现代木结构在园林建筑中的应用★

张 莹 高 龙 谢嘉彤

(中国科学院国家天文台，北京 100012)

现代木结构在园林建筑中的应用★

张 莹 高 龙 谢嘉彤

(中国科学院国家天文台，北京 100012)

对重型和轻型两种木结构类型进行了介绍，分析了现代木结构常用的木材种类，并对现代木结构应用于园林建筑可能存在的耐火性、防腐性、设计标准统一性等问题进行了探索，提出了一些防治建议。

木结构，园林设计，木材，景观小品

现代木结构采用传统木材为原料，应用胶合等现代处理工艺，主要结构构件采用标准化的木材或工程木产品，构件连接节点采用金属连接件连接的结构形式，突破了传统木结构的诸多限制，分散了原料的自然缺陷，拓展了材料的适用范围，相较传统木结构具有自重轻、灵活性好、抗性强等优点[1-3]。就木制园林建筑而言，传统的结构形式多采用抬梁式或者穿斗式，而现代木结构中采用现代结构理念，使用新型胶合梁结合金属构件，突破了木材作为建筑材料在跨度和承重上的局限，更加稳定，强度更高，同时更加节省原材料。相关研究表明，传统木结构建筑平均每平方米使用木材约0.5 m3～0.7 m3，而现代木结构建筑每平方米仅需0.2 m3～0.3 m3。

中国古典园林中不乏经典的木制园林小品、建筑，其中一些优秀的木结构建筑和小品由于高超的建造技艺和绝妙的造型设计，令人叹为观止[4]，虽然经历了上千年的风雨，依然能屹立不倒。近些年出现并逐渐流行的现代木结构园林建筑作为一种既传统又时尚的形式在园林设计中被越来越多的应用。

1 现代木结构的分类

现代木结构主要分为重型木结构和轻型木结构两大类，前者是指用较大尺寸或断面的工程木产品作为梁、柱的木框架，墙体采用木骨架等组合材料的结构形式，其承载系统由梁和柱构成；后者是指用标准的规格材、木基结构板材建造的木框架结构形式，其承载系统由墙骨柱和木构架墙体构成。

1)重型木结构。由于重型木结构是以木制梁、柱为主要承重结构，跨度较大的木结构，通常适用于在开阔场地建造的大型构筑物。我国传统园林建筑中的亭、廊、榭、楼等都属于这种梁柱式结构，包括在清明上河图中出现的跨度较大的桥梁也属于此类。可见重型木结构在园林设计应用中有着悠久的历史。现代重型木结构中常使用胶合木(也叫胶合层压木材，是一种将单独的规格材在一定条件下胶结在一起制作而成的结构用材)作为主次梁柱及重型桁架的结构部件(见图1)，欧洲在木结构建筑中使用胶合木结构已有数十年的历史，经过多年的技术发展和研究，胶合木已经能够在中性体量的建筑物中完全取代钢结构和混凝土。在建造一些跨度较大的会所、车站、会展中心、廊架、门廊、茶餐厅、咖啡馆和体育馆等景观小品和公共构筑物时应用较为广泛。2010年在上海举行的世博会中瑞典馆、温哥华馆、加拿大馆、挪威馆等都采用了重型木结构的形式。

2)轻型木结构。轻型木结构由使用间隔紧密的规格定型木构件，结合覆面板的墙体、楼板和屋盖系统构成的单层或多层构筑物，是北美住宅常见的结构形式。这种结构类型主要是以钢筋混凝土或砌体为基础，上部结构采用规格材和木基结构板材以及其他工程木产品，其特征类似箱形结构。上部结构与基础之间通过锚栓相接，抗震性能较好，主要用于建造办公楼、商务会所和独栋别墅等。其中以北美轻型木结构较为常见，通常以2×4 m，2×6 m规格板材作为龙骨，外覆结构板材形成剪力墙，内填保温材料并加上防水系统，北美地区90%以上的别墅住宅都采用此种模式建造[5]。

