绿色建筑新常态——木结构的新使命

 

作者：陈蕾

【摘要】发展绿色建筑是世界未来发展的必然趋势 气候发暖、能源短缺是迄今人类所遇到的最大范围的公共危机。而木结构是能够体现绿色建筑的一种常见形式，因此我们需要重新认识木结构建筑。本文从国际国内背景、低碳环保、绿色材料再生特点、结构安全及多元化的结构形式，分析论述木结构建筑的主要特征及在我国的发展前景和实际运用形式。

【关键词】节能；环保；绿色建筑；发展空间

一、发展绿色建筑的必要性和迫切性

随着全球经济的持续增长，建筑及其运行的资源消耗和环境负担日益严重，人们对健康、环境与经济之间关系的认知不断提高，减少建筑能源消耗和污染排放，节约资源，保护环境，实现建筑与自然的和谐共存，已成为我们面临的深刻课题，发展低碳经济、绿色经济已是大势所趋。同时建设生态文明是关系人民福祉，关乎民族未来的长远大计。党的“十八大”报告首次把生态文明建设写入党章，并明确提出要加快“绿色发展、低碳发展，循环发展”，建设“美丽中国”。国务院办公厅以国办发2013（1）号文件的形式转发了国家发改委、住建部《绿色建筑行动纲要》，为我国绿色建筑发展指明了方向。因此按照绿色低碳等先进理念，高起点规划，高水平建设城市刻不容缓。

二、木结构建筑的绿色特点

从全球范围来看，木结构建筑具有低碳、环保、节能等诸多优点，为营造绿色建筑、健康住宅而选择木结构的建筑正受到越来越多的开发商、建筑师的青睐，无论是我国传统的木结构建筑，还是北美、欧洲等广泛使用的现代木结构建筑，无不印证木结构建筑在人类生活中的重要性。在所有的主要建材中，木材是唯一可以再生的建材，在能耗、温室气体、空气和水污染以及生态资源开采方面，木结构的环保性大大优于砖混结构和钢结构。

1、节能保温性能

我国现有近400亿m²建筑中，98％为高耗能建筑。比较同等单位材料的加工能耗，钢材是木材的191倍，水泥是木材的5倍。如果用木结构建筑替代钢结构建筑，在建造阶段，将节省27．75％的能源和39．2％的水；替代混凝土结构建筑，可节省45．24％的能源和46．17％的水。此外，木材是天然的隔热材料，保温性能优异，其隔热值比混凝土高16倍，热阻值是钢材的400倍。在相同的外界条件和室内热环境条件下，木结构墙体的传热量明显低于钢混结构墙体，节能效果更明显。钢混结构建筑要达到与木结构建筑相同的节能效果，必须使用更多的保温材料或加厚墙体。

2、 环保性能

2.1 碳排放量最少

钢材和水泥是传统建筑的主要用材，也是环境污染物排放的重要来源。据计算，建筑业排放的C0₂占全国碳排放总量的比例高达36％，建筑业的迅猛发展，更加剧了全球气候变暖。但是，不同建筑材料的碳排放量差异很大，研究不同建筑材料的碳排放，对发展低碳建筑和整个社会的减排意义重大。树木在成长为木材的过程中，经过光合作用，每生长1 m³木材能吸收约1 t的C0₂，并释放0．75 t的0₂。木材产品固定的碳量，比其在生产和使用过程中释放的碳量更多，是唯一的“负碳”型材料。对于相似结构的建筑，木结构建筑在生命周期内的碳排放最少，温室气体排放量远低于钢结构建筑和砖混结构建筑。

