2016年大连理工毕业论文--浅谈现代木结构建筑及其在中国的发展状

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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）

题 目：浅谈现代木结构建筑及其在中国的发展状况

完成日期： 2016年 6月15日

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浅谈现代木结构建筑及其在中国的发展状况

内容摘要

木结构建筑从结构形式上分，一般分为轻型木结构和重型木结构，主要结构构件均采用实木锯材或工程木产品。木结构建筑有着施工简易、设计灵活、保温隔热性能好、防潮防虫性好、抗震性好等诸多优点。木材是世界公认的环保建材。中国有着几千年的木结构建筑历史，但在今天，木结构建筑的应用几乎成为空白。环顾四周发达国家，小到住宅，大到大型体育场，木结构都有广泛应用。为何拥有如此多优点的木结构建筑在当代中国的却没有很好的发展？本文从木结构建筑在中国古代与当代、国内与国外的发展对比，探讨木结构建筑在当代中国的发展前景。

关键词：木结构建筑；建筑木材；中国木结构建筑发展。

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浅谈现代木结构建筑及其在中国的发展状况

目 录

内容摘要 ........................................................................................................................... I 引 言 .............................................................................................................................. 1 1 现代木结构建筑的种类和用材 ................................................................................ 2

1.1 现代木结构建筑的种类 ................................................................................. 2

1.1.1 普通木结构 .......................................................................................... 2 1.1.2 胶合木结构 .......................................................................................... 3 1.1.3 轻型木结构 .......................................................................................... 5 1.2 现代木结构建筑的用材 ................................................................................. 9

1.2.1 原木、锯材（方木、板材、规格材） .............................................. 9 1.2.2 胶合材 ................................................................................................ 14

2 木结构建筑的特点 .................................................................................................. 19

2.1 抗震耐久、防虫防潮 ................................................................................... 19 2.2 设计灵活，使用率高 ................................................................................... 20 2.3 环保节能，保温隔音 ................................................................................... 20 2.4 冬暖夏凉，采光性好、外观美雅，自然亲和 ........................................... 20 2.5 施工周期短 ................................................................................................... 21 3 现代木结构建筑在中国的发展状况及原因分析 .................................................. 22

3.1 现代木结构建筑在中国的发展状况 ........................................................... 22

3.1.1中国发展现代木结构建筑现状 ........................................................... 22 3.1.2木结构建筑类型本土化、多样化、现代化 ....................................... 23 3.1.3接受人群层次、范围不断扩大 ........................................................... 23 3.2 影响现代木结构建筑在中国发展的因素 ................................................... 24

3.2.1 房地产市场因素 ................................................................................ 24 3.2.2 原材料资源因素 ................................................................................ 25 3.2.3 技术因素 ............................................................................................ 25 3.2.4木结构建筑环境学特性 ....................................................................... 25 3.2.5 建筑及运行成本 ................................................................................ 26 3.2.6 社会文化因素 ...................................................................................... 26

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浅谈现代木结构建筑及其在中国的发展状况

4 中国现代木结构建筑发展展望 .............................................................................. 27

4.1木结构建筑的应用领域 ................................................................................... 27 4.2设计人才尚属行业短板 ................................................................................... 27 5 结语 .......................................................................................................................... 29 参考文献 ........................................................................................................................ 30

III

浅谈现代木结构建筑及其在中国的发展状况

引 言

2008年5月12日，我国四川省发生里氏8.0级的大地震，据民政部报告，截至2008年9月25日12时，四川汶川地震已确认69227人遇难，374643人受伤，失踪17923人；

2011年3月11日，日本本州岛海域发生里氏9.0级大地震，日本官方已确认地震海啸已造成8133人死亡（2011年03月20日），失踪12272人。而这其中，大部分人死于海啸。

对比之下，让人不禁要问为何我国伤亡人数比日本多出这么多。诚然，日本是多地震国家，其公众的灾难意识很强。但其中有一个绝不容忽视的原因就是他们的建筑物抗震等级很高。

5·12四川汶川大地震，以及其与日本本州岛海域地震的对比，惨痛的现实使人们对住宅建筑的安全、坚固、抗震能力提出明确的要求。由此也引发了中国建筑业对节能抗震的“木结构”的重新发现。

