ope体育高楼林立、铁桥交错的现代,周遭的生活环境,无处不充斥着钢筋混凝土的身影。大多数人的印象中,钢铁、水泥才是现代工业和科技发展的代表产物,它们象征着冰冷的坚硬和理性的未来。当下的木结构建筑仿佛已是陈年往事,它带着莫名被赋予的年代感,随时光浪潮在大多数人眼中被归类为传统古文化的化身。对旧时木材料易燃、易蛀、易折属性的印象,亦随着钢筋混凝土建筑材料在中国的发展与普及,慢慢根深蒂固于大众的思想。
难道木建材真如大多数人理解的那样,在防火、防蛀和稳定性方面存在诸多的缺陷吗?其实不然,实际上现代木建材与木结构建筑正以其得天独厚的优势,广泛运用于诸多发达国家。相较于当前国内最为普及的钢筋混凝土材料,木材料在诸多方面都有其无法比拟的优点。今天就让我们走进木材料,重新来认识一下现代木结构。
说到现代木结构,就不得不提到我国古代木结构以及之后钢筋混凝土材料在国内的崛起。
我们都知道,木结构建筑于我国古代盛行了千年之久。这背后的原因大致可以归纳为以下几个方面:
首先,我国古代森林和林木资源丰富,木结构取材方便快捷,且施工速度快,建筑成本低。
其次,古代木结构多采用榫卯结合,这样的建筑工艺材质延展性和灵活性高,一则是抗震,一则是方便拆解、搬迁和空间的改造。
再者,古代没有空调和暖气,木材料天然具有缓和环境气温变化的特质,有助于室内温度调节。
而且,我国古代对于木结构建筑已有长期的经验和研究,木建是相对最为成熟的建筑类别。没有钢筋水泥的古代,相较于砖石材料,木材料更便于加工和雕琢。最后,值得一提的是,我国的传统文化讲究风水五行,传统哲学提倡“天人合一”的宇宙观念。木材取之于自然,具有与生俱来的自然亲和力,是连接人与自然的天然媒介。五行中,木象征着万物生长,是生机勃勃、欣欣向荣的繁荣之寓,作为建房材料,吉祥而具有积极意义。反之,砖石材料在古代被认为属金,古人认为金寓意收敛、聚藏,所以多用在墓地和军事设施的建设中。
当然传统的原木材料确实存在其固有的缺陷,比如说潮湿易遭虫蛀,建筑失火时比之砖石更易燃烧等。新中国以来,钢筋混凝土材建材逐步取代传统木材料,成为我国主流建筑材料ope体育。钢筋混凝土之所以会被广泛普及和运用到国家建设中来,与材料自身优势和我国的当下国情是有着密切关联的。
我国建筑需要解决的核心问题是上亿城市人口的居住、生活及生产空间问题。要解决该问题,对建筑材料和建筑技术所提出的最迫切要求便是足够大的容积率空间以及足以支撑大容积率空间的材料强度。针对核心问题,钢筋混凝土技术以其出众的优势成为国家建设的不二之选。
首先,钢筋混凝土结构强度能够满足数百米建筑高度的承重和受力需要,能够实其次,我国现阶段人均森林面积较低,大部分建筑木材依赖国外进口,如此增加了木结构在中国实施的成本。与此同时,我国金属矿产资源丰富,钢铁混凝土储量广大,就地取材,大大降低了建筑原料成本。
再者,随着国家大力推广钢铁和混凝土建筑材料,钢混技术在国内已经相当普及。百余年的发展过程当中,行业相关的设计施工技术和项目管理水平也已经相当成熟,因而人力和施工成本大幅降低。与之相反,因为木结构技术近百年来在国内并未受到重视,从木材采集、设计到施工,没有先进的体系串联,导致木结构建筑的质量参差不齐,发展也相对滞后。木结构领域相关专业教育受制于行业市场规模,造成木结构领域人才短缺,技术滞后,专业人员使用成本也相应升高。也正是因为木结构专业知识在国内得不到有效的传播和普及,大部分人对木建材的认知还停留在早期我国传统的原木材料上。在防火、防虫以及稳定性等问题上,很多人都仍然认为木结构无法胜任当代的建筑要求。
那么带着这些问题,就让我们一起来看看现代木结构究竟如何,比之时下盛行的钢筋混凝土建材,究竟又孰强孰弱。
不同于大多数人印象中的传统木结构,现代木结构主要可以划分为两类:原木结构和复合木结构(也就是我们常听到的胶合木)。现代原木结构多以原木结构为主体,钢结构为主要胶件,进行连接搭建,大大简化了传统木结构的复杂搭建结构。而现代复合木结构与原木相比,具有更高的材料强度,并且结构均匀、内应力小,不易变形和开裂,胶合木同时解决了防蛀的问题,并大大提高了材料的耐火性。
首先,在健康方面,木结构建筑内存在的芬多精与负离子(空气维他命)比钢筋混凝土房屋高出几百倍。芬多精和负离子能够杀死空气中的细菌,遏制人类疾病,增强免疫力,对人体恢复清醒、提高记忆力、降低血压、安定人体自律神经等方面有明显功效。氡气是一种对人体非常有害的气体,而它的主要来源便是无机建材(如混凝土、砖ope体育、瓷砖、砂、花岗岩、大理石等)。科学家测算,如果在氡浓度为200贝克/立方米的居室内待一天,就相当于全家每人每天吸15根烟。与之相比,木结构建筑的氡放射量极低,对人体几乎没有危害。中国和俄罗斯的宇航员从太空返回地球后,也都会被安排到木结构别墅或疗养院中恢复体能。
