现代木结构研究现状和应用前景
说明：
文章部分数据引用了世界银行（WordBank）对中国广西的调研报告
BeijingForestryUniversity Prof.Guangjie Zhao IRG09年会议报告
WPCE2012（上海）会议邀请函
本文已签署CC 3.0 的非商业用途发布协议
研究背景：
近年来中国的木结构建筑发展迅速，从房地产开发的木别墅受到市场的热捧再到旅游景点、休闲娱乐会所里的木结构景观小品。
凭借绿色环保、设计灵活、具有竞争力的造价等优势，轻型木结构建筑技术在我国已经渡过了最初市场发展的引入期，呈现了快速成长的趋势。
研究现状：
据统计，目前我国竣工的木结构建筑仅有一千幢左右，这既预示着发展的潜力很大，木屋、木结构为消费者接受只是时间和观念的问题。
随着我国经济的发展和人们生活水平的提高，人们对木结构居室环境的要求越来越高，具有优良性能的木结构房屋越来越引起人们的重视。
特别在一些大城市，由于国外技术的引进和开发商的参与，木结构房屋的建设成为一个新热点。从总的趋势来看，基于中国巨大的市场，此类房屋的开发具有很大的潜力和发展空间。但是在中国特殊的环境下，木结构建筑受限于诸多客观因素，需要认真分析因果做出结论。
木结构房屋的发展现状可以归结为以下几点来说明：
1.传统观念的转变
由于受传统农村木屋印象的影响，人们总认为木结构房屋是四面透风、既不坚固，又非常简陋的木房子，其实这是一种误解。现在所指的木结构房屋是将生态、环保、个性化、美学及现代技术与传统方法结合，具有现代气息的多功能木结构建筑。另外，因森林资源匮乏而限制使用木材只能作为一定时期缓解供需矛盾的权宜之计，不能根本解决木材紧缺问题。现在看来，当前木结构建筑并没有在中国得到广泛的应用，真正市场化还是需要等待合适的机会。人们从追求高客积率的居所转变到健康环保的住宅需要一个过程，首批开发的木结构房屋的成功与否非常重要，可直接影响到人们观念转变的快慢。
2.国内外木结构房屋的基本状况
木材作为建筑材料具有重量轻、强度高、美观、加工性能好等特点，因此自古以来就受到人们偏爱。从挪威的大型木结构教堂和中国、日本的古代庙宇，到无数北美19世纪的建筑物，都证明木结构具有良好的耐久性。现代木结构住宅建筑在世界上许多国家已很普遍。
在北美，木结构住宅处于市场主导地位，1997年美国新建独户别墅约113．8万幢，其中9O采用木结构，在33．8万幢多层住宅中，大多数也采用木结构。木结构还被广泛用于建造厂房、学校、旅馆、体育馆等n。在加拿大，木材工业是国家支柱产业之一，其木结构住宅的工业化、标准化和配套安装技术非常成熟。在日本，大量的民用住宅是利用木材、胶合木和水泥刨花板建造的，即使在人口稠密的东京地区也是如此。目前日本新建住宅房屋中，有半数以上是木结构。在北欧的芬兰和瑞典，民居住房多为一层或二层的木结构建筑。
3.木结构房屋的基本结构
从19世纪初开始采用木框架结构以来，从独户式住宅发展到联合式住宅及多层公寓建筑等多种形式，目前应用得最多、技术经验最成熟的是轻型木结构，可在现场建造，也可在工厂预制构件，然后在工地装配。
轻型木结构建筑一般先浇筑混凝土地基，在地基上安装基础衬垫和经防水和防白蚁等特殊处理的底木，然后建造房屋的结构框架，通常用木方或胶合木做楼面梁、吊顶梁、屋面椽子及墙体龙骨，木质人造板作盖板等。木质人造板和结构构件之间采用钉连接，梁和承重墙体之间用轻质金属件连接。结构部分完成后，在外墙面饰以人造板挂板或其它材料，而内墙面和顶面用石膏板作装饰基层。
4.木结构房屋的特点及其功能优势结构安全
木结构对于瞬间冲击和周期性疲劳破坏具有良好的抵抗能力，如在旧金山、神户、台湾大地震中，绝大部分木结构房屋仍保持完整就是很好的证明。另外，经过阻燃处理的木材还具有滞燃性能，保证木材不在短时间内燃烧，为消防救火赢E间。节能保温木材与钢、铝、塑料相比，不仅其生产能耗最小，而且木结构建筑还具有良好的隔热保温性能。研究表明：同样的保温效果，木材需要的厚度是混凝土的1／15，钢材的1／400。使用同样的玻璃纤维或泡沫塑料作为保温材料时，木结构比钢结构的保温性能高15～7O，可使建筑物的使用能耗大大降低。环境友善建筑物的一般寿命平均为5O年左右，对被拆除的建筑物材料的处理，一直是困扰城市生态环境的大问题。为此，现代材料应该朝着4R-(Renew，Recycle，Reuse，Reduce)的方向发展，木质材料基本符合上述要求。从表1中主要建筑材料寿命周期对环境影响的比较可见木材具有的环保优势，采用木质建材既符合国家建设生态住宅的产业政策，又顺应健康住宅的理念。
主要建材寿命周期对环境的影响系数：
|
材料 |
水污染 |
温室效应 |
空气污染指数 |
固体废弃物 |
|
木材 |
1 |
1 |
1 |
1 |
|
钢材 |
120 |
1.47 |
1.44 |
1.37 |
|
水泥 |
0.9 |
1.88 |
1.69 |
1.95 |
5.扩大木材的用途，促使林业产业良性循环
