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牛宝体育王洁凝:中国发展现代木结构建筑的意义

  牛宝体育我国木结构建筑历史可以追溯到3500年前。山西省应县木塔距今近千年,历经多次地震而安然无恙;故宫的主殿太和殿是我国现存体形最大的木结构建筑之一,代表了我国木结构建筑的辉煌成就牛宝体育。进入二十一世纪后,我国开始逐步发展现代木结构建筑技术,木结构建筑进入新一轮发展阶段。

  2015年以来,倡导发展现代木结构建筑的政策导向逐渐明朗。《促进绿色建材生产和应用行动方案》、《中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》、《城市适应气候变化行动方案》等多个政策文件提出了发展木结构建筑的要求。刚刚以71号文的形式印发的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》明确了要“在具备条件的地方倡导发展现代木结构建筑”,“因地制宜发展装配式混凝土结构、钢结构和现代木结构等装配式建筑”。现代木结构建筑作为装配式建筑的重要类型之一,逐步进入公众视野。

  木结构建筑是指结构承重构件主要使用木材的一种建筑形式。结构材料主要包括原木、锯材、集成材、木基结构板材和结构复合材等工程木质材料。现代木结构建筑是指利用最新科技手段,将木材经过层压牛宝体育、胶合、金属连接等工艺处理,所构成的整体结构性能远超原木结构的现代木结构体系。发展现代木结构建筑有如下重要意义:

  相比水泥、钢材等高耗能材料,木材是大地生长的可再生资源,可循环利用、自然降解,能大幅减少因建筑拆除造成的大量固体废弃物,是能耗较低的建筑材料。木结构建筑在运行阶段的能效较低。根据中国建筑科学研究院和加拿大木业协会对天津某公寓项目的测算,设计相同的两栋多层公共建筑,木结构墙体比混凝土结构墙体的平均传热系数低38.1%。木结构建筑的全年累计热负荷比混凝土建筑低14.3%;木结构建筑的全年累计冷负荷比混凝土建筑高3.6%。同时,现代木结构建筑采取工厂预制、现场装配的生产方式,还能降低施工阶段能耗。

  木材的天然特性使得木结构建筑舒适性更高。一是木材及木制品具有调温调湿作用,木结构建筑的室内温湿度更适宜人类生活;二是木质材料具有良好的声学特性,木结构建筑的室内噪音较小;三是木材是多孔性材料,具有较强的各向异性,能够吸收紫外线减轻对人体的伤害,反射红外线使人产生温暖感;四是木制建筑装饰材料能够降低室内环境中有害物质的污染;五是部分木材的独特气味能够起到杀菌防虫的作用,有些还具有祛病健身的功效。可以说,木材具有其他材料无法比拟的微环境学特性,使其在营造温馨、舒适的人居环境和促进人体心理、生理健康方面比其他材料更具优势。

  随着现代建筑业的发展,木结构建筑所用材料质量和建筑工艺水平都有很大提高,使其更加具有木质材料的天然美感和较高的结构强度。除了体现木结构建筑的自然美观外,现代木结构的木质横梁的强度和耐久性通过先进工艺处理后,有了很大提高,使用寿命得到延长。从简单的桁条、脊背、地板梁和悬臂梁,甚至大型公用建筑屋顶系统都可以广泛使用胶合板、集成材作为原材料。

  在抗震性能方面,木结构重量轻、柔韧性好,能有效降低、吸收、消耗地震荷载。现代木结构建筑采用复合木材承重构件和金属连接件,提高了承载能力和连接强度,大大提高了原木的利用率和结构的物理力学性能,结构安全冗余度高,结构抗震性能好。在全世界范围内的多次大地震中,木结构建筑都表现出了良好的抗震性能,造成的人员伤亡较少。我国地震基本烈度在6度和6度以上地区的面积超过全部国土面积的2/3,抗震形势严峻。发展木结构建筑有利于减少地震等自然灾害给人民生命财产带来的损失。