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浅谈现代木结构建筑及其在中国的发展状况

1 现代木结构建筑的种类和用材

木材是人类认识和使用较早的建筑材料之一。木结构建筑是指单纯由木材或主要由木材承受荷载的建筑。现代木结构建筑与古代木结构建筑有着本质的区别。现代木结构建筑是指以各种木质人造板材或经过处理的原木、锯木为建筑的结构材料，以木质或其他建材为填充材，并以木构件或钢构件为连接材料建造的房屋。这些经过加工、处理的再生木质人造板材可以直接替代天然原木使用，其结构性能以及防腐、防火性能却远远优于天然原木。

木材作为建筑材料具有重量轻、强度高、美观、加工性好等特点, 现代木结构建筑在世界上许多国家应用已很普遍。尤其伴随着现代科技和计算机产业的发展，木结构从取材、加工、设计、安装均融入科技成分，现代木结构建筑已成为传统营造概念和现代科技的完美结合物。在北美,木结构住宅处于市场的主导地位，2000年美国新建独户别墅约111. 4万幢, 其中90 %采用木结构，在33万幢多层住宅中，27.5万幢采用了木结构；在加拿大，木材工业是国家支柱产业之一，其中木结构住宅的工业化、标准化和配套安装技术非常成熟。在亚洲的日本,大量的住宅是利用木材、胶合木和水泥刨花板建造的。目前，日本新建的住宅房屋中，有半数以上是木结构。在北欧的芬兰和瑞典,居住房的90 %为一层或二层的木结构建筑。除大量的住宅建筑外，木结构建筑还被广泛应用于建造厂房、学校、旅馆、体育馆等公共建筑。在现代西方许多优秀的木结构建筑范例中,建筑师充分利用木材的特性,创造出了丰富的空间概念和建筑形态,令人回味无穷。

1.1 现代木结构建筑的种类

根据标准建筑规范，按照木构件的大小轻重，木结构建筑可以分为三种类型:轻型木框架建筑，普通木框架建筑，重型木结构建筑。重型木结构建筑包括胶合木结构、原木结构等。现代木结构主要采用普通木结构、胶合木结构和轻型木结构。

1.1.1 普通木结构

普通木结构指承重构件采用方木或原木制作的单层或多层木结构。为了保证木结构的 正常工作和延长结构的使用年限，并收到良好的技术经济效果，普通木结构设计应符合下列规定：

1、木材宜用于结构的受压或受弯构件，对于在干燥过程中容易翘裂的树种木材（如 落叶松、云南松等），当用作桁架时，宜采用钢下弦；若采用木下弦，对

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于原木，其跨度不 宜大于15m，对于方木不应大于12m，且应采取有效防止裂缝危害的措施。

2、木屋盖宜采用外排水，若必须采用内排水时，不应采用木制天沟。 3、必须采取通风和防潮措施，以防木材腐朽和虫蛀。 4、合理地减少构件截面的规格，以符合工业化生产的要求。

5、应保证木结构特别是钢木桁架在运输和安装过程中的强度、刚度和稳定性，必要 时在应在施工图中提出注意事项。

6、地震区设计木结构，在构造上应加强构件之间、结构与支承物之间的连接，特别 是刚度差别较大的两部分或两个构件（如桁架与柱、檩条与桁架、木柱与基础等）之间的 连接必须安全可靠。

7、在可能造成风灾的台风地区和山区风口地段，木结构的设计，应采取有效措施， 以加强建筑物的抗风能力。尽量减小天窗的高度和跨度；采用短出檐或封闭出檐；瓦面（特 别在檐口处）宜加压砖或座灰；山墙采用硬山；檩条与桁架（或山墙）、桁架与墙（或柱）、 门窗框与墙体等的连接均应采取可靠锚固措施。

8、抗震设防烈度为8度和9度地区设计木结构建筑，根据需要，可采用隔震、消能 设计。

9、在结构的同一节点或接头中有两种或多种不同的连接方式时，计算时应只考虑一 种连接传递内力，不得考虑几种连接的共同工作。

10、杆系结构中的木构件，当有对称削弱时，其净截面面积不应小于构件毛截面面积 的50%；当有不对称削弱时，其净截面面积不应小于构件毛截面面积的60%。 在受弯构件的受拉边，不得打孔或开设缺口。 1.1.2 胶合木结构

