現(xiàn)代化的中國木結構
現(xiàn)代化的中國木結構
說起木結構建筑，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)關注,木結構建筑重新回到人們的視野，并受到廣泛關注。在日前召開的中國建筑學會建筑結構分會年會上，木結構建筑的發(fā)展成為與會者探討的熱點話題。
我國木結構建筑歷史悠久
我國木結構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、朝鮮等國產生過重要影響?？脊虐l(fā)現(xiàn)，早在舊石器時代晚期，已經有中國古人類“掘土為穴”（穴居）和“構木為巢”（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，中國古代木結構建造技術已達到了相當高的水平。
哈爾濱工業(yè)大學土木工程學院教授祝恩淳研究發(fā) 現(xiàn)，中國古代木結構在上述原始雛形的基礎上不斷演化改進，逐漸形成了梁柱式構架和穿斗式構架兩類主要體系。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構建筑為數(shù)眾多，但大都已經湮滅于歷史的長河中。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)存的木結構實物最早可追溯至唐朝中后期。自遼宋各代，遺留建筑 實物漸多，而明清最多。如我國現(xiàn)存最古老、最高的木結構建筑——山西應縣佛宮寺釋迦塔，最早采用拼合構件的實物木結構——寧波保國寺大殿，現(xiàn)存規(guī)模最大、 殿柱最巨之木結構——明長陵棱恩殿，構思最巧妙、最大膽之木結構——山西大同恒山懸空寺。
可以說，中國古代木結構從考古發(fā)現(xiàn)、典籍記載到實物存在，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)民族木結構建筑以及木橋、木棧道等木結構工程，同樣體現(xiàn)了勞動人民高超的聰明智慧和技術水平。
現(xiàn)代木結構建筑發(fā)展迅速
有關研究表明，我國建國初期，木結構曾在國民 經濟建設中發(fā)揮著重要作用。由于木材短缺，至上世紀70年代末，木結構在中國的研究應用陷于停滯。上世紀90年代末，我國引進北美輕型木結構，標志著木結 構的研究與應用在我國逐步恢復。祝恩淳認為，發(fā)展具有中國特色的木結構，首先要深入學習了解國際木結構的先進技術，大力開展木結構科學研究，完善木結構的 設計計算理論，加強木結構類技術標準的制訂，促進適合于建筑結構用的標準化、工業(yè)化的木和竹產品的研發(fā)和生產。
祝恩淳分析認為，中國傳統(tǒng)的梁柱體系跨度往往 受限，且耗用木材較多。隨著西方科學技術的傳入，出現(xiàn)了桁架這一構件形式。木結構房屋逐漸轉變?yōu)橛沙兄卮u墻支承的木桁架結構體系所替代，稱磚木結構房屋。 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構形式（磚承重墻、木屋蓋）。據(jù)1958年統(tǒng)計，這類房屋占總建筑 的比例約為46%。上世紀五、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，木結構應用雖基本上被限制在木屋蓋范圍內，但仍處于興旺時期，仍 可與混凝土結構、砌體結構和鋼結構并稱四大結構之一，在國民經濟建設中發(fā)揮著重要作用。與此同時，各高校、科研院所有眾多專業(yè)人員從事木結構教學、科研工 作，規(guī)范編制、科研、教學的內容也基本以磚木結構為中心。隨著我國國民經濟建設發(fā)展前三個五年計劃的推進，基本建設的規(guī)模迅速擴大，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70年代后，木結構在中國基本被停用，木結構工作者紛紛轉行，高校木結構課程也逐漸停設，中國木結構被迫處于停 滯狀態(tài)，長達20余年。
反之，美國、日本以及歐洲等木結構技術先進的 國家和地區(qū)，卻從未停止前進的步伐。木結構的研究與應用在這些國家與時俱進，居于世界領先地位。木結構的發(fā)展應用呈現(xiàn)兩個特點，一是木結構產品生產的標準 化和規(guī)格化，生產效率提高。輕型木結構即代表這一特點。輕型木結構所用規(guī)格材和木基結構板，都是標準化和規(guī)格化的工業(yè)產品，可以大批量生產，價格低廉；輕 型木結構用釘連接，是木結構中最簡捷的連接方式，施工效率高。輕型木結構在北美、北歐地區(qū)得到廣泛應用，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)展及其結構應用，膠合木等工程木產品代表了這一發(fā)展趨勢，適合于建造大型復雜木結構。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178米，系木結構跨度之最。大跨空間木結構，是一個國家木結構技術發(fā)展水平的標志。
