社.2006.
［3］ 郝春荣.从中西木结构建筑发展看中国木结构建筑的前景［D］.清华大学硕士学位论文,2004.6.
［4］ 邢大鹏.现代木建筑技术及建筑表现［D］东南大学硕士学位论文,2005.6.
［基金项目］本文由省级森林工程特色专业（项目编号：501035），省级结构工程实验教学示范中心（项目编号：501042）、校级森林工程重点学科（项目编号：47002801）共同资助。
［文章编号］1006-7619（2011）05-08-469
［作者简介］ 柏亚双( 1975- ) ，女，职称：工程师，西南林业大学。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
【关键词】木结构；木材加工；结构体系
Modern wood structure system and material properties
Bai Ya-shuang,Li An
(Southwest forestry university Kunming Yunnan650224)
【Abstract】This paper introduces the features of modern wood structure and application at home and abroad, Summarizes the characteristics and manufacturing process of materials used in the structure. It provide reference of promote the application of modern wood frame housing in China from foreign technical information.
【Key words】Wood structure,;Wood processing;Structure system
1. 前言
木材是一种天然材料具有节能、环保、可再生等优点，与钢筋混凝土或钢材相比，采用木材建造房屋具有能量损耗低、舒适、隔热保温和良好的抗震性能等优点受到人们的喜爱。在欧美、加拿大以及日本等地区的居民住宅中，采用木结构别墅和多层住宅占有很高的比例。
2. 现代木结构体系
对于中西方的不同建筑理念，现代木结构的建造体系也略有不同。
2.1 西方的现代木结构建造体系。
图1 西方现代木结构建造体系
西方的现代木结构建造体系如图1所示［1 ］，现代木结构能够在发达国家广泛应用的一个重要原因是木材改善了其他建筑材料建造房屋过程中带来的环保问题。木材的砍伐、运输、加工远远小于其他建筑材料，木结构的建造过程中消耗的能量最少、用水量最低、产生的固体废物甚至可以忽略不计。同时，木结构具有良好的抗震性能在高烈度区成为住宅结构的首选。木结构具有良好韧性、自重轻，对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏有很强的抵抗能力，所以在地震中吸收的能量少，不至于发生倒塌。从国内外的木结构震害调查发现，罕遇地震时其它材料的结构，如砌体结构甚至混凝土结构已经出现倒塌，木结构仍能保持结构完整很少出现倒塌。
西方的现代木结构住宅建造体系如下：
2.1.1 原木结构：原木结构，顾名思义该结构的构件是由原木构筑而成的。原木结构的优势在于原木相比其他经过加工的木材更加贴近自然，一般用作森林或者山间的原生态环境之中，同时原木构件可以将木材和构件共同作为装饰材料来使用。美国西部的木结构工程大都是由原木结构制作而成，图2为典型的美国西部住宅。
2.1.2 梁柱式木结构［2 ］：是一种传统的建筑形式,不同于框架式木结构基础，它是由大跨的梁柱结构形成主要的传力体系。该结构的主要特点是用大尺寸的胶合木制作成梁柱。结构主要适用于亭式构件，也有用于大型的体育馆场和其他民用建筑，日本的木结构凉亭如图3所示。
2.1.3 壁式框架结构：壁式框架结构包括轻质木框架、平台木框架和多层木框架三种，其中平台木框架使用较多。图4是世界最高的木结构房屋，壁式框架结构多为框架——剪力墙结构，是现代木结构的常用构筑方式，剪力墙通常利用墙骨柱和面板通过钉连接而成，一般的木结构住宅多为壁式框架结构。
2.1.4 重木框架结构：相比平台框架木结构和轻型框架木结构，重木结构的特点在于，其构件都是使用大截面、高强度的胶合木或者重型的原木制造而成，如图5为英国一重木框架结构酒店。重木结构主要运用于桥梁或者强度要求较高，体积较大的的民用建筑中。
2.1.5 大跨结构：大跨结构的特点在于结构的跨度较大，构件也多用截面尺寸较大、强度要求较高的胶合木制作。主要用于体育馆、大学食堂等大开间、大跨度的结构中，如图6为法国梅斯空间网架地铁站。大跨结构的设计很多，有空间网架结构、门式刚架结构、拱形结构等。