2 现代木结构常用的木材种类

1)花旗松(Pseudotsuga menziesii)。花旗松是一种常见的先锋树种，一般不与其他树种混合生长。其树皮厚，呈红褐色，树干通直且分支点高，树体高度通常达到35 m～50 m，直径可达120 cm或更粗。花旗松是优质软木中最坚固的木材，具有强度高、硬度大和耐久等特点，可产生出长度长、纹理细的无缺陷材和适合再加工的加工用材以及品种繁多的高强度结构用产品。根据花旗松的物理特性和加工特点，其作为结构用材在注重结构性能的领域被广泛使用，特别适合制作成胶合木用于结构构件和重型木结构中的木框架。

2)西部红柏(Thuja plicata)。西部红柏是寿命长、且耐腐蚀、耐虫害的北美软木种类之一，成年树体巨大。其木材重量轻、质地软，纹理均匀，具有笔直的纹理并且不包含树脂。所有这些特性使其木材易于加工处理，对于要求高抗腐蚀性、尺寸稳定性和良好的绝缘值的应用场合，西部红柏是优先选择的树种。由于外观优美、耐久性良好，西部红柏广泛应用于景观美化中，可用于建造平台、花架、围栏、屏风和庭院家具等多种细木工产品。同时，西部红柏能很好的吸收油漆和着色剂，也是护墙板、木饰条的首选木材。上海世博公园外饰面大量使用西部红柏，是国内第一个在公园内大面积采用无节、无色差西部红柏的项目。

3)SPF(云杉—松—铁杉)。加拿大的广袤森林出产了世界上质量最好的软木木材。SPF(云杉—松—铁杉)是加拿大最主要的经济树种，由四类树种组成，分别是白云杉、英格曼云杉、小干松和阿尔卑斯铁杉，由于这四类树种具有极其相似的物理特性，所以通常组合使用。SPF的树种群具有耐寒、中等尺寸等共性，平均26 m高，直径最大800 mm，由于生长在较为寒冷的气候中，生长速度较为缓慢。其木材强度大而且易于加工，经过窑干的SPF木材质量轻，稳定性强，加工性好，纹理漂亮，且供应量充足，是建筑及结构用材的重要选择。

3 现代木结构应用于园林建筑可能存在的问题

3.1 木材的耐火性和防腐性

在使用木结构进行建造时，消防通常是人们较为关心的问题，但与传统概念相悖的是，发生火灾时，木结构比钢筋混凝土或砖结构的安全性更好[6]，图2为由美国国家林产品协会(National Forest Products Association)提供西南研究所(Southwest Research Institute)的测试结果。这主要是由于现代木结构中根据防火需要对材料所做的处理，处理方法主要有以下三种：1)隔离法：现代木结构，尤其是轻型木结构中常使用防火石膏板将木结构部分与火源隔离，这样可以达到与砖石结构相同的防火性能。2)炭化法：木材在燃烧过程中，外层的焦炭层可以起到阻止火焰侵入的作用，而钢结构由于良好的导热和延展性，在火灾中常常因为受热变形导致房屋倒塌，因此木结构比钢结构的耐火性更强。通常现代木结构在选材时会预留耐火碳化层，以花旗松为例，在火灾中的碳化速率约38 mm/h，因此在切割木材时除结构计算所需要的断面尺寸外，需预留1 h～2 h耐火碳化层以应对火灾[7]。3)涂料法：现代木结构可以通过在木材表面喷涂耐火涂料以达到提高耐火性的目的，但由于此种方法成本较高，且涂料脱落会影响美观等原因，在现代木结构中较少使用。另外，防腐处理技术在现代木结构材料中已经比较成熟，主要是将木材的含水率降至15%以下并使用防腐剂，这样可以防止木腐菌的生长，保证木材使用的长久性。

