浅析现代木结构建筑的优势

提到“木结构建筑”大多数人会想到中国传统的梁柱式木构架建筑，这种建筑结构形式已经被认可和广泛使用。中国是最早使用木结构建筑的国家之一，对传统木结构建筑有着很多的经验，但由于传统木结构建筑存在的防火、防潮、防虫等方面的致命缺陷，使得传统木结构建筑的发展受到很大限制，已至今日传统的一些工艺、方法都很少为人所熟悉了。近年来，现代木结构建筑在北美国家不断被研究和开发，在抗震、防潮、防火、保温等方面进行了改进，提升了木结构建筑的品质。木结构建筑更加宜居，生产过程无污染或少污染，能将碳以木料的形式固化下来为低碳环保做出了贡献。木结构的优越性明显，今后必会获得长足的发展。下面我们就谈谈现代木结构建筑的优势及各方面性能： 1. 固碳，形成碳汇

木材产品在生产过程中消耗的能量远低于混凝土和钢材，更重要的是木材产品是唯一可再生的资源。木材的经济意义对材业的可持续发展，对采伐后的后续工作包括次生材开发和新材地的种植均有积极意义。生长1立方米木材可吸收约1吨二氧化碳，释放3/4氧气，二氧化碳以碳的形式储存在树木中 生长活跃的幼木林比成熟林木能吸收更多二氧化碳。

2.节能

木材十分轻巧，易于在现场施工，且木材在运输过程中消耗的能源也较少；现代木结构建筑可以实现工厂预制，现场装配，这不仅有利于建筑工业化的实现，而且可以减少一部分因现场施工带来的噪音、废弃、废水、固体废弃物等的排放；现代木结构建筑自重轻，可以减少基础施工的用材量；另外现代木结构进过改进其优异的保温、隔热性能使建筑在运行过程中大大降低了能耗。

清华大学和北京工业大学共同开展了一项研究，对同一栋建筑分别使用木、钢材和混凝土在50年使用寿命内的生命周期做了比较。该研究着重分析了三种建筑材料的生产阶段和建筑物的试用阶段整栋建筑采用的能源和材料，以及产生的废气、废水和有害固体废弃物的排放。

研究结果显示，木结构建筑在整个生命周期内比钢或混凝土建筑节能约

25%。研究表明，与建筑在长期使用过程中消耗的能源相比，建筑材料本身在生产阶段所消耗的能源也是至关重要的。此外，改善建筑的保温隔热、气密性能及采取其他节能措施也能提高建筑物的节能性能。

3.保温隔音

木结构别墅墙体内装有大面积的保温隔音材料——玻璃棉。选择玻璃棉代替传统的矿物岩棉，使保温隔音效果更加明显。经国家权威部门检测，同样厚度的玻璃棉，其保温效果是矿物岩棉的1.5倍，是混凝土的8~12倍；降噪吸声效果是矿物岩棉的1.2倍，是混凝土的4倍。经实际检测，采用玻璃棉的木结构别墅，当室外温度在-15℃时，不采用任何取暖方式，居住者也不会感到十分寒冷；50mm厚的玻璃棉可以降低噪音50分贝。各种中空玻璃窗户的选用，更确保了保温隔音效果，创造了静谧温馨的居住空间。 具加拿大木业专家介绍，木结构建筑保温如采用喷涂式保温材料，因其可以降低因材料接缝导致的热量流失；在隔声方面，如果在两个墙体之家留25mm以上的空隙，内部填充喷涂式隔音棉或喷涂式隔音棉与玻璃纤维棉共同使用，外部覆面板用OSB板与双层12-15mm厚防火石膏板，再在墙体中间增加一道消声管道，如此做成的墙体隔声等级可达到65-70，甚至更高的隔声等级，消声管道的增加可使墙体隔声等级增加10个点左右。

4.防火

提到木建筑防火，中国大量传统木建筑的毁灭和消失，使人们对木结构建筑在抵抗防火方面的性能在内心产生了阴影。随着时代的发展，技术的进步，现代木结构在防火方面做了很大改进，并且已经形成了一套完整的体系。我们先看看木材材料本身的火灾表现： 木材遇火形成炭化层，对内部的木材起到了一定的隔离作用；炭化层推进速度缓慢而且稳定，速度0.65毫米/分钟（3.9厘米/小时）；木结构构件虽然是可燃材料，但其耐火极限却比普通钢结构构件高很多。大尺寸的木结构构件在耐火方面时间更长。

再来看看现代轻木框架的火灾应对和防范措施：现代木结构建筑在覆面OSB板外面增加双层防火石膏板，用以阻隔火灾对木结构的破坏，实验表明，增加12-15MM厚的防火石膏板在曝火时间183min的情况下比相同厚度的普通石膏板耐火表现好很多；采用双面单层15mm或双面双层12mm的防火石膏板，可以到达1小时的耐火极限，能满足我国木结构建筑墙体非承重墙、承重墙、外墙的的耐火极限要求；另外现代木结构在防火墙方面采用砖混或钢混结构的不燃烧

