綠色建筑新常態——木結構的新使命

 

作者：陳蕾

【摘要】發展綠色建筑是世界未來發展的必然趨勢 氣候發暖、能源短缺是迄今人類所遇到的最大范圍的公共危機。而木結構是能夠體現綠色建筑的一種常見形式，因此我們需要重新認識木結構建筑。本文從國際國內背景、低碳環保、綠色材料再生特點、結構安全及多元化的結構形式，分析論述木結構建筑的主要特征及在我國的發展前景和實際運用形式。

【關鍵詞】節能；環保；綠色建筑；發展空間

一、發展綠色建筑的必要性和迫切性

隨著全球經濟的持續增長，建筑及其運行的資源消耗和環境負擔日益嚴重，人們對健康、環境與經濟之間關系的認知不斷提高，減少建筑能源消耗和污染排放，節約資源，保護環境，實現建筑與自然的和諧共存，已成為我們面臨的深刻課題，發展低碳經濟、綠色經濟已是大勢所趨。同時建設生態文明是關系人民福祉，關乎民族未來的長遠大計。黨的“十八大”報告首次把生態文明建設寫入黨章，并明確提出要加快“綠色發展、低碳發展，循環發展”，建設“美麗中國”。國務院辦公廳以國辦發2013（1）號文件的形式轉發了國家發改委、住建部《綠色建筑行動綱要》，為我國綠色建筑發展指明了方向。因此按照綠色低碳等先進理念，高起點規劃，高水平建設城市刻不容緩。

二、木結構建筑的綠色特點

從全球范圍來看，木結構建筑具有低碳、環保、節能等諸多優點，為營造綠色建筑、健康住宅而選擇木結構的建筑正受到越來越多的開發商、建筑師的青睞，無論是我國傳統的木結構建筑，還是北美、歐洲等廣泛使用的現代木結構建筑，無不印證木結構建筑在人類生活中的重要性。在所有的主要建材中，木材是唯一可以再生的建材，在能耗、溫室氣體、空氣和水污染以及生態資源開采方面，木結構的環保性大大優于磚混結構和鋼結構。

1、節能保溫性能

我國現有近400億m²建筑中，98％為高耗能建筑。比較同等單位材料的加工能耗，鋼材是木材的191倍，水泥是木材的5倍。如果用木結構建筑替代鋼結構建筑，在建造階段，將節省27．75％的能源和39．2％的水；替代混凝土結構建筑，可節省45．24％的能源和46．17％的水。此外，木材是天然的隔熱材料，保溫性能優異，其隔熱值比混凝土高16倍，熱阻值是鋼材的400倍。在相同的外界條件和室內熱環境條件下，木結構墻體的傳熱量明顯低于鋼混結構墻體，節能效果更明顯。鋼混結構建筑要達到與木結構建筑相同的節能效果，必須使用更多的保溫材料或加厚墻體。

2、 環保性能

2.1 碳排放量最少

鋼材和水泥是傳統建筑的主要用材，也是環境污染物排放的重要來源。據計算，建筑業排放的C0₂占全國碳排放總量的比例高達36％，建筑業的迅猛發展，更加劇了全球氣候變暖。但是，不同建筑材料的碳排放量差異很大，研究不同建筑材料的碳排放，對發展低碳建筑和整個社會的減排意義重大。樹木在成長為木材的過程中，經過光合作用，每生長1 m³木材能吸收約1 t的C0₂，并釋放0．75 t的0₂。木材產品固定的碳量，比其在生產和使用過程中釋放的碳量更多，是唯一的“負碳”型材料。對于相似結構的建筑，木結構建筑在生命周期內的碳排放最少，溫室氣體排放量遠低于鋼結構建筑和磚混結構建筑。