3.2 设计标准的统一性

由于近年来木结构在加拿大、北美等国家应用较多，因此在设计和预制材料的尺寸方面多采用英制(英制与公制的基本换算：1英寸=0.025 4 m，1英尺=12英寸，1 m=39.37英寸)，与我国设计行业所使用的公制不统一。如果用公制进行施工图设计，使用进口英制尺寸的木材作为原材料，则会由于尺寸换算而产生不必要的浪费。因此统一标准，并通过合理设计及选材可以大大节省材料和节约成本。

3.3 抵御外界恶劣环境的能力

由于木材的自然属性，没有进行后期维护的木结构的外观，会随着日光照射、雨水冲刷等发生变化，产生局部开裂、褪色等现象，虽然不会伤及木结构的稳定性和安全性，但会严重影响美观(见图3)。经过对年代较久的现代木结构建筑的观察发现，通常浅色木结构较深色更易褪色变旧。在园林设计应用中，木材靠近地面的部分建议进行特殊的防腐处理，如不经防腐处理而直接在户外应用则必须采用悬挑和细节设计来隔湿防潮，约每隔2年～4年需要对木结构的外立面进行维护保养。

同时，使用木结构建造时要注意防止白蚁等生物对木材的破坏，较为大型的木结构构筑物常采用“装饰层+防火层+防白蚁层+结构层”的结构形式。

4 结语

近年来，现代木结构越来越多地应用于园林建筑中，其克服了传统木结构的局限，具有环境友好、施工周期短、灵活性强、耐久性好等诸多优势，符合可持续利用的基本原则。常用的木材种类包括花旗松、西部红柏、SPF等，根据各自的特性适用于园林设计的不同领域。同时，现代木结构能够很好地应对木结构存在的耐火性差、易腐蚀等问题，在设计时需要注意尺寸规范标准的统一，以及对木结构的长期维护保养。

[1] 轻型木结构住宅与砖混复合保温墙体结构住宅建筑节能及空调供热系统检测与对比研究报告[R].哈尔滨:哈尔滨工业大学建筑节能技术研究所，2008.

[2] Puettmann M E, Wilson J B. Life-cycle Analysis of Wood Products: Cradle-to-gate Lci of Residential Wood Building Materials[J].Wood and Fiber Science,2007,37(Special Issue):18-29.

[3] 中国木结构建筑与其它结构建筑能耗和环境影响比较[R].北京：清华大学国际工程项目管理研究院建筑环境与设备研究所，2006.

[4] 郝春荣.从中西木结构建筑发展看中国木结构建筑的前景[D].北京：清华大学，2004.

[5] Thompson J W, Sorvig K. Sustainable landscape construction: a guide to green building outdoors (2nd ed.)[M].Washington DC: Island Press,2007.

[6] 施煜庭.现代木结构建筑在我国的应用模式及前景的研究[D].南京：南京林业大学，2006.

[7] 严国华,吴建红.浅析在园林景观工程中合理应用木结构措施[J].中国新技术新产品，2011(13):195.

[8] 张 生,郭镇坤.园林生态景观应用中的木结构建筑及设计[J].科技创新导报，2011(26):30.

The application of modern timber structure in landscape architecture★

Zhang Ying Gao Long Xie Jiatong

(ChinaSciencesAcademy,NationalAstronomicalObservatory,Beijing100012,China)

This paper introduced the heavy and light two kinds of wood structure types, analyzed the wood species of modern wood structure commonly used, and explored the fire resistance, non-corrosibility, design standards uniformity and other issues applied the modern wood structure to landscape architecture, put forward some prevention suggestions.

wood structure, garden design, wood, landscape sketch

2014-12-20 ★：国家自然科学基金青年科学基金项目(项目编号：11303062)

张 莹(1986- )，女，工程师； 高 龙(1979- )，男，工程师； 谢嘉彤(1985- )，男，工程师

1009-6825(2015)06-0191-02

TU366.2

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