我国木结构现代发展需要推陈出新

我国木结构建筑历史辉煌悠久，是中华文明的重要组成部分,且对日本、朝鲜等邻国产生过重要影响。新中国成立初期,木结构建筑曾在国民经济建设中发挥着重要作用。由于木材短缺，至20世纪70年代末,木结构建筑在中国的研究应用陷于停滞，时达20余年之久。90年代末期，我国引进北美轻型木结构，标志着木结构的研究与应用在我国逐步恢复。
本文主要介绍以下几个内容:中国古代木结构的主要结构体系和节点连接特点;通过实例展现中国古代木结构所取得的成就;对新中国成立后中国木结构由兴盛到停滞再到复兴的历程进行回顾;对中国木结构的现状进行陈述；对中国木结构的进一步发展提出看法。
一、中国古代木结构
1.考古发现
分别代表长江流域文明和黄河流域文明的浙江余姚河姆渡遗址和西安半坡遗址表效法自然,将梁(枋、额)等水平构件端部切削
明，早在7000年前至5000年前,中国木结构建
造技术就已达到了相当高的水平。
从河姆渡遗址晚期木柱残段及柱脚可以看出，木柱已用石斧等工具加工成矩形截面。由于此地水丰湿润，土质软弱，已采用木桩或木板作基础。不可否认,这就是现代桩基础和片筏基础的鼻祖。
关于河姆渡遗址榫卯连接的形式,从遗址残存木构件可以看出,榫卯连接在当时已相当完善。这类榫卯连接在随后的数千年岁月里沿用、演化，成为我国木结构连接的主要形式之一。
从西安半坡遗址的房屋木构架复原图可以看出，其木柱布置已略呈柱网，房屋已具“间”的雏形，中间一列四柱高出檐柱以承托脊檩，中国木结构典型的梁柱式构架初现于此。
2.中国古代木结构的结构体系
中国古代木结构在上述原始雏形的基础上不断演化改进，逐渐形成了梁柱式构架和穿斗式构架两类主要体系。
梁柱式构架：柱网下以石础为基，上或以榫卯或以斗拱（大型重要建筑）承托横梁
(古名额、枋），横梁上再立短柱,承托更上一层横梁,**上层横梁承托檩子。横梁跨度自下而上逐层减小，形成坡屋顶构架。
与西方木结构体系不同，中国古代木结构并不采用任何形式的桁架(屋架）。
穿斗式构架：流传于长江流域及其以南地区,主要用于民间住宅建筑。穿斗式构架的主要构件有柱、穿枋、斗枋、纤子和檩子。穿枋沿房屋横向穿过柱子形成木排架，斗枋像梁柱式构架中的额枋沿纵向穿过柱子，以固定排架，从而形成木框架。纤子搁置于斗枋之上，以便铺设楼板。檩子直接搁置在柱顶上，而不同于梁柱式构架搁置于梁头上。
3.榫卯连接与斗拱连接
榫卯连接：自然界中树枝杈生于树干，树干、树枝有机地“连接”为整体，形成可以承重的结构。观察一含有木节的树干的纵剖面，会发现节孔恰似一卯眼，枝根恰似一榫头插人节孔。这可谓一种天作之合的“榫卯”连接。成榫,在柱上凿孔为卯，梁柱便通过榫卯连接为一体。这种连接浑然天成而历久不衰。斗拱连接:树干顶端向上向外生长枝杈以承托树冠，承重力与风力,可谓树状结构。古代木结构中，在柱顶向上向外逐层叠放(弓形)水平构件,是谓拱;拱与拱之间设置方形木垫块，是谓斗，合称“斗拱”以承托横梁。斗拱增大了梁的支承长度,减小了梁的跨度,且便于形成屋面挑檐。斗拱连接恰似由树干顶端扩展的树冠，是效法自然的又一杰作。
榫卯与斗拱连接是一类半刚接半铰接的节点连接,各部件间具有摩擦、滑移的能力，节点具有耗能功效。加之木材本身的韧性较好，因此中国古代木结构具有良好的抗风、抗震能力，这是宋代以降我国众多古代木结构得以传世至今的原因之一。‘
4.中国古代木结构范例
(1)应县佛宫寺释迦塔——我国现存**古老、**局的木结构
