【摘要】首先介紹了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)榫卯連接以及斗拱抗震的優(yōu)勢,列舉了木建筑常采用的結(jié)構(gòu)形式,然后說明了木結(jié)構(gòu)建筑的弊端以及防護(hù)措施,最后基于木結(jié)構(gòu)自身優(yōu)勢展介紹了目前以及未來的發(fā)展情況。
【關(guān)鍵詞】木結(jié)構(gòu) 抗震 榫卯 斗拱 防護(hù)
木結(jié)構(gòu)建筑是中國傳統(tǒng)建筑形式,目前世界上現(xiàn)存的最大木結(jié)構(gòu)建筑群是我國的故宮,中國是最早應(yīng)用木結(jié)構(gòu)的國家之一。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)采用梁、柱式的木構(gòu)架,揚(yáng)木材受壓和受彎之長,避受拉和受剪之短,并具有良好的抗震性能。
一、榫卯和斗拱的抗震優(yōu)勢
連接時(shí)木結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位,設(shè)計(jì)與施工的要求應(yīng)嚴(yán)格,傳力也應(yīng)該明確,韌性和緊密性能良好,構(gòu)造簡單,檢查和制作方便,我們最熟知的連接之一即為卯榫連接。榫卯是極其精巧的發(fā)明,我們的祖先早在7000年前就開始使用榫卯技術(shù),不費(fèi)一釘一卯便將幾根構(gòu)件連接起來,這種連接方式使得中國傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)成為超越了當(dāng)代建筑排架,框架或者鋼架的特殊柔性結(jié)構(gòu)體,不但可以承受較大的荷載,而且允許產(chǎn)生一定的變形來吸收一定的地震能量,減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。
此外提到中國古代木建筑一定不能忽視的是斗拱。在立柱和橫梁交接處,從柱頂上加的一層層探出成弓形的承重結(jié)構(gòu)叫拱,拱與拱之間墊的方形木塊叫斗,合稱斗拱。這種“斗上有拱,拱上有斗”的構(gòu)件即使是在現(xiàn)在看來也是一項(xiàng)偉大的藝術(shù)品,斗拱外形美觀靈巧,不僅僅是封建社會(huì)區(qū)分建筑等級的標(biāo)志,中國古建筑屋頂挑檐采用斗拱形式的較之沒有斗拱的,在同樣的地震烈度下抗震能力要強(qiáng)得多。斗拱是榫卯結(jié)合的一種標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件,是力傳遞的中介。過去人們一直認(rèn)為斗拱是建筑裝飾物,而研究證明,斗拱把屋檐重量均勻地托住,起到了平衡穩(wěn)定作用。
二、木結(jié)構(gòu)的形式
木結(jié)構(gòu)因其構(gòu)成的不同可以有不同類型,同一類型又可以有多種不同的形式。每一種形式的木結(jié)構(gòu)都有它自身的強(qiáng)度剛度特征和一定的結(jié)構(gòu)形態(tài)。
。1)梁結(jié)構(gòu)。所有木建筑都存在眾多水平放置的木梁來承載,梁結(jié)構(gòu)也具有多種形式,如單向受力梁和多向受力梁等。
(2)桁架結(jié)構(gòu)。桁架式“格構(gòu)化”的梁,它由尺寸不大的木材料通過節(jié)點(diǎn)連接,造成結(jié)構(gòu)高度大于梁結(jié)構(gòu)高度的格構(gòu)化構(gòu)件,其強(qiáng)度與剛度比單根木料的梁大很多,因此可以承受較大荷載和跨越較大跨度。
(3)拱結(jié)構(gòu)。木拱結(jié)構(gòu)與其它材料的拱結(jié)構(gòu)工作原理是相同的,但木拱結(jié)構(gòu)有時(shí)需要考慮材料整體性要求,實(shí)體木拱拱身由單根材料制成,可以是圓木,方木,但由于材料截面受到供應(yīng)的限制往往導(dǎo)致拱截面大小有限,故以矩形膠合木為多。