胶合木结构是指用胶粘方法将木料或木料与胶合板拼接成尺寸与形状符合要求而又具有整体木材效能的构件和结构。

胶合木结构于1907年首先在德国问世，至40年代中期已发展成为现代木结构的一个重要分支。广泛应用于各种工程上。中国第一座胶合木结构的房屋于1957年在北京建成，随后也在其他工程结构上得到一定的发展和应用。

胶合板可分为层板胶合结构和胶合板胶合结构

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层板胶合结构

用木板或小方木重叠胶合成矩形、工字形或其他截面形式的构件及由

之组成的结构。层板胶合的优点不仅可以小材大用、短材长用，而且还可将不同等级（或树种）的木

料配置在不同的受力部位，做到量材适用，提高木材的利用率。但这种构件在少量生产的情况下，其价格要比普通木料高，只有在成批生产或大量利用废料时才能收到良好的技术经济效果。

胶合板结构

用胶合板为镶板、普通木材或胶合木为骨架的胶合结构。按胶合板受力状态的不同分为两类：

一类是以胶合板主要承受剪切应力的结构，如工字形和箱形截面的梁、拱和框架及褶板。

另一类是以胶合板主要承受正应力的结构，如屋面板、墙板、壳体和管结构等。

的抗菌性和耐

胶合板的优点在于板面宽大，而又具有较好的匀质性。因此，适应性强，用作承重结构，容易满足建筑设计的要求，但结构用胶合板比一般装修用胶合板的质量要求高，要有特定的质量标准。胶合

木结构的强度和耐久性在很大程度上取决于胶合质量。要按专门的规定进行设计。因此，在设计与制造上要对胶的选择、木材的拼接构造以及胶合工艺条件等提出专门的技术要求。

宜按材料的具体情况设计，一般要求在不致引起胶缝内应力过大的条件下应尽量使用厚板胶合，以减少木料的加工损耗和用胶量 。直线形构件的板厚以3～

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4厘米为宜，弧形构件还应不大于其曲率半9径的1/300。短料接长以采用手指相互插接的指接最能充分利用木材。但在构件受拉力很大的部位，则应采用斜率为1/10的斜搭接，以保证重要接头传力的可靠性。相邻两层板的接头位置应适当错开，且不可顺一方向布置成阶梯形，以免影响构件受力。

胶合板的拼接主要是在不同的受力区段使用不同等级的胶合板。因此，要按专门的规定进行设计。

用于胶合的木材，其含水率应不大于15%，胶合面应予刨光，以使胶缝密合，胶液渗透顺畅。为了保证胶粘质量，每批胶要经强度检验合格后方可使用。同时，还应注意每种胶的使用条件，如酚醛树脂胶要在16°C以上的气温中方能保持其正常的性能。

木料涂胶叠合后，须加压养护至胶液完全固化。适宜的压力为0.3～0.5兆帕（指接时为1.0兆帕）,常温加压时间为24小时，卸压后继续养护24小时即可交付使用。如果提高室温或对胶缝施以微波加热，则加压养护时间可大为缩短，但需经试验确定。

符合上述条件制作的胶合木构件，可视为整体木构件进行计算。但由于胶合木构件可作成任意的截面形式和高度。因此,在计算中，尚应考虑上述因素的影响,以保证胶合木结构的必要刚度和侧向稳定性。 1.1.3 轻型木结构

轻型木结构是用规格材及木基结构板材或石膏板制作的木构架墙体、楼板和屋盖系统构成的单层或多层建筑结构。 轻型木结构建筑具有突出的技术特点，产品、构件工业化程度高、规格系列齐全，施工技术简单、施工质量易于控制、现场干法施工、建造速度快，结构整体性好，抗震优良，建筑造型容易实施，使建筑效果更加丰富多样。

目前，轻型木结构在世界上不少国家地区的住宅以及商业和工业项目中获得了广泛地应用。单在北美，约有85%的多层住宅和95% 的低层住宅采用轻型木结构体系。此外，还有约50%的低层商业建筑和公共建筑，如餐馆，学校，教堂，商店和办公楼等，都采用这种结构体系。