2.2 環境污染最小

不同結構形式的建筑對環境的破壞程度不同。鋼結構建筑的空氣污染指數是木結構建筑的1．44倍，水污染指數是木結構的120倍，產生的廢料是木結構的1．37倍。清華大學國際工程項目管理研究院等把資源消耗和生態破壞層面的環境影響，劃分為：氣候變暖、臭氧層破壞、酸化、水體懸浮物、水資源消耗、化石能消耗等12種類型，在考慮社會支付意愿的基礎上，構建各種類型環境影響的權重系統，對不同結構形式建筑的主要建材的環境影響進行了加權評估，結果顯示：就單位建筑面積的環境影響潛力而言，木結構最小(148．87元／m²)，混凝土結構次之(150．13元／m²)，鋼結構建筑最高(161．92元／m²)；而對生態系統的破壞程度，鋼結構最嚴重(134．68元／m²)，混凝土結構次之(120．46元／m²)，木結構最輕(106。23元／m²)。因此，開發木結構建筑，將具有更高的環境效益。

3、可再生性

一直以來，人們對木結構建筑的應用存在誤區，認為我國沒有足夠的森林資源，利用木材就是破壞森林資源，破壞生態環境。其實不然，在所有的建筑材料中，木材是唯一可再生的資源，只要能做到森林資源的科學管理，并加以合理利用，就可以源源不斷地從森林中獲得建筑材料。發展木結構建筑，不但可以促進森林的再生和森林資源的增長，有助于森林的可持續開發，而且可以激發全社會的造林積極性。歐洲等發達國家木結構建筑的發展已有百年歷史，其森林資源不但沒有減少反而逐步增加的事實，就是最好的例證。

三、木結構建筑結構及施工特點

1、抗震性能

建筑的抗震性能主要取決于建筑材料。木結構建筑的抗震性能優于其他任何形式的結構，體現在：

（1）木材密度小，木結構建筑重量輕，地震發生時吸收的地震力小；（2）構件間連接具有柔性，可承受較大荷載，并允許產生一定變形，吸收一定的地震能量；（3）韌性大，對瞬間沖擊載荷和周期性疲勞破壞，有較強的抵抗能力，不易和地基發生共振，具有墻倒屋不塌的特征。因而能夠降低次生災害的危險，有效地減輕地震發生時人員的傷亡。

2、防火安全性

事實證明，木結構建筑的防火安全性能與材料本身的燃燒性能關系不大，而是取決于建筑中整個構件的燃燒性能，尤其是屋頂、墻壁和地板等構件。實際應用時，木結構建筑構件的內側會使用防火石膏板覆面，龍骨空腔內填充不可燃的礦物纖維保溫材料，以增強其耐火極限。木結構建筑的木構件經過上述阻燃處理具有炭化效應，因此，木結構建筑的防火性能甚至優于磚混結構建筑。火災發生時，木材表面的炭化層可以阻礙火勢蔓延，為營救和逃生爭取寶貴時間。

3、舒適性

木材是一種天然的材料，能給人親切、自然的感覺，能營造溫馨而舒適的氛圍。 特別在幼兒園、中小學非常具有親和力。

4、施工周期

木結構建筑大量構件可以實現工廠預制成型，方便工地現場裝配，施工基本不受氣候的影響，施工周期只需同等規模混凝土結構建筑的1／3～1／2。一幢三層別墅包含裝修在內的建造周期只需2～3個月，且施工強度降低，勞動力成本節省。木構件和連接件分工分類，標準件統一尺寸，梁、柱等構件種類少。標準件適合工業化，使得現代木結構建筑可以實現集成性和預制性，逐步做到產品標準化、供應系列化、生產工廠化和施工裝配化。生產加工的技術進步，大大推動了木結構建筑的發展，同時也可助力我國住宅產業化水平的提升以及新型建筑工業化的推廣。

通過與鋼筋混凝土、鋼材這兩種最常見的建筑材料的比較，木結構建筑在環保經濟等方面具有不可逾越的優勢。因此，在經濟高速發達的今天，古老的木結構又重新回歸人類的視線，并占據越來越重要的地位。

