綠色建筑新常態(tài)——木結(jié)構(gòu)的新使命

 

作者：陳蕾

【摘要】發(fā)展綠色建筑是世界未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì) 氣候發(fā)暖、能源短缺是迄今人類(lèi)所遇到的最大范圍的公共危機(jī)。而木結(jié)構(gòu)是能夠體現(xiàn)綠色建筑的一種常見(jiàn)形式，因此我們需要重新認(rèn)識(shí)木結(jié)構(gòu)建筑。本文從國(guó)際國(guó)內(nèi)背景、低碳環(huán)保、綠色材料再生特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)安全及多元化的結(jié)構(gòu)形式，分析論述木結(jié)構(gòu)建筑的主要特征及在我國(guó)的發(fā)展前景和實(shí)際運(yùn)用形式。

【關(guān)鍵詞】節(jié)能；環(huán)保；綠色建筑；發(fā)展空間

一、發(fā)展綠色建筑的必要性和迫切性

隨著全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)，建筑及其運(yùn)行的資源消耗和環(huán)境負(fù)擔(dān)日益嚴(yán)重，人們對(duì)健康、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)之間關(guān)系的認(rèn)知不斷提高，減少建筑能源消耗和污染排放，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)建筑與自然的和諧共存，已成為我們面臨的深刻課題，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)已是大勢(shì)所趨。同時(shí)建設(shè)生態(tài)文明是關(guān)系人民福祉，關(guān)乎民族未來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)大計(jì)。黨的“十八大”報(bào)告首次把生態(tài)文明建設(shè)寫(xiě)入黨章，并明確提出要加快“綠色發(fā)展、低碳發(fā)展，循環(huán)發(fā)展”，建設(shè)“美麗中國(guó)”。國(guó)務(wù)院辦公廳以國(guó)辦發(fā)2013（1）號(hào)文件的形式轉(zhuǎn)發(fā)了國(guó)家發(fā)改委、住建部《綠色建筑行動(dòng)綱要》，為我國(guó)綠色建筑發(fā)展指明了方向。因此按照綠色低碳等先進(jìn)理念，高起點(diǎn)規(guī)劃，高水平建設(shè)城市刻不容緩。

二、木結(jié)構(gòu)建筑的綠色特點(diǎn)

從全球范圍來(lái)看，木結(jié)構(gòu)建筑具有低碳、環(huán)保、節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)，為營(yíng)造綠色建筑、健康住宅而選擇木結(jié)構(gòu)的建筑正受到越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)商、建筑師的青睞，無(wú)論是我國(guó)傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑，還是北美、歐洲等廣泛使用的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑，無(wú)不印證木結(jié)構(gòu)建筑在人類(lèi)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(tài)資源開(kāi)采方面，木結(jié)構(gòu)的環(huán)保性大大優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。

1、節(jié)能保溫性能

我國(guó)現(xiàn)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(jié)構(gòu)建筑替代鋼結(jié)構(gòu)建筑，在建造階段，將節(jié)省27．75％的能源和39．2％的水；替代混凝土結(jié)構(gòu)建筑，可節(jié)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(yōu)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(nèi)熱環(huán)境條件下，木結(jié)構(gòu)墻體的傳熱量明顯低于鋼混結(jié)構(gòu)墻體，節(jié)能效果更明顯。鋼混結(jié)構(gòu)建筑要達(dá)到與木結(jié)構(gòu)建筑相同的節(jié)能效果，必須使用更多的保溫材料或加厚墻體。