2.2 环境污染最小

不同结构形式的建筑对环境的破坏程度不同。钢结构建筑的空气污染指数是木结构建筑的1．44倍，水污染指数是木结构的120倍，产生的废料是木结构的1．37倍。清华大学国际工程项目管理研究院等把资源消耗和生态破坏层面的环境影响，划分为：气候变暖、臭氧层破坏、酸化、水体悬浮物、水资源消耗、化石能消耗等12种类型，在考虑社会支付意愿的基础上，构建各种类型环境影响的权重系统，对不同结构形式建筑的主要建材的环境影响进行了加权评估，结果显示：就单位建筑面积的环境影响潜力而言，木结构最小(148．87元／m²)，混凝土结构次之(150．13元／m²)，钢结构建筑最高(161．92元／m²)；而对生态系统的破坏程度，钢结构最严重(134．68元／m²)，混凝土结构次之(120．46元／m²)，木结构最轻(106。23元／m²)。因此，开发木结构建筑，将具有更高的环境效益。

3、可再生性

一直以来，人们对木结构建筑的应用存在误区，认为我国没有足够的森林资源，利用木材就是破坏森林资源，破坏生态环境。其实不然，在所有的建筑材料中，木材是唯一可再生的资源，只要能做到森林资源的科学管理，并加以合理利用，就可以源源不断地从森林中获得建筑材料。发展木结构建筑，不但可以促进森林的再生和森林资源的增长，有助于森林的可持续开发，而且可以激发全社会的造林积极性。欧洲等发达国家木结构建筑的发展已有百年历史，其森林资源不但没有减少反而逐步增加的事实，就是最好的例证。

三、木结构建筑结构及施工特点

1、抗震性能

建筑的抗震性能主要取决于建筑材料。木结构建筑的抗震性能优于其他任何形式的结构，体现在：

（1）木材密度小，木结构建筑重量轻，地震发生时吸收的地震力小；（2）构件间连接具有柔性，可承受较大荷载，并允许产生一定变形，吸收一定的地震能量；（3）韧性大，对瞬间冲击载荷和周期性疲劳破坏，有较强的抵抗能力，不易和地基发生共振，具有墙倒屋不塌的特征。因而能够降低次生灾害的危险，有效地减轻地震发生时人员的伤亡。

2、防火安全性

事实证明，木结构建筑的防火安全性能与材料本身的燃烧性能关系不大，而是取决于建筑中整个构件的燃烧性能，尤其是屋顶、墙壁和地板等构件。实际应用时，木结构建筑构件的内侧会使用防火石膏板覆面，龙骨空腔内填充不可燃的矿物纤维保温材料，以增强其耐火极限。木结构建筑的木构件经过上述阻燃处理具有炭化效应，因此，木结构建筑的防火性能甚至优于砖混结构建筑。火灾发生时，木材表面的炭化层可以阻碍火势蔓延，为营救和逃生争取宝贵时间。

3、舒适性

木材是一种天然的材料，能给人亲切、自然的感觉，能营造温馨而舒适的氛围。 特别在幼儿园、中小学非常具有亲和力。

4、施工周期

木结构建筑大量构件可以实现工厂预制成型，方便工地现场装配，施工基本不受气候的影响，施工周期只需同等规模混凝土结构建筑的1／3～1／2。一幢三层别墅包含装修在内的建造周期只需2～3个月，且施工强度降低，劳动力成本节省。木构件和连接件分工分类，标准件统一尺寸，梁、柱等构件种类少。标准件适合工业化，使得现代木结构建筑可以实现集成性和预制性，逐步做到产品标准化、供应系列化、生产工厂化和施工装配化。生产加工的技术进步，大大推动了木结构建筑的发展，同时也可助力我国住宅产业化水平的提升以及新型建筑工业化的推广。

通过与钢筋混凝土、钢材这两种最常见的建筑材料的比较，木结构建筑在环保经济等方面具有不可逾越的优势。因此，在经济高速发达的今天，古老的木结构又重新回归人类的视线，并占据越来越重要的地位。