位于山西应县城内西北佛宫寺内，俗称应县木塔。木塔建于辽清宁二年（公元1056年），金明昌六年.(公元1195年)增修完毕,是我国现存**高、**古老的一座木构塔式建筑，也是**一座木结构楼阁式塔。塔建造在4米高的台基上,塔高67.31米，底层直径30.27米，呈平面八角形。**层立面重檐，以上各层均为单檐,共五层六檐，各层间夹设暗层，实为九层。因底层为重檐并有回廊，故塔的外观为六层屋檐。塔身采用内外两环的柱网布置，内环柱以内为内槽,在明层内形成高敞空间供奉佛像，外槽则提供人流活动空间。暗层为容纳平座结构和各层屋檐提供空间，同时亦为承托其上明层的平台。平台式轻型木框'架有类于此。
木塔所有各层间的上下柱是不连续的，此亦类于平台式轻型木框架。上层柱的柱脚插入下层柱柱头的斗拱中，但外檐柱与其下方平座层柱共轴线,而比下层外檐柱内移半个柱径。这种构造方式称为“叉柱造”，是唐、辽时期木构建筑的传统做法。与之对应的是“永定柱造”，即柱子由地面立起直通二层平座层，类似于连续墙骨木框架。现存永定柱造
的**实例是河北正定隆兴寺慈氏阁。
木塔采用当时质量较高的华北落叶松修建,历经近千年,今天，部分构件已发生残损，材性退化，如普拍枋压裂、阑额压弯等。如何采取维修加固措施,保证木塔屹立不倒，是摆在人们面前的紧迫课题。
(2)宁波保国寺大殿——**早采用拼合构件的实物木结构
保国寺大殿面阔、进深各三间，是典型的厅堂式建筑，是现知**早釆用拼合构件的实物建筑。拼合构件的记载**早见于宋代。公元1100年完成的宋代《营造法式》即对拼合柱作了描述,而**早的实例即保国寺大殿,其外围12根柱子为整根木料砍制成的“瓜棱柱”，殿内4根柱则为拼合柱。其中3根是用4条圆木相拼,接缝处贴以“瓜棱”,实由8根木料拼成;另一根中心为整根圆木，周围贴以8条“瓜棱”，实由9根木料拼成。
采用拼合构件是为了节约木材，做到小材大用。早在宋代，我国即已面临木材短缺的问题，否则就没有必要制作拼合构件了。实际上，到明清时期，华北地区木材资源行将采伐殆尽，拼合构件在这一时期已大量：普遍地采用。即便是北京故宫太和殿和天坛祈年殿这样重要的大型建筑，其直径达1.06米的绘金龙柱子,就是由多块木料拼合而成。另外，拼合构件的产生与发展也是劳动人民智慧的体现。现代木结构组合构件包括胶合木等一类工程木构件，盖可从中国古代木结构中溯其本源。
(3)明长陵棱恩殿——现存规模**大、殿柱**巨之木结构
明长陵棱恩殿是明成祖朱棣(1360?1424年)墓，于1415年建成，面阔九间(通阔66.56米),进深五间(通深29.12米)，与北京故宫太和殿面积大致相等，同为国内**大之木构建筑。棱恩殿是典型的梁柱式结构，柱子全部用整根的金丝楠木制作,殿中央四根柱子直径达1.17米，高13米。其柱材质量之高，尺寸之巨，施工质量之精，虽太和殿不能过之，为现存古代木结构建筑中绝无仅有。
(4)悬空寺与真武阁——构思**巧妙、大胆之木结构
悬空寺建于山西浑源翠屏山北麓离地几十米的悬崖上，初建于金代(1176年），现存建筑多系明清时期重建。其在结构设计方案上的大胆独特之处是，在绝壁上凿洞，插入木梁成悬臂梁，再在悬臂梁上铺设楼板，设置立柱和梁架，建成一组空中楼阁。在有的部位还从绝壁上升起立柱对悬臂梁加以承托。相传建于唐代的河北涉县娲皇宫，也是一座位于悬崖哨壁上的寺庙，与悬空寺有异曲同工之妙。
真武阁建于明万历元年（1573年），面阔三间，长13.8米，进深三间，宽11.2米，高13.2米。其结构方案的独特之处是，中央四根金柱虽上托楼盖和屋盖，而其下端却悬空离地寸许。其中的奥妙之一是将斗拱的拱杆延长穿过檐柱再插人中央金柱，拱以檐柱为支点，外承屋檐荷载、内承金柱。由于支点两侧长度不同，根据杠杆原理，很小的屋檐荷载即可抵消很大的金柱压力；其另一特点是用横梁穿过中央金柱，横梁两端支承在檐柱上，即通过檐柱抬立金柱。