四、現代木結構的建筑形式

    現代木結構建筑的形式，可分為重型木結構建筑和輕型木結構建筑兩類。木結構建筑形式包括但不限于六層全木結構民用建筑或住宅、木結構－混凝土混合結構配以木骨架組合填充外墻、木質非承重內分隔墻、木桁架屋蓋系統與木結構組合樓蓋系統等在實際工程中均有體現。木和鋼、混凝土的協調性好，裝飾效果強。如倫敦奧運會自行車館案例，其主結構為鋼結構，外墻用加拿大棕紅色耐腐木材包裹，既美觀耐用，又實現了低碳、可持續的發展理念；值得一提的是在溫哥華珀西諾曼水上運動中心，其特點是實木屋頂，它穩固著橫跨游泳池的主區域43米長的花旗松膠合木梁，同時木結構也避免了消毒水容易腐蝕鋼結構的缺點。結合我國的國情木結構在大中城市，可發展混合木結構、平改坡工程及大型公共建筑、休閑會所、旅游度假酒店等；而隨著新農村建設和城鎮化進程推進，尤其是地震多發地區房屋改建工程，亦為木結構建筑的推廣和應用提供了良好契機。在我國目前大量新建綠色建筑的熱潮下，對眾多舊建筑的改造相比拆除重建更加可持續，木結構可以加固，木結構的節點連接從傳統的榫卯發展到現在的金屬連接：如鋼板、螺栓、植筋等等，也非常值得我們借鑒與學習。

倫敦奧運會自行車館

 

溫哥華珀西諾曼水上運動中心

五、結構設計專業的新使命

木結構肩負的新使命也賦予了結構設計師們新使命，如何在實際的設計工作中突出“綠色”的特征是值得我們思考和探討的。結構工程師不應局限于受力分析設計斷面．決定配筋．構造措施這么簡單的力學數學計算，把“綠色建筑”的推廣簡單地視為規劃師、建筑師、環境師的職責是一種狹隘的想法，并且一定要摒棄“結構設計就是依著建筑設計師畫瓢的傳統思想”。應該主動和業主，建筑師，設備電氣工程師探討和宣傳綠色建筑理念。比如在可以用木結構設計的工程中大膽使用，合理設計，平時也需要多學習，多交流，多參觀，多總結提高自身在木結構等綠色建筑方面的設計能力。在平時常用結構形式的設計過程中精打細算，開展優化設計，綜合考慮結構、地基、抗震、防火等安全可靠的指標體系。科學準確，實事求是地預測今后若干年可能出現的情況和所采用的超前設計，新技術、新產品，這些都是綠色建筑的基本內涵。結構設計師應當在日常的設計過程中樹立起綠色建筑的理念，并在工程分析中堅持自已的綠色倡導。

六、結論

通過前面的分析和木結構建筑的實際使用情況表明，可見木結構建筑的發展空間是無限廣闊的。木結構建筑在使用舒適度、外觀造型、建設和使用周期、能耗等方面均優于混凝土結構建筑．同時木結構具有低碳環保、節能保溫、抗震安全、建造迅速等特征優勢，符合國家節能減排戰略和綠色節能建筑產業化政策，是我國綠色建筑發展中的戰略性新興產業，能充分體現生態、節能、環保的先進理念。北美、歐洲、日本等國的低層建筑都采用木結構，隨著我國城鎮化進程加快，從量的簡單增長轉向質的提升，把城鎮發展質量、品位、內涵、特色放在首位，提高城市的內涵與品位，科學規劃城市空間形態，發展“多中心”而非“同心圓”式的大城市空間布局，將對推動木結構建筑在低層住宅中的發展起到至關重要的作用。

相信通過各方的通力合作與溝通，不遠的將來，我們會看到綠色、低碳設計能夠更加理性地“綠色”，并真正服務于人。

參考文獻：

1、婁萬里，任海青 木結構建筑的特征及在我國的發展前景 木材工業 2015

2、王培斌 木結構建筑的發展與綠色建筑 沈陽工程學院學報 2014

3、李亞冬 節能環保重識結構建筑 大江周刊．論壇2011

 

[作者簡介：]

陳蕾，女，學士學位，高級結構工程師，現在江蘇省城市規劃設計研究院從事結構設計。