四、现代木结构的建筑形式

    现代木结构建筑的形式，可分为重型木结构建筑和轻型木结构建筑两类。木结构建筑形式包括但不限于六层全木结构民用建筑或住宅、木结构－混凝土混合结构配以木骨架组合填充外墙、木质非承重内分隔墙、木桁架屋盖系统与木结构组合楼盖系统等在实际工程中均有体现。木和钢、混凝土的协调性好，装饰效果强。如伦敦奥运会自行车馆案例，其主结构为钢结构，外墙用加拿大棕红色耐腐木材包裹，既美观耐用，又实现了低碳、可持续的发展理念；值得一提的是在温哥华珀西诺曼水上运动中心，其特点是实木屋顶，它稳固着横跨游泳池的主区域43米长的花旗松胶合木梁，同时木结构也避免了消毒水容易腐蚀钢结构的缺点。结合我国的国情木结构在大中城市，可发展混合木结构、平改坡工程及大型公共建筑、休闲会所、旅游度假酒店等；而随着新农村建设和城镇化进程推进，尤其是地震多发地区房屋改建工程，亦为木结构建筑的推广和应用提供了良好契机。在我国目前大量新建绿色建筑的热潮下，对众多旧建筑的改造相比拆除重建更加可持续，木结构可以加固，木结构的节点连接从传统的榫卯发展到现在的金属连接：如钢板、螺栓、植筋等等，也非常值得我们借鉴与学习。

伦敦奥运会自行车馆

 

温哥华珀西诺曼水上运动中心

五、结构设计专业的新使命

木结构肩负的新使命也赋予了结构设计师们新使命，如何在实际的设计工作中突出“绿色”的特征是值得我们思考和探讨的。结构工程师不应局限于受力分析设计断面．决定配筋．构造措施这么简单的力学数学计算，把“绿色建筑”的推广简单地视为规划师、建筑师、环境师的职责是一种狭隘的想法，并且一定要摒弃“结构设计就是依着建筑设计师画瓢的传统思想”。应该主动和业主，建筑师，设备电气工程师探讨和宣传绿色建筑理念。比如在可以用木结构设计的工程中大胆使用，合理设计，平时也需要多学习，多交流，多参观，多总结提高自身在木结构等绿色建筑方面的设计能力。在平时常用结构形式的设计过程中精打细算，开展优化设计，综合考虑结构、地基、抗震、防火等安全可靠的指标体系。科学准确，实事求是地预测今后若干年可能出现的情况和所采用的超前设计，新技术、新产品，这些都是绿色建筑的基本内涵。结构设计师应当在日常的设计过程中树立起绿色建筑的理念，并在工程分析中坚持自已的绿色倡导。

六、结论

通过前面的分析和木结构建筑的实际使用情况表明，可见木结构建筑的发展空间是无限广阔的。木结构建筑在使用舒适度、外观造型、建设和使用周期、能耗等方面均优于混凝土结构建筑．同时木结构具有低碳环保、节能保温、抗震安全、建造迅速等特征优势，符合国家节能减排战略和绿色节能建筑产业化政策，是我国绿色建筑发展中的战略性新兴产业，能充分体现生态、节能、环保的先进理念。北美、欧洲、日本等国的低层建筑都采用木结构，随着我国城镇化进程加快，从量的简单增长转向质的提升，把城镇发展质量、品位、内涵、特色放在首位，提高城市的内涵与品位，科学规划城市空间形态，发展“多中心”而非“同心圆”式的大城市空间布局，将对推动木结构建筑在低层住宅中的发展起到至关重要的作用。

相信通过各方的通力合作与沟通，不远的将来，我们会看到绿色、低碳设计能够更加理性地“绿色”，并真正服务于人。

参考文献：

1、娄万里，任海青 木结构建筑的特征及在我国的发展前景 木材工业 2015

2、王培斌 木结构建筑的发展与绿色建筑 沈阳工程学院学报 2014

3、李亚冬 节能环保重识结构建筑 大江周刊．论坛2011

 

[作者简介：]

陈蕾，女，学士学位，高级结构工程师，现在江苏省城市规划设计研究院从事结构设计。