二、新中国成立后的木结构及发展现状
1.建国初期百废待兴，而钢材、水泥短缺，大多数民用建筑和部分工业建筑都采用了砖木结构形式(砖承重墙、木屋盖）。据1958年统计，这类房屋占总建筑的比例约为46%。20世纪五六+年代所建的这类木屋盖，有的至今还在使用。在这一时期，木结构虽基本上被限制在木屋盖应用范围内，但仍处于兴旺时期，木结构仍可与泯凝土结构、砌体结构和钢结构并称四大结构，在国民经济建设中发挥着里安作用。还有一狩点是现场制作木构件。
从事木结构的教学、科研工作，规范编制、科研、教学的内容也基本以砖木结构为中心。20世纪70年代后，木结构在中国基本被停用，木结构工作者纷纷转行，高校木结构课程也逐渐停设，中国木结构被迫处于停滞状态,长达20余年之久。
2.世界木结构的发展
世界木结构发展应用呈现两个特点。一是木结构产品生产标准化和规格化，以提高
生产效率。轻型木结构即体现了这一特点。轻型木结构所用规格材和木基结构板都是标准化和规格化的工业产品，可以大批量生产，价格低廉；所用钉连接是木结构中**简捷的连接方式，施工效率高。轻型木结构在北美、北欧地区得到广泛应用，占这些地区住宅建筑的90%。二是人工改良的木材即工程木发展及其结构应用。胶合木等工程木产品代表这一发展趋势，适合于建造大型复杂木结构^
日本秋田县大馆市体育馆建筑外观呈半个巨卵形状，长向跨度达178米，短向跨度为157米，两个方向均采用胶合木拱交叉布置，系跨度**大的木结构。美国华盛顿塔科马穹顶、北窜西根大学体育馆超级穹顶均系采用胶合木建造的球面网壳结构,跨度均超过160米，分列跨度第二、第三大的木结构穹顶。芬兰的Oulu穹顶跨度达115米，是采用旋切板胶合木LVL建造的**大穹顶。
3.我国木结构现状
20世纪90年代末期，以引进北美轻型木结构为标志，木结构的研究与应用在我国逐步恢复。近十年来，木结构事业在我国取得了可喜的发展，体现在以下几个方面：
其一，轻型木结构获得大量应用。据不完全统计，自2000年以来，已建成轻型木结构房屋计约2万例，分布遍及我国大部分地区。
其二，胶合木结构逐渐兴起。具有代表性的实例有杭州的香积寺、苏州的欢乐胥江木拱桥、成都的欢乐谷以及柳州的开元寺等工程。
其三,具有中国特色的竹材和竹木复合材研发应用进展显著。胶合竹获注册专利,轻型竹结构体系已然成型，已经建成的还有竹木复合材示范工程。
其四，一系列技术标准已制定、修订，主要包括《木结构设计规范》GB50005、《胶合木结构技术规范》GB/T50708、《轻型木桁架技术规范》；TGJ/T-265、《结构用集成材》GB/T26899、《木结构试验方法标准》GB/T50329、《木结构工程施工质量验收规范》GB50206、《木结构工程施工规范沁丑/T50772和《防腐木材工程应用技术规范》GB50828。
其五，一些具备条件的大专院校和科研单位重新开设木结构课程，开展木结构相宍研究并获得各类资助，并轵极加强国际女流与合作。
其六，涌现出一批木结构施工企业和木产品生产企业。
可以说，木结构研究与应用在我国出现了欣欣向荣的新气象，从工程应用、教学科研到规范制定都处在一个积极引进、消化吸收和完善提高的复兴阶段。
三、中国木结构展望
1.发展有中国特色的木结构