2.2 中国的木结构建筑建造体系。
木材在建筑结构中的应用与其材料的加工方法及制作工艺密不可分。早期的木结构多以中国造型优雅的木结构建筑具有影响力与代表性，即使是纵观中国的建筑史，木结构建筑同样具有十分重要的地位。利用原木进行切削制作结构的主受力构件，通过榫卯等手段进行连接和固定，代表性的建筑如现存比较完好的应县木塔、故宫、祈年殿以及常见的庙宇楼阁等等。新中国成立后，随着基础建设的加速以及乱砍滥伐和毁林开荒，我国的林业资源已经损失殆尽。特别是90年代中期，我国实施“天保”工程大部分地区已禁止树木的砍伐，木结构在国内的应用越来越少，甚至建筑结构中使用的木材需要进口。同时，最近几十年我国建筑物的发展趋势是跨度如何更大、高度更高，木结构受着材料本身条件的限制，并不是主要的发展方向，国内研究人员对木结构的关注不够，造成了我国木材的加工手段相对落后，原木的使用率不高，木结构的设计规范与施工经验均落后发达国家。
中国的木结构建筑建造体系如下：
2.2.1 立柱——梁构架方式：这种构架方式和西方的梁柱式构架方式相同，如图7所示,其长处在于使用大剖面的构件，柱子间隔可以设计为非承重墙、大规模开口部或为眺望室外的大型窗户。
2.2.2 重木构架方式：在中国，重木构架的木结构房屋多为原木结构，其优点和特点和西方原木结构及重木结构相同，如图8所示。
2.2.3 圆木构架方式：圆木构架将水平木作为承重墙，其余地面、屋顶结构以2×4轻型木结构统一构造而成，其特点为木构件加工简单，强度较高,如图9为九寨沟原木结构住宅。
2.2.4 轻型木构架：轻型木构架方式和西方的轻型木框架构筑方式相同。将一个轻型的木构架仅仅作为小剖面的角材来使用，期间隔狭窄，墙体用立筋，地面用桁条，屋顶用椽木构成，因施工的复杂性，在现在的木框架中使用已经较少。
2.2.5 平台构架方式：平台构架方式目前使用范围较广，通常和梁柱构架方式、重木构架方式或者框架方式共同使用。如图10、11所示为我国有代表性的木平台构架式房屋。
2.2.6 板条公法方式：这种构架板与轻型木构架的结构概念相同，但现场装配的公法差异在于墙体制作在工厂进行，装配是在现场进行的。
3. 木结构材料
现代木结构中薄板通常有：用胶合板（Plywood）、定向刨花板（简称：OSB）、竹质定向刨花板（简称：BOSB）。胶合板是由木段旋切成单板或由木方刨切成薄木，再用胶粘剂胶合而成的三层或多层的板状材料，通常用奇数层单板，并使相邻层单板的纤维方向互相垂直胶合而成。胶合板加工时对选材要求高，且加工后板材接近各向同性，造价比其他板高很多，很少作为覆面材料使用。定向刨花板一般我们就说是木质大片定向刨花板，是以小径材、间伐材、 木芯为原料，通过专用设备加工成长长的刨片，经脱油、干燥、施胶、定向铺装、热压成型等工制成的一种定向结构板材。竹质定向刨花板是与木质大片刨花板结构相同使用竹材为原料的承重性结构用板。定向刨花板比胶合板线膨胀系数小、稳定性好、材质均匀、握螺钉力较高，具有无甲醛释放优势，其主要可以用地板、墙壁及屋顶、工字梁等构件，建筑中广泛使用的预制格栅，腹板大多采用定向刨花板。其板面尺寸一般为1.22m×2.44m，厚度为9、12、15、18mm。
国外常常采用增加金属杆件、金属拉索、金属五金件以及胶合梁, 使建筑屋顶形成桁架结构或网架结构. 其所形成的木构建筑跨度可以非常的大。
4. 总结
目前低碳建筑已逐渐成为建筑界的主流趋势，木结构的节能、环保等优点使其应用广泛，成为未来建筑的一个重要发展方向。随着木材制造业的迅猛发展，通过胶合、压制等手段处理后的木材具有强度更高耐久性更好的优点，其应用范围也越来越广。因此，需要我们对这种新型建筑材料进一步的了解，对木结构的认识重新定位。本文采用建筑实例对现代木结构的应用进行说明，并对其材料制作及其连接进行介绍，为现代木结构在我国的推广提供借鉴。
参考文献
［1］ 张青萍，陈军. 中国现代木结构建筑发展之策略［J］.中国科学 E 辑: 技术科学,2009,39(5):874～877.
［2］ 莫骄.木结构设计［M］.北京：中国计划出版社.2006.
［3］ 郝春荣.从中西木结构建筑发展看中国木结构建筑的前景［D］.清华大学硕士学位论文,2004.6.
［4］ 邢大鹏.现代木建筑技术及建筑表现［D］东南大学硕士学位论文,2005.6.
［基金项目］本文由省级森林工程特色专业（项目编号：501035），省级结构工程实验教学示范中心（项目编号：501042）、校级森林工程重点学科（项目编号：47002801）共同资助。
［文章编号］1006-7619（2011）05-08-469
［作者简介］ 柏亚双( 1975- ) ，女，职称：工程师，西南林业大学。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文