木建筑发展综述
摘要:本文简述了木结构建筑的发展历史,并分别从三个小的细节方面介绍了其发展历程,即材料、构造方式以及连接点,分析了其从古至今的发展原因。
关键词:木建筑;木结构
一、概述
木结构房屋在中国有着悠久的历史,自古以来就以其风格优雅和结构灵巧而受到称颂。木结构房屋因其美观、节能、环保、舒适、亲近自然,而备受人们的推崇。从至今仍保存完好的飞檐、木瓦、斗拱、楼梯中,中国古代卓越的木结构建造技术就可见一斑。[1]
木材是一种天然的、可再生的建筑材料。而且它与常见的混凝土及砖结构相比,木结构建筑具有以下的优点,所以在现代建筑中,人们越来越喜欢木结构的房屋。
(1)耐震性强。木结构因其自身质地坚韧且质量轻,所以在地震时吸收的地震力少。另一方面,木结构有许多构件组成,地震时能分散负荷并承受地震震动的强度,因而具有良好的耐震性。
(2)设计布置灵活。木结构因其材料和结构的特点,使得平面布置更加灵活,为建筑师提供了更加广阔的想象空间。
(3)保温节能性能好。经研究,由于木材为绝热体,在同样厚度的条件下,木材的隔热值比标准的混凝土高16倍,比钢材高400倍,比铝材高1600倍。正是由于这种木质特殊的组织结构,其保温、绝缘、节能性能优于利用其它任何材料建造而成的结构形式,冬暖夏凉,节约能源花费。[2]
(4)具有一定的耐燃性能。木结构可以通过进行防火设计来阻止火势扩散,可以放心用木材来做墙体、铺地板、盖屋顶。相对而言,钢在受热时会极大地丧失强度,并且在火的温度下会坍塌。
(5)环境友善。建筑物的一般寿命平均为50年左右。对被拆除的建筑物材料的处理,一直是困扰城市生态环境的大问题。为此,现代材料应该朝着“4R”原则 (Re—new,Recycle,Reuse,Reduce)的方向发展,木质材料基本符合上述要求。[3]
二、近现代使用的材料
随着森林资源的日益紧缺,天然环保的木结构建筑的发展受到了制约。近年来,由于木材工业的发展,充分利用森林资源生产出来的工程木产品,又为木结构的可持续发展奠定了基础。
最常见的工业木材有集成板材和复合板,此两种木材均被大量用于建筑工程上。集成板材是由种类相同、但尺寸较小的木材组合成的大尺度建材,能突破天然木材的长度限制,提高木材断面的尺寸。复合板则是经过工业加工处理,提供以往传统原木所不能提供的板材基本构件,降低木材加工造成的材料浪费。以现代木建筑的结构体系而言,复合板能以墙体或楼板的形态与柱梁结构结合,用以增加柱梁框架的刚度及稳定结构系统。此外,复合板也被大量应用于装饰用材。常见的复合板可随意在最外层贴上满足不同视觉喜好的饰纹木饰面板,使人们无需付出昂贵的费用,即能换来表象的奢华。[4]
而胶合木结构在我国从五十年代后期开始采用,它既可以提高木结构的质量,又节约木材,并适应现代化生产,因此得到了迅速的发展。胶合木结构是一种先进的结构形式,包括层板胶合结构和胶合板结构。与普通的木结构相比,具有下述一系列的优点:[5]
(1)不受天然木料尺寸的限制,可胶合成任意大小和长度的构件;
(2)可将严重的木材缺陷截去后重新接长;将一般的木材缺陷分层匀开;按截面上的应力分布,合理配置不同等级的木材,做到劣材优用;
(3)可将小料拼合,短料接长,做到大材小用;
(4)通过人工干燥控制开裂和翘曲变形,可扩大树种的利用的范围;
(5)用大面积的构件可组成节间大、节点小的衍架,整体刚性好;
(6)大截面的层板胶合构件的耐火性能好;
(7)可以工业化生产,提高质量和生产效率。
三、木建筑的构造方式
1.柱梁式构造
在原始的居住文明中,柱与梁就被用作主要的构造元素,两者能在满足结构功能的情况下,以最少的构材数量创造最大的使用空间。但不同于钢筋混凝土结构或钢结构的是,如何维系柱梁式木建筑的刚度,一直是此类构造的最重要的课题。
以中国和日本的纯木质传统建筑为例,明显的柱梁式结构方法造就了“墙倒屋不倒”的建筑特质,弹性的开口设计也增加了空间之间的穿透性。唯有在联结部位,历代匠师们发展出复杂的、环环相扣的木-木节点(即斗拱系统)。欧洲的原始木建筑则以斜撑支脚解决柱梁接续部位的刚度不足的问题。[6]
而现代木建筑则大量采用金属扣件,试图以金属的强度及韧性突破传统木建筑的极限。近代木材工业的出现(尤以集成板材为代表),提供了木建筑的设计空间与弹性。
2.框组壁式构造
框组壁式构造就是“2×4工艺”。欧洲传统的木筋墙建筑,一般认为是框组壁式构造的前身。木筋墙建筑以小断面、小尺寸的木结构材构筑建筑物的框组,再以不同的壁材(泥土、砖石等)填充其中,以自重及充实的壁体提供建筑物足够的刚度。[7]
框组壁工艺同样以小尺寸的构材构筑骨架,壁体演进为以板材外覆,固定于构材的内外面,构成中空而质轻的壁体,再填充以现代的阻绝材料,是极为经济、简易的工艺,盛行于北美地区。现行的框组壁工艺大概分为两类:轻型木构架及平台框架。
轻质木框架房屋 (简称为轻型木结构房屋),诞生于l9世纪中叶,不同于传统的原木结构和梁柱木结构。它从结构的可靠性、构件的合理性、使用的舒适性和耐久性,以及建造的经济性等方面都有了较大的提高,这也使它成为当今建筑市场的新宠。轻型木框架以小断面的垂直构件为主干,由房屋基部连续伸展至整栋房屋立面,垂直构件与水平构件以钉子联结,房屋内的地板则以搭建在横挡上的水平构件组成。
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