2、 環(huán)保性能

2.1 碳排放量最少

鋼材和水泥是傳統(tǒng)建筑的主要用材，也是環(huán)境污染物排放的重要來(lái)源。據(jù)計(jì)算，建筑業(yè)排放的C0₂占全國(guó)碳排放總量的比例高達(dá)36％，建筑業(yè)的迅猛發(fā)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(duì)發(fā)展低碳建筑和整個(gè)社會(huì)的減排意義重大。樹(shù)木在成長(zhǎng)為木材的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)光合作用，每生長(zhǎng)1 m³木材能吸收約1 t的C0₂，并釋放0．75 t的0₂。木材產(chǎn)品固定的碳量，比其在生產(chǎn)和使用過(guò)程中釋放的碳量更多，是唯一的“負(fù)碳”型材料。對(duì)于相似結(jié)構(gòu)的建筑，木結(jié)構(gòu)建筑在生命周期內(nèi)的碳排放最少，溫室氣體排放量遠(yuǎn)低于鋼結(jié)構(gòu)建筑和磚混結(jié)構(gòu)建筑。

2.2 環(huán)境污染最小

不同結(jié)構(gòu)形式的建筑對(duì)環(huán)境的破壞程度不同。鋼結(jié)構(gòu)建筑的空氣污染指數(shù)是木結(jié)構(gòu)建筑的1．44倍，水污染指數(shù)是木結(jié)構(gòu)的120倍，產(chǎn)生的廢料是木結(jié)構(gòu)的1．37倍。清華大學(xué)國(guó)際工程項(xiàng)目管理研究院等把資源消耗和生態(tài)破壞層面的環(huán)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(lèi)型，在考慮社會(huì)支付意愿的基礎(chǔ)上，構(gòu)建各種類(lèi)型環(huán)境影響的權(quán)重系統(tǒng)，對(duì)不同結(jié)構(gòu)形式建筑的主要建材的環(huán)境影響進(jìn)行了加權(quán)評(píng)估，結(jié)果顯示：就單位建筑面積的環(huán)境影響潛力而言，木結(jié)構(gòu)最小(148．87元／m²)，混凝土結(jié)構(gòu)次之(150．13元／m²)，鋼結(jié)構(gòu)建筑最高(161．92元／m²)；而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞程度，鋼結(jié)構(gòu)最嚴(yán)重(134．68元／m²)，混凝土結(jié)構(gòu)次之(120．46元／m²)，木結(jié)構(gòu)最輕(106。23元／m²)。因此，開(kāi)發(fā)木結(jié)構(gòu)建筑，將具有更高的環(huán)境效益。

3、可再生性

一直以來(lái)，人們對(duì)木結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用存在誤區(qū)，認(rèn)為我國(guó)沒(méi)有足夠的森林資源，利用木材就是破壞森林資源，破壞生態(tài)環(huán)境。其實(shí)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(xué)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(fā)展木結(jié)構(gòu)建筑，不但可以促進(jìn)森林的再生和森林資源的增長(zhǎng)，有助于森林的可持續(xù)開(kāi)發(fā)，而且可以激發(fā)全社會(huì)的造林積極性。歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展已有百年歷史，其森林資源不但沒(méi)有減少反而逐步增加的事實(shí)，就是最好的例證。

三、木結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)及施工特點(diǎn)

1、抗震性能

建筑的抗震性能主要取決于建筑材料。木結(jié)構(gòu)建筑的抗震性能優(yōu)于其他任何形式的結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)在：

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

2、防火安全性

事實(shí)證明，木結(jié)構(gòu)建筑的防火安全性能與材料本身的燃燒性能關(guān)系不大，而是取決于建筑中整個(gè)構(gòu)件的燃燒性能，尤其是屋頂、墻壁和地板等構(gòu)件。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件的內(nèi)側(cè)會(huì)使用防火石膏板覆面，龍骨空腔內(nèi)填充不可燃的礦物纖維保溫材料，以增強(qiáng)其耐火極限。木結(jié)構(gòu)建筑的木構(gòu)件經(jīng)過(guò)上述阻燃處理具有炭化效應(yīng)，因此，木結(jié)構(gòu)建筑的防火性能甚至優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)建筑。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，木材表面的炭化層可以阻礙火勢(shì)蔓延，為營(yíng)救和逃生爭(zhēng)取寶貴時(shí)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(jué)，能營(yíng)造溫馨而舒適的氛圍。 特別在幼兒園、中小學(xué)非常具有親和力。