(4)木網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在結(jié)構(gòu)學(xué)界常常把它定義為“雙向桁架式網(wǎng)架”,可用作大跨度的體育場匯演中心等,日本有體育場采用這種結(jié)構(gòu)形式。
三、木結(jié)構(gòu)的防護(hù)
木結(jié)構(gòu)是一種“耐熱”構(gòu)造,它不會(huì)因溫度的變化而導(dǎo)致?lián)p壞,但木結(jié)構(gòu)建筑較之常見的鋼筋混凝土或磚結(jié)構(gòu)等建筑相比其不足之處在于木結(jié)構(gòu)抗腐蝕,耐火等性能很差。古代建筑雖是以木結(jié)構(gòu)為主,但在木柱與地面之間還是砌有石墻以防止木柱直接受潮或被蟲蛀。只要按照木結(jié)構(gòu)規(guī)范要求進(jìn)行處理,一般都能達(dá)到防火抗腐要求。
為了防止木結(jié)構(gòu)遭受火災(zāi)的危害,在設(shè)計(jì)上除應(yīng)遵守國家現(xiàn)行建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的規(guī)定外應(yīng)采取下列措施:
(1)在有火源的房屋內(nèi)需設(shè)置放火隔墻,防火幕,石棉隔板等,不得將木結(jié)構(gòu)包裹在防火墻內(nèi)。
。2)當(dāng)房屋有采暖通道通過木構(gòu)件時(shí),其管壁表面應(yīng)與木構(gòu)件保持不小于50mm 的凈距離或用非燃燒材料隔熱。
。3)有可能遭受火災(zāi)危害的木結(jié)構(gòu)宜采用刨光的方木或原木制作,木屋蓋的吊頂及木隔墻等應(yīng)采用抹灰或設(shè)置水泥石棉板,石膏板等防火措施,保溫和隔音材料宜采用非燃燒材料等制作。
木材防腐防蟲也是不可忽視的一項(xiàng)重要問題,木結(jié)構(gòu)的腐蝕與蟲蛀與木材的濕度有關(guān),含水率超過25%,腐蝕才會(huì)發(fā)生,白蟻等蛀蟲才會(huì)在潮濕環(huán)境中生長。
在構(gòu)造上防止?jié)穸却蠹皾穸确磸?fù)變化的方法一般是把屋面墻壁等結(jié)構(gòu)做好防潮,住腳做好防潮,木構(gòu)節(jié)點(diǎn)保持良好通風(fēng),此外,再進(jìn)一步采取化學(xué)藥劑處理,此過程中應(yīng)注意化學(xué)藥品的選用與人使用的安全問題。
四、木結(jié)構(gòu)建筑的優(yōu)點(diǎn)及未來發(fā)展
中國古代木結(jié)構(gòu)建筑的最大優(yōu)點(diǎn)在于將美觀與實(shí)用結(jié)合的淋漓盡致,像山西應(yīng)縣的木塔,距今已有900多年的歷史,遭遇地震依然屹立不倒,且外形美觀。因此這是現(xiàn)代建筑應(yīng)習(xí)得的優(yōu)點(diǎn)。
此外,木料本身是一種環(huán)保材料,它自重輕,成本低,容易維護(hù),可以改善環(huán)境質(zhì)量,加之容易表達(dá)出豐富的藝術(shù)人文效果,備受設(shè)計(jì)師們喜愛。
目前,木結(jié)構(gòu)建筑已被我國許多休閑地產(chǎn)、園林建筑青睞。許多建筑、園林設(shè)計(jì)公司,為了體現(xiàn)自然、增加商品附加值而選擇木結(jié)構(gòu)。國外部分木結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、經(jīng)營企業(yè)的進(jìn)入,帶來了新工藝和新的設(shè)計(jì)理念,極大地促進(jìn)了國內(nèi)木結(jié)構(gòu)建筑行業(yè)的發(fā)展,一些國內(nèi)起步較早的木結(jié)構(gòu)制造商、防腐木生產(chǎn)企業(yè)也日漸壯大。國內(nèi)木結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、經(jīng)銷商數(shù)量一直保持著上升趨勢,隨著我國休閑城市園林綠化建設(shè)的快速推進(jìn),加上人們對回歸自然、提高生活品質(zhì)的要求越來越高,以及上海世博會(huì)大量推廣的節(jié)能低碳竹木結(jié)構(gòu)建筑,木結(jié)構(gòu)建筑逐漸成為環(huán)保的寵兒。