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轻型木结构体系，是将小截面构件按一定的间距等距离平行排列形成框架，然后在框架外根据受力需要，包上结构面板，形成建筑物的墙体，楼盖和屋盖等基本构件。整个结构体系就是由这些墙体，楼盖和屋盖构成的箱形建筑体系。作为一种高次超静定的结构体系，轻型木结构的结构强度通过主要结构构件（框架）和次要结构构件（墙面板，楼面板和屋面板）的共同作用得到。具体地说，是指用规格材及木基结构板材或石膏板制作的木构架墙体、楼板和屋盖系统构成的单层或多层建筑结构。轻型木结构建筑的基础通常为混凝土基础，一层楼板为木楼板或混凝土楼板，以一层楼板为平台建造一层墙体，然后以此类推。轻型木结构建筑在屋盖和墙体空间填充保温材料以达到良好的保温效果。屋面和墙面铺设防水材料以满足防水、防潮要求。轻型木结构建筑室内墙板采用石膏板以满足防火要求，外墙外侧面可选用涂料、挂板、贴砖等多种外饰面材料。轻型木结构框架采用小尺寸规格材料和锚钉连接，多条荷载传递通路使其具有较高的结构安全冗余度，在地震和强风作用下结构安全性能高。轻型木结构建筑在中国仅限于3层以下单户或多户式住宅，但在欧美国家常见于5至6层住宅。根据防火规范，轻型木结构应设置防火分区和选择满足耐火极限要求的构件。超过6层的轻型木结构建筑需要利用支撑墙以及连接不同构件的重型金属连接件来实现结构的安全要求。

当采用轻型木结构时，应满足当地自然环境和使用环境对建筑物的要求，并应采取可靠措施，防止木构件腐蚀或被虫蛀，确保结构达到预期的设计使用年限。噪声控制是多层轻型木结构必须考虑的一大因素，而现有技术能大大减少声音在楼板和墙体之间的传播。轻型木结构的平面布置宜规则，质量和刚度变化宜均匀。所有构件之间应有可靠的连接和必要的锚固、支撑，保证结构的承载力、刚度和良好的整体性。 历史上，轻型木结构分成两种，即全高框架式与平台框架式两种全高框架式轻型木结构主要用在20 世纪的早期，墙体框架构件在两层楼高范围内沿竖向连续。现在，这种结构除了在建筑物的局部采用外，已经不作为主要的结构形式了。从20 世纪后期开始，平台框架式轻型木结构主导了北美的住宅市场并广泛地用于商业和轻型工业建筑。这种轻型木结构的特点是每层楼盖作为一个平台，支承于下层的墙体上，该平台同时为上层墙体的施工提供工作面。现代的平台框架式轻型木结构与50 年前比较，在所用材料和施工方法上都有很大的不同。

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4 中国现代木结构建筑发展展望

迄今为止，轻型木结构建筑已具备了在国内推广的环境基础，相比之下市场环境领先于技术环境。随着人们思想意识的变化，木结构建筑在中国的推广应用前景广阔。木结构建筑的推广应用可以带动和促进一系列的产业发展，如林木加工处理、设备配件的生产、建筑设计技术的进步等，目前木结构房屋建造的材料、设备基本上依赖于进口，国内相关产业的发展既有机遇，更有挑战。

4.1木结构建筑的应用领域

木结构建筑及其构筑物在我国的应用领域较广，目前主要考虑下列方向发展： (1) 应用于长三角、珠三角（江苏、浙江、广东等）经济发达地区的新农村住宅、乡镇建设；

(2) 地震多发地区（如四川、青海、甘肃、辽宁等省区）的抗震木结构住宅建设；

(3) 风景旅游地区和最佳人居环境城市（海南、云南、苏州、扬州、大连等）的生态环保住宅和园林景观的亭、台、榭、廊、桥等建构筑物建设；

(4) 古木建筑的修缮与重建。我国有大量的古木建筑（如应县木塔、故宫、寺庙等），有的已是世界文化遗产，需要重点修缮和保护还有一些地方对过去因火灾、战争毁坏的古木建筑进行重建。

(5) 其他木结构建筑。如体育馆、会堂、影剧院、图书馆、学校、医院、幼儿园等公共建筑。在现代建筑中，利用木结构施工容易、材料轻的特点建造别具风格的异型楼顶，对上世纪70～90年代建造的平顶房进行平改坡的改造工程等。

木结构建筑在中国市场的未来是美好的。近10多年来，我国的建筑竣工面积一直居世界首位，随着我国经济的高速发展、住房理念的变化，混凝土结构长期独占我国建筑市场的的状态将被打破，一个混凝土结构、钢混结构、木结构三足鼎立的多元市场格局将逐步形成。结合我国建筑、文化、材料、技术等特点，中国一定会走出自己的木结构建筑发展之路。