4、施工周期

木結(jié)構(gòu)建筑大量構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)工廠(chǎng)預(yù)制成型，方便工地現(xiàn)場(chǎng)裝配，施工基本不受氣候的影響，施工周期只需同等規(guī)模混凝土結(jié)構(gòu)建筑的1／3～1／2。一幢三層別墅包含裝修在內(nèi)的建造周期只需2～3個(gè)月，且施工強(qiáng)度降低，勞動(dòng)力成本節(jié)省。木構(gòu)件和連接件分工分類(lèi)，標(biāo)準(zhǔn)件統(tǒng)一尺寸，梁、柱等構(gòu)件種類(lèi)少。標(biāo)準(zhǔn)件適合工業(yè)化，使得現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑可以實(shí)現(xiàn)集成性和預(yù)制性，逐步做到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、供應(yīng)系列化、生產(chǎn)工廠(chǎng)化和施工裝配化。生產(chǎn)加工的技術(shù)進(jìn)步，大大推動(dòng)了木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展，同時(shí)也可助力我國(guó)住宅產(chǎn)業(yè)化水平的提升以及新型建筑工業(yè)化的推廣。

通過(guò)與鋼筋混凝土、鋼材這兩種最常見(jiàn)的建筑材料的比較，木結(jié)構(gòu)建筑在環(huán)保經(jīng)濟(jì)等方面具有不可逾越的優(yōu)勢(shì)。因此，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)達(dá)的今天，古老的木結(jié)構(gòu)又重新回歸人類(lèi)的視線(xiàn)，并占據(jù)越來(lái)越重要的地位。

四、現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的建筑形式

    現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的形式，可分為重型木結(jié)構(gòu)建筑和輕型木結(jié)構(gòu)建筑兩類(lèi)。木結(jié)構(gòu)建筑形式包括但不限于六層全木結(jié)構(gòu)民用建筑或住宅、木結(jié)構(gòu)－混凝土混合結(jié)構(gòu)配以木骨架組合填充外墻、木質(zhì)非承重內(nèi)分隔墻、木桁架屋蓋系統(tǒng)與木結(jié)構(gòu)組合樓蓋系統(tǒng)等在實(shí)際工程中均有體現(xiàn)。木和鋼、混凝土的協(xié)調(diào)性好，裝飾效果強(qiáng)。如倫敦奧運(yùn)會(huì)自行車(chē)館案例，其主結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)，外墻用加拿大棕紅色耐腐木材包裹，既美觀耐用，又實(shí)現(xiàn)了低碳、可持續(xù)的發(fā)展理念；值得一提的是在溫哥華珀西諾曼水上運(yùn)動(dòng)中心，其特點(diǎn)是實(shí)木屋頂，它穩(wěn)固著橫跨游泳池的主區(qū)域43米長(zhǎng)的花旗松膠合木梁，同時(shí)木結(jié)構(gòu)也避免了消毒水容易腐蝕鋼結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)。結(jié)合我國(guó)的國(guó)情木結(jié)構(gòu)在大中城市，可發(fā)展混合木結(jié)構(gòu)、平改坡工程及大型公共建筑、休閑會(huì)所、旅游度假酒店等；而隨著新農(nóng)村建設(shè)和城鎮(zhèn)化進(jìn)程推進(jìn)，尤其是地震多發(fā)地區(qū)房屋改建工程，亦為木結(jié)構(gòu)建筑的推廣和應(yīng)用提供了良好契機(jī)。在我國(guó)目前大量新建綠色建筑的熱潮下，對(duì)眾多舊建筑的改造相比拆除重建更加可持續(xù)，木結(jié)構(gòu)可以加固，木結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接從傳統(tǒng)的榫卯發(fā)展到現(xiàn)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(xué)習(xí)。

倫敦奧運(yùn)會(huì)自行車(chē)館

 