我国仍然有众多的古代木结构存世,还有相当一部分少数民族地区仍一直使用本民族传统木结构。一方面，要对这些木结构建筑加强保护，使之传世久远；另一方面,要对这些木结构从建筑结构的角度进行研究，继承发扬其精华。这是我国木结构学界的天赐机缘,也是责无旁贷的任务。
整体而言，我国林木资源不足。在全球经济一体化的今天，从国际市场进口木材和木结构技术是我国木结构发展的重要途径。但我国有4000多万公顷的人工林资源，总量居世界**。合理开发利用我国的林木资源,利用人工树种研发现代工程木产品，并基于这些产品研发木结构体系，是我国木结构发展的另一条途径。针对木材资源不足的特点，像20世纪五六十年代的砖木混合结构那样,研发木-混凝土结构,将轻型木结构和轻型钢结
构相结合,研发轻型钢木结构,利用间伐小径材研发小径木轻型木结构等，都不失为结合国情，发展我国木结构的途径。
我国有近400万公顷的竹林资源,总量也居世界**位。我国劳动人民也有利用竹材建造房屋的悠久历史。我国学者已研发了轻型竹结构和竹木复合材，倘若能实现胶合竹等竹材产品和竹木复合材产品的标准化、工业化生产确定这类产品的强度设计指标和完善其结构设计计算理论和方法，竹结构和竹木结构在我国将大有可为。
2.大力开展科学研究，完善我国木结构计算设计理论
现代木结构离不开计算设计理论与方法的指导。我国现有木结构计算设计理论基本以前苏联计算理论为基础，适用于工地现场制作木构件(主要是木桁架)所建的木结构。现代木产品的应用和研发,理所当然地需要更新现有理论和方法。引进、参考国际先进经验是必要的，但需要消化吸收,不能照搬。因此，应结合国情,博采众长,发展我国木结构设计计算理论。
对待计算理论和方法问题,并不宜简单地持肯定或否定的态度,不宜照搬国外方法。需要更深入地研究，继承和发扬具有中国特色、体现中国研究水平的理论和方法。
3.加强木结构类技术标准的制定
木结构的发展离不开木结构类技术规范的指导和约束,技术规范与木结构的科研和教学工作相互影响，规范编制工作的重要性是显而易见的。值得肯定的是，我国木结构类技术标准的体糸巳基本肜成，其中包括胶合木（结构集成材）、规格材、锯材等产品标准，木结构设计、施工和质量验收规范以及木结构试验方法标准。需要完菩的**是设计计算理论,这有赖于我国木结构研究工作的进展。另外是明确各规范的分工，加强各规范间的联系和协作。例如现行木结构设计规范中关于原木、方木、规格材的定级标准、树种识别，甚至层板胶合木的组还规定等，宜由相应的木产品标准提出。制定技术标准，需要深入学习和了解国际先进技术，并与我国国情相结合，使技术标准本土化、能执行。
4.促进标准化、工业化的木和竹木产品的研发、生产
我国已引进规格材，这是一种标准化、工业化生产并经强度定级、标识的木产品。同一树种或数种组合的木材被划分为不同的强度等级。北美地区方木、锯材以及胶合木等工程木,也都是标准化、工业化生产的木产品.(这些木产品类似于我国钢材或型钢产品）。我国对各树种或树种组合的木材也规定了材质等级。例如，将原木、方木和板材按外观质量划分为三个等级，但对其强度指标不作区分,仅规定了不同用途，即缺陷少、纹理直的木料用于受拉和拉弯构件，差一点的用于受弯构件,更差的用于受压或受力很小的构件。实际上，木材的各类缺陷对其强度的影响往往超过树种强度等级的影响。按标准化、工业化生产的木产品,采用既考虑树种又考虑木材品质等级的方法划分木材的强度等级,能更合理地利用木材资源,符合现代木结构发展的趋势。中国木结构的历史是辉煌的,未来是光明的，但复兴之路任重道远。愿我们共同努力，促进我国木结构事业的发展，为我国木结构事业的复兴作出应有贡献。