4.2设计人才尚属行业短板

尽管木结构在技术和施工方面已日臻成熟，然而由于我国长期依赖于砖石混凝土等建筑材料，因此，在现代木结构建筑设计方面的专业人才相对匮乏。

国内木结构建筑企业最缺的是木结构建筑设计方面的专业人才以及相关的生产、施工技术，严重制约了木结构建筑企业的发展空间。目前的状况是一些企业

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没有专业设计人员，完全照搬北美或北欧的建造体系，受制如人；另一种是仅有效果图（从网上、资料而得），靠施工人员凭经验折腾，这种方式不可取，因为建筑必须安全第一，这种做法会给建筑留下很多隐患，也会扰乱木结构建筑市场。另外，由于国内缺乏大型构件的生产、成型技术，缺乏技术标准，使得在公共建筑中使用木结构严重受阻。

针对以上问题，国内已经引起了足够的重视，一些著名高校开始参与木结构建筑的研发工作，如同济大学、哈尔滨工业大学、东南大学等，还有少数林业高等院校正在招收培养本科人才。加拿大木业协会在此方面也做了大量的培训工作。希望在设计上尽可能探索出有中华文化底蕴和独特结构的中国现代木结构建筑模式，争取用5～10年在世界木结构建筑领域占有重要地位。

在生产技术上，早期尽可能引进国外的先进制造技术和产品，最终要打造出自己的产业和制造商。加快木结构建筑的本土化、国产化，以设计为主导，重点解决在结构材料和构件生产、施工建造等方面的技术。重视户内外胶粘剂和金属连接件的研究，开发出适合我国木结构建筑的设计软件，横向联合不同学科，对建筑材料、结构、室内外装饰进行全方位的攻关。有关主管部门则需尽快补充完善相关技术标准，特别是木质材料的物理力学性能指标，加速我国木结构建筑的发展进程。

目前阶段，我国现代木结构建筑设计人才还没有培养出来，设计几乎还是完全依靠国外设计机构，如加拿大、日本等国。而木结构建筑有很强的专业性和特殊性，设计师不仅需要掌握木结构建筑的风格和样式，还需要掌握大量的专业木材知识。据了解，我国建筑设计师大多对木材特性和要求缺乏相关了解，因而很难完成木结构建筑的规划设计。

建筑是体现当地环境、气候、风土人情以及居住习惯的产物，如果完全照搬其他国家和地区的设计，很难满足业主对个性需求和生活习惯的需要。因此，木结构行业的长期发展必须尽快弥补设计人才短板，加强专业人才贮备。据了解，同济大学已看中该产业在中国的发展前景，开始与加拿大林业协会展开合作交流，专门培养现代木结构建筑的专业设计人才，满足建筑材料多元化、低碳性的需求。想在建筑学专业有所建树的设计师团队和企业，应该看重这个细分市场的机会，通过互联网、木结构建筑设计技术培训班等渠道，尽快学习掌握木结构设计及相关技术，在新一轮建筑市场的竞争中，获得自己企业的一席之地。

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5 结语

通过以上对现代木结构建筑的种类和用材从木材、木结构建筑特点、现代木结构建筑在中国发展的因素、中国现代木结构建筑发展展望等方面简要分析，中国发展现代木结构是可行的、优势显著且前景广阔的。现代木结构建筑产业在中国的发展，不仅能给国家创造巨大的经济效益，增加就业渠道和岗位，改善居住环境，而且对全球应对气候变化和能源危机也将立下不可磨灭的贡献。新型木结构建筑在我国发展已有良好的开端，且发展迅速，相信顺应绿色、环保、节能、低碳时代潮流和理念的木结构建筑一定有更加美好灿烂的明天。

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参考文献

[1] 杨深.建筑七千年.天津:天津科技翻译出版公司,1990. [2] 侯幼彬.中国建筑美学.哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1997. [3] 王松勇.木质材料的居住性.台湾:中华民国木质构造建筑学会,1995. [4] 张完善,刘六.校园环境与学风建设.城市日报，2002年3月5日，第2版. [5] 中国建筑工业出版社.木结构设计手册（第3版）.

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