体，以使建筑性能能满足我国建筑规范必须使用不然体，3小时耐火极限的要求；在墙体和楼梯中，楼板、吊顶和屋顶之间分别设置竖向和水平挡火构件，防止火焰和烟气通过墙体、楼板和吊顶或屋顶下的密闭空间进行传播；在两栋建筑之间根据建筑性质的不同设置符合规范要求的防火间距；对于管道会设置防火套管，灯具等的开孔处用防火石膏板覆面，喷淋管道做保温处理，保护喷淋系统免受冰冻，管道、电气线路与墙体、楼板之间的缝隙，采用防火封堵材料将其填塞密实，等等这些是现代木结构建筑在细部节点方面所做的防火处理；在公共和商用建筑内，同样采取喷淋、烟感、消防通道、应急照明等等一系列的消防措施来确保将火灾发生后的受灾程度降到最低。

现代木结构体系采取的以上防火措施，完全符合我国木结构建筑防火的要求和规范，甚至在细节方面处理更好更到位，防火级别也更高。 下图为现代木结构建筑体系西部节点的防火处理详解：

5. 防潮、防腐

木材的受潮和腐蚀在一定程度上是分不开的，这些都与水是分不开的，木材与水不能相容，必须将两者隔离开，木材受潮后在含水率超过20%后容易引起真菌的产生，而在含水率低于19%的情况下不易形成，虫子就不能存活。而用来建造美式木屋的木材的平均含水率只有17％，并且在地基处使用屏障系统——防腐材料来阻隔白蚁的入侵，还在窗户上下方、门上方以及外墙体下方都安装防虫网，以及采用防腐剂对木材进行防腐处理，得到防腐木材，令你的家居远离这些小虫的侵扰。再加上严格、独特的施工技术能保证建筑材料的干燥，用高科技“呼吸薄膜”包裹木结构别墅的外表面，形成幕墙，使结构中的湿气能顺利排出，又避免外界的雨水不能侵入内部结构。使木结构成为既能有效防潮、结构本身又能透气的房子。采用石膏板装修别墅内墙可较好地保持室内的常年恒湿，防止多雨水天室内经常出现的墙和地面的“结露”出水现象。

6.抗震和耐久

轻型木结构建筑在地震多发区，特别在强烈地震发生时，抗震性能优异，这一点已通过对日本神户大地震和中国汶川大地震进行的震后调查，得到了印证。另外，通过将木结构在实验室振动台进行地震模拟测试，也得出同样的结论。

在中低层建筑和小型商业建筑的结构中，使用木材而非传统的混凝土和砖体作为结构材料，可以使人对建筑安全再无隐忧，并能大大减少高成本的灾后重建工作。

木材强度高、质轻而有弹性。木结构建筑在抵抗地震荷载和将荷载传递至基础两方面均非常有效。木结构自重只有混凝土建筑的10%-12%，可大大降低来自上方垮塌物的重量。

木结构各构件均具有弹性，可在地震发生时通过短暂的变形和受力转向将地震荷载吸收，而自身并不发生折断、垮塌或松脱。竖向和横向荷载由无数规格材构件、结构覆面板及其紧固件和连接件共同分担。

对于木结构建筑的耐久性，只要合理施工和建筑，北美木结构的别墅是现代房屋结构中最经久耐用的结构之一。能历经数代人居住而使用状况良好。木结构在规定的设计使用年限内具有足够的可靠度，普通房屋和一般构筑物设计使用年限为50年，纪念性建筑物和特别重要建筑结构为100年及以上，实践证明，国外很多木结构建筑在使用一两百年后结构功能依然完好。中国北京的故宫等皇家木结构和砖木结构建筑亦经历数百年，以及山西大同的应县木塔、天津蓟县的独乐寺都是很好的证明。

7.施工迅速

现代木结构建筑可以在工厂或施工现场进行不同程度的预制，如桁架、橱柜和楼梯可以在车间里完成；从整个建筑来讲，整栋房屋中的面板部分或者可模块化生产的部分，均可在工厂化环境中生产装配，然后运到工地搭建、装配；施工现场无重型机械，冬季无湿作业等都使现代木结构建筑施工速度大大提高。

8.造价低

现代木结构建筑构建适合工厂化生产，现场施工效率高，施工周期快，是同类混凝土结构的2|3，成本低，资金周转快。以277㎡独栋住宅为例，现代木结构建筑为105天，混凝土建筑为144天。另外现代木结构建筑重量轻，墙体自重为混凝土的1|10，楼板及屋盖板为混凝土建筑的1|8，对地基要求低，既降低成本又有利于抗震。

以上内容为大家总结了现代木结构建筑体系的各方面性能和优势，但任何一种建筑形式都不是完美的，随着社会的发展，我们在不断探索更有利于环境的，对环境影响最小和使居住着更舒适的建筑体系，现代木结构建筑无疑是一个较好的选择，但由于我国规范对木结构建筑层数的限制导致现代木结构建筑的发展受到限制。从技术上来说，现代木结构建筑可以建到9层，而利用现代工程木材料，如交错层积材CLT可以将木结构建筑建造到30层。相信随着技术的深入发展和人们对现代木结构建筑认识和了解的加深，规范的调整指日可待。

各对木结构建筑层数的要求

以上内容由TGT北京图建达低碳建筑工程设计有限公司“低碳研究团队”搜集整理。