若木结构房屋材料的研究和开发等技术问题能在近期内有较大突破，住宅建设领域能够大量使用人工林木材，木材需求量的增加和丰厚的利润则将促使人工林的经营者和个体林农积极种树，以至形成一个可持续发展的良性循环。另一方面，也可以带动化工、机械等相关行业的发展，形成一个新的增长点，美国、新西兰人工林利用的成功就是很好的例证。片面限制木材的使用，没有经济利益的驱使，单靠国家的投入，难以持续发展人工林。木结构房屋的发展，将会使利用人工林木材(杨树、马尾松、落叶松、桉树，甚至竹材等)生产的结构人造板(OSB，LVL，Glulam等)的用量大大增加，从而促进我国木质人造板工业的发展。如美国，人造板用于建筑的比例为40／~／o~60％，加拿大为40％～45％，日本为3O％～5O％，我国木质人造板在建筑上的应用比例则很低，仅为26，其中大部分还用作了装修材料，因此，木结构房屋的开发必将促进我国林业产业的发展。
6. 成本及土地的有效利用
我国目前木结构房屋的成本是以国外经销商提供的数据作参考，不同地区、不同质量的房屋造价也有所不同。有资料介绍，便宜的一幢四室两厅约200m。的木结构房屋本身造价仅为3O多万元人民币；另据报道，在加拿大，3～4个工人十多天就能建好一幢有三个卧室、带地下室的两层木结构小楼，其售价100多万元人民币(约为20万加元)。然而据专家估算，我国若用进口材料建造木结构房屋，其成本约4o00～4500元／m(不包括土地价格)。考虑到我国人多地少，尤其在大城市，对建造成本影响很大。而木结构房屋市场开发的重点就是这些大城市，因此，开发的策略应是将木结构房屋建在大城市的周边地区，销售对象首先面向中高收入阶层，然后逐渐推广。也可在发达的海滨旅游城市和风景区建设2～3层的木结构别墅，发挥其与自然和谐的优势。
7.木结构建筑设计及其材料的国产化
由于长期以来，木结构房屋的发展受到限制，直到改革开放后，才开始对木结构房屋及其材料进行研究，并取得了一些成果。但总体而言，这方面的基础研究工作还很薄弱，我国在木质材料应用于住宅建筑方面的研究与国外差距较大，科研院所及大学也缺乏相应的课程及人才培养内容，还不能满足未来市场的需要。引进国外的木结构建筑技术和经验对发展我国的木结构房屋市场有很大促进作用，但我们也应重视发展具有中国特色的木结构建造技术和材料，形成自己的知识产权。应注重开发人工林木材、竹材等用于建筑行业，尽可能降低建造的成本，这样有利于木结构住宅的推广。根据我国国情，在南方地区可以考虑研究发展底层为混凝土结构，上层为木结构的混合结构形式。目前还迫切需要开展对木结构设计、联接形式和联接件，及木材的防蚁、防腐、防火、耐久性及胶粘剂的研究，同时加快制定木结构设计、木材强度应力分级等检验评定方法和规范，建立木结构建筑及材料管理的标准化体系。
8.材料的研究
1）毫微级木板材
2）不同类型板材和复合材的研究
9.未来的应用方向：
·保护已有的木结构遗留建筑和构建，探索古代的木结构工艺技法
·建立完善的木结构保障条例和规范，以及木结构建筑的评估标准
应用前景：
1.房屋建筑市场潜力巨大
目前，我国建筑行业和房地产业空前发展，但目前新建住房大部分为钢筋混凝土结构，只有不到1%为木结构建筑，未能满足不同层次人们的需要。就全国范围来讲，木结构房屋的市场基本还是空白，因此发展的空间很大。加拿大联邦政府官员曾宣称，目前在中国内地建造中的木结构房屋只有300栋，计划再建9000栋，估计中国内地五年内将使其每年建造的木结构房屋数量达到15000栋。
木材进行维修或改造时所需要的设备相对简单，人员也较少。材料资源可再生和利用木材是可再生资源，若将森林加以科学的管理，坚持生长量大于采伐量，森林资源就可持续利用，循环使用。竹材也是一种极好的可再生资源，竹材胶合板等各种竹材人造板都可以作为建筑材料，在木结构房屋的建设中具有很好的应用前景。
建造成本低就房屋本身的质量、建筑操作性能源效益和施工速度来说，木结构房屋的成本效益最好。若在地板、墙壁和房顶部分采用预制的木质成型板材，则可以获得更大的成本效益。有研究将木结构房屋与钢筋混凝土结构的房屋建造成本进行比较，结果显示木结构占有一定优势。
绿色建筑的概念推广有四项基本原则，第一项节约能源，第二项利用可再生能源，第三项是材料可以循环利用，第四项是避免排放污染源。这四项是绿色建筑的基本原则，而木结构建筑都符合。
材质优势：保护土地,迄今为止，我国每年造房需生产粘土砖7000亿块，损毁耕地1O万亩以上。国家建设部、国土资源部等已发文，要求限时禁止在住宅建筑中使用实心粘土砖。木结构房屋是砖混结构房屋很好的替代品之一。
施工期短，维修方便,一般木结构建筑的施工周期只是同类砖混结构的1／2～1／3，具有布局与造型灵活以及维修和翻修方便的特点。
对外经济上，木结构家具占据中国家具对美国出口的约50%，自中国加入WTO以来，平均198%的年增长率和10亿美元的销售额，尽管有专家预测美国的家具市场将逐步降温并且中国逐步增长的生产成本和贸易逆差将带来中国木结构家具的销售逐步稳定，但是我们仍然可以预见到包括“竹”材在内的中国木结构制品产业仍然属于中国的新兴产业之一，不同于日本，中国巨大的木材储备将带来中国的木结构建筑热潮。