溫哥華珀西諾曼水上運(yùn)動(dòng)中心

五、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)的新使命

木結(jié)構(gòu)肩負(fù)的新使命也賦予了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師們新使命，如何在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中突出“綠色”的特征是值得我們思考和探討的。結(jié)構(gòu)工程師不應(yīng)局限于受力分析設(shè)計(jì)斷面．決定配筋．構(gòu)造措施這么簡(jiǎn)單的力學(xué)數(shù)學(xué)計(jì)算，把“綠色建筑”的推廣簡(jiǎn)單地視為規(guī)劃師、建筑師、環(huán)境師的職責(zé)是一種狹隘的想法，并且一定要摒棄“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是依著建筑設(shè)計(jì)師畫(huà)瓢的傳統(tǒng)思想”。應(yīng)該主動(dòng)和業(yè)主，建筑師，設(shè)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程中大膽使用，合理設(shè)計(jì)，平時(shí)也需要多學(xué)習(xí)，多交流，多參觀，多總結(jié)提高自身在木結(jié)構(gòu)等綠色建筑方面的設(shè)計(jì)能力。在平時(shí)常用結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)過(guò)程中精打細(xì)算，開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)，綜合考慮結(jié)構(gòu)、地基、抗震、防火等安全可靠的指標(biāo)體系。科學(xué)準(zhǔn)確，實(shí)事求是地預(yù)測(cè)今后若干年可能出現(xiàn)的情況和所采用的超前設(shè)計(jì)，新技術(shù)、新產(chǎn)品，這些都是綠色建筑的基本內(nèi)涵。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)當(dāng)在日常的設(shè)計(jì)過(guò)程中樹(shù)立起綠色建筑的理念，并在工程分析中堅(jiān)持自已的綠色倡導(dǎo)。

六、結(jié)論

通過(guò)前面的分析和木結(jié)構(gòu)建筑的實(shí)際使用情況表明，可見(jiàn)木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展空間是無(wú)限廣闊的。木結(jié)構(gòu)建筑在使用舒適度、外觀造型、建設(shè)和使用周期、能耗等方面均優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)建筑．同時(shí)木結(jié)構(gòu)具有低碳環(huán)保、節(jié)能保溫、抗震安全、建造迅速等特征優(yōu)勢(shì)，符合國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略和綠色節(jié)能建筑產(chǎn)業(yè)化政策，是我國(guó)綠色建筑發(fā)展中的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，能充分體現(xiàn)生態(tài)、節(jié)能、環(huán)保的先進(jìn)理念。北美、歐洲、日本等國(guó)的低層建筑都采用木結(jié)構(gòu)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，從量的簡(jiǎn)單增長(zhǎng)轉(zhuǎn)向質(zhì)的提升，把城鎮(zhèn)發(fā)展質(zhì)量、品位、內(nèi)涵、特色放在首位，提高城市的內(nèi)涵與品位，科學(xué)規(guī)劃城市空間形態(tài)，發(fā)展“多中心”而非“同心圓”式的大城市空間布局，將對(duì)推動(dòng)木結(jié)構(gòu)建筑在低層住宅中的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

相信通過(guò)各方的通力合作與溝通，不遠(yuǎn)的將來(lái)，我們會(huì)看到綠色、低碳設(shè)計(jì)能夠更加理性地“綠色”，并真正服務(wù)于人。

參考文獻(xiàn)：

1、婁萬(wàn)里，任海青 木結(jié)構(gòu)建筑的特征及在我國(guó)的發(fā)展前景 木材工業(yè) 2015

2、王培斌 木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展與綠色建筑 沈陽(yáng)工程學(xué)院學(xué)報(bào) 2014

3、李亞冬 節(jié)能環(huán)保重識(shí)結(jié)構(gòu)建筑 大江周刊．論壇2011

 

[作者簡(jiǎn)介：]

陳蕾，女，學(xué)士學(xué)位，高級(jí)結(jié)構(gòu)工程師，現(xiàn)在江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院從事結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。