  木材在生长过程中可以大量固碳,大面积的林地将在吸收二氧化碳、涵养水源,减少水土流失乃至调节气候等方面产生巨大的生态环境效益。根据住房和城乡建设部科技与产业化发展中心对某正交胶合木(CLT)项目的实测,470㎡的木结构办公建筑所使用的木材在生长阶段可固碳84920kg (木材生长过程中可以大量固碳,平均1立方米木材可吸收1吨二氧化碳)。由于现代木结构建筑施工阶段能耗低,相应的碳排放量也较小牛宝体育,同时还能够大大减少现场施工噪音和粉尘。

  备注:木材生长阶段是固碳的,因此碳排放量为负数;木制品建筑材料生产阶段的碳排放量主要包括从木材进厂到制成成品的全过程所消耗能量折算成的二氧化碳量;施工阶段的碳排放量主要包括施工机具和人员产生的二氧化碳排放量。

  现代木结构建筑中的大量构件可以在工厂生产,现场进行装配,能够较好地实现设计标准化、构件部品化、施工机械化和管理科学化,因此操作简单,质量可控,人工成本低;施工现场受气候变化的影响较小,四季都可以施工,施工进度快。此外,木结构建筑相关产业关联度高,拉动性强,现代木结构建筑的发展有助于促进木材加工、设计、生产、施工等整个产业链的整合,吸纳国内外优势资源,加强专业分工与合作,促进产业集聚和全产业链的优化升级。

  现代木结构建筑采用的木质材料不再以原木为主,而是大量使用人造板,减少了对天然森林资源的砍伐,加强了对森林生态的保护。现代木结构建筑对所需的木材要求不高,次生林、人工林和短生长周期树种,甚至废弃的枝桠材等(目前我国木材加工的出材率不高,但加拿大等发达国家木材出材率已达到70%左右),随着木材加工技术的发展,这些木材都能满足作为人造板原料的需求。这样不仅避免对自然森林的采伐,而且优化了木材作为可回收资源的建筑价值。因此,通过科学管理森林和合理使用木材,发展现代木结构建筑绝不会破坏森林资源,而是能够有效刺激林产业的快速发展。

  木结构建筑对木材需求数量巨大,通过以“用”促“养”,还能起到显著的拉动效应,为森林资源保护和林业经济发展提供更广阔的空间。第八次全国森林清查(2009-2013年)显示,我国森林面积2.08亿公顷,森林覆盖率21.63%,其中人工林0.6亿公顷,居世界第一,全国森林蓄积量已达151.37亿立方米。2002年启动的速生丰产林工程预计每年可提供木材1.4亿立方米。我国林业经过50年的发展,实现了森林面积和蓄积双增长,林业产业建设有了较大发展。一旦从“保护”走向“保护+利用”相结合,可以通过需求拉动林业经营积极性,带动从森林培育、林木生产、运输、加工、到建造、使用、维护各个阶段全产业链的植树、机械、化工(油漆、特种胶)、木材、建筑、装饰等行业的发展,增加林业综合效益,促进由传统林业向现代林业方向转变。

  目前发达国家的现代木结构建筑技术水平很高,我国与之还有一定的差距,因此有必要加大研究推广力度牛宝体育,形成现代木结构建筑的技术储备。

  发展现代木结构建筑,有助于通过现代技术提高木材利用率,提高木结构的物理力学性能,克服传统木结构易燃、易腐朽的缺陷,并做到防虫、防潮和防腐,拓宽现代木结构建筑的应用范围。此外,还将促使企业生产更多结构均匀、强度高、规格大、尺寸稳定等木结构产品,满足木结构建筑、桥梁、家具、室外景观材料等要求,使速生材达到高效利用并拓宽其应用领域,符合我国林业资源大径级、优质木材少,人工林比重大的国情。

  总之,木材是绿色、自然、可循环的建筑材料,木结构建筑具有能耗低、污染小,低碳固碳等特点。现阶段大力倡导和振兴发展现代木结构建筑,有助于节约资源能源牛宝体育,降低温室气体和污染物排放,促进建筑产业、林业产业转型升级,推动生态文明建设,是我国加强技术储备、与国际技术水平接轨的必由之路。