其次,在环保方面,碳中和一直是我国乃至世界努力的目标。木建材作为“可持续”材料,可以在一定程度上吸收空气中的二氧化碳。而相较木结构建筑,当今普遍的高层钢筋混凝土建筑内会存储更多的碳元素。调查研究表明,高层钢筋混凝土建筑建材如果替换为木材,平均建筑内二氧化碳含量将减少60%至75%。与此同时,钢筋混凝土材料建筑搭建过程中所生产的建筑垃圾和环境污染,会远高于木结构建筑,而且所这些垃圾更难以被分解和处理。此外,木结构建筑具有相对较好的保温性能,冬暖夏凉,有效节约了空调和暖气所带来的能耗。无论从以上哪个方面看,木结构建筑都比钢筋混凝土建筑更节能环保,也更适应未来世界的可持续发展方向。
值得一提的是,木结构有着其他建筑结构无可比拟的抗震性。木材料自身具有出色的韧性和弹性,且木结构自重轻盈,加上大部分木结构建筑的箱式结构可以均匀的分担受力,在承受瞬间冲击和周期性疲劳破坏时,尤其是基础发生位移的情况下,木结构建筑可凭借自身的弹性复位,避免倒塌,在大地震中表现出极强的抵抗能力。在日本神户和美国洛杉矶的两次大地震中,许多当地的木结构别墅被强大的地震力推移数米,甚至被地震从地基剥离,却都依然保持着完好的框架结构,无一倒塌。
相比较于钢筋混凝土结构,木结构还有其他许多优势。比如防潮方面,我们都知道钢铁材料遇到潮湿环境容易被腐蚀生锈,而大部分人可能都不知道,木材原本便具有调湿性能,木材料通过自身的吸湿和解湿作用,能有效缓和室内湿度变化。此外,季节和温度变化所产生的冷凝汽、水,对钢筋构混凝土结构的保温层有腐蚀作用。而木结构建筑由于木材的水凝结性较低,物理性质较稳定ope体育,相对而言不会轻易发生变形和化学反应。施工方面,木建筑修建时往往无需用到打桩机,也避免了灌筑和钢筋固定等环节,这在很大程度上降低了施工带来的噪音污染。同时,因为木质建筑的重量平均仅有同体积混凝土建筑的四分之一,所以材料的运输成本得以降低。
最后,我们回到多数人对于木建材最担忧、也最关心的问题,既现代木结构的防火和防蛀上来。
在谈及现代木结构防火性能之前,我们首先要明确一个概念,既在发生火灾之时,防止材料燃烧并非防火真正的意义所在。材料在火灾中不发生燃烧,也并不意味着它会安然无恙。防火真正的意义在于在火灾中最大限度的保障屋内人员和财物的安全和完整,而且防火安全并不完全取决于单个材料的性能,它更取决于整个系统的耐火性能,明确这些至关重要。通常,建筑火灾的温度范围大概在700至900摄氏度。温度超过230度之后,钢材料的强度会急剧下降,并在短时间内失去强度,灾难性的丧失结构完整性。而木材通常在温度达到250度之后才会开始燃烧,木材开始燃烧后,会以约0.64立方毫米每分钟的速度碳化,所形成的碳化层将木材未燃烧的部分与火源隔离,逐步提升木材的耐火性。实际上,火灾中木结构的强度保持时间比钢结构更久,更为安全可靠ope体育。不仅如此,现代木结构建筑在木材防火问题上也采取了相应的补救措施。对于轻型木结构,建筑施工时通常都会装配全封闭的耐火石膏板,通过石膏板的隔热能力来提高木结构整体的耐火性。而对于重型木结构,施工时也会通过增大木材料截面尺寸的方式提升木结构整体的耐火性能。
再来看看防蛀方面。当木材的平均含水率在19%以下时,蛀虫便无法在其中存活。现代多数用于木屋建筑的木材平均含水率仅为17%,配合上防腐材料、挡虫网和抗虫药物所构建的屏障系统,木结构建筑的虫蛀问题已经可以得到良好解决。随着科技的发展,“呼吸薄膜”也逐渐被应用到木结构别墅的搭建中,它可以帮助湿气从木结构中顺利排出,并防止雨水从外部侵入到房屋内部结构,有效保证了木材的干燥。
总体来看,木建材作为可持续能源,低碳环保,且符合全球向碳中和目标发展的大趋势。木结构的推广与普及可良好促进我国林木业的发展、增加森林覆盖率以改善自然环境,有效控制二氧化碳排放量,并降低钢筋混凝土技术所带来的环境污染。
木结构顺应时代发展需要,正在国内逐步崛起。而要实现木结构的完全复兴和普及,绝非一蹴而就之事。钢筋混凝土结构目前仍然是国内最主流的建筑结构,从材料的采集加工、结构设计,再到施工搭建,牵连产业众多,影响人群广泛。这条百年来已经成熟、完整的产业链条需要足够的时间来逐步完善和迭代。再者,目前政府对于木结构在国内的搭建,还存在诸多限制,如建筑最大层数不得超过三层,高度和层面积不得超过相关限制范围等。
要早日实现木结构在中国的复兴,仍需从多个方面共同努力。宣传方面,要加强现代木结构知识在国内的宣传与普及ope体育,让更多人了解木结构的优势优点。教育方面,要从高校抓起,加强木结构相关专业技术领域的教育与实践培训,尽快培养出木结构领域新型人才。材料方面,当积极推进植树造林计划,丰富国内木材资源,减小对国外进口木材的依赖。政策上,在木结构技术日益完善的基础上,政府可适当放宽对木结构建筑的限制,以优惠政策,鼓励更多开发商和民众选择木结构。