近年來，隨著我國經濟實力的不斷增長以及全球 經濟一體化，我國已經可以從國際市場上進口相當可觀數(shù)量的木材，并引進木結構設計、制作和木產品生產技術。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90年代末期，以引進北美輕型木結構為標志，預示著木結構的研究與應用在我國逐步恢復。
祝恩淳指出，近10年來，木結構事業(yè)在我國取 得了可喜的發(fā)展。一是輕型木結構獲得大量應用。據(jù)不完全統(tǒng)計，自2000年以來，已建成輕型木結構房屋逾萬例，分布遍及我國大部分地區(qū)。二是膠合木結構逐 漸興起。其中，具代表性的實例有杭州香積寺、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合材研發(fā)應用進展顯著。膠合竹獲注冊專 利，輕型竹結構體系已然成型。四是一系列木結構技術標準已經制訂或正在進行中。五是一些具備條件的大專院校和科研單位重新開設木結構課程，開展木結構相關 研究并獲得各類資助，同時積極擴大國際交流與合作?？梢哉f，木結構的研究與應用在我國出現(xiàn)了欣欣向榮的新氣象，從工程應用、教學科研到規(guī)范制訂都處在積極 引進、消化吸收和完善提高的復興階段。
發(fā)展有中國特色的木結構
據(jù)記者了解，目前國內相關部門正在積極開展國 際交流，引進國外先進經驗、技術和產品，對我國木結構的復興和發(fā)展起到了積極的促進作用。但是，祝恩淳認為，作為一個具有數(shù)千年木結構應用歷史的國家，歸 根到底還是應該根據(jù)具體國情，研發(fā)有中國特色的木結構。主要原因如下：一是我國仍然有眾多的古代木結構存世，還有相當一部分少數(shù)民族地區(qū)仍一直沿用本民族 傳統(tǒng)結構。一方面要對這些木結構建筑加強保護，使之傳世久遠；另一方面要從建筑結構的角度對這些木結構進行科學研究，繼承發(fā)揚其精華。這是我國木結構學界 的天賜機緣，也是責無旁貸的任務。二是整體而言，我國國產林木資源不足。毋庸置疑，在全球經濟一體化的今天，從國際市場進口木材和引進木結構技術，是我國 木結構發(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)代工程木產品，并基于這 些產品研發(fā)相應的木結構體系，是我國木結構發(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。我國學者已研發(fā)了輕型竹結構和竹木復合材，倘若能實現(xiàn)膠合竹等竹材產品和竹木復合材產品的標準化、工業(yè)化生產，確定這類產品的強度設計指標和完善 其結構的計算設計理論和方法，竹結構和竹木結構在我國將大有可為。
祝恩淳強調，還要大力開展科學研究，完善我國 木結構計算設計理論?，F(xiàn)代木結構離不開計算設計理論與方法的指導。我國現(xiàn)有木結構計算設計理論基本以前蘇聯(lián)的理論為基礎，適用于工地現(xiàn)場制作木構件所建的 木結構。隨現(xiàn)代木材產品的引進和研發(fā)，理所當然地需要更新現(xiàn)有理論和方法。引進參考國際先進經驗是必要的，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，祝恩淳還認為，應不斷加強木結構類 技術標準的制訂。木結構的發(fā)展應用離不開木結構類技術規(guī)范的指導和約束，技術規(guī)范與木結構的科研和教學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，我國木結構類技術標準的體系已基本形成，其中包括膠合木（結構集成材）、規(guī)格材、鋸材產品標準，木結構設計、施工和質量驗收規(guī) 范以及木結構試驗方法標準等。需要完善的首先是設計計算理論的改進，這有賴于我國木結構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，加強各規(guī) 范間的聯(lián)系和協(xié)作。例如現(xiàn)行木結構設計類規(guī)范中關于原木、方木、規(guī)格材的定級標準、樹種識別，甚至層板膠合木的組坯方式等規(guī)定，宜由相應的木產品標準作 出；現(xiàn)行木結構工程施工質量驗收規(guī)范中關于膠合木工廠生產的許多規(guī)定也宜放到相應的木產品標準中；制定技術標準，需要深入學習和了解國際先進技術，并與我 國國情相結合，使技術標準本土化、可執(zhí)行。