木结构在住宅建筑工业化背景下的设计探索

2018-02-06张海燕倪绍焜

建材与装饰 2018年5期

陈烨张海燕倪绍焜

（南京工业大学建筑学院江苏省南京市 210000）

引言

在社会化大生产的背景下，进行住宅工业化设计是一种进行住宅生产、经营的新的建造方式和组织形式。目前，我国住宅建筑工业化建设也已经进入了一个新的发展阶段，国家相关部门也在国民经济发展计划中制定了“节能减排”、“绿色环保”的工作任务。在住宅建设方面，合理的利用资源，保护生态环境，从而实现节能、减排、节材等方面的要求。随着这些措施的逐步落实，就意味着在我国发展环保节能的新型住宅将已经是未来中国住宅发展的大趋势。与其他结构类型的建筑相比，现代木结构住宅具有施工周期短、节能环保性能好、保温隔热性能好、抗震性能好、易于扩建等优势，能够在节能减排等方面顺应国家的要求，满足使用者的需求。

1 近期我国建筑工业化规范发展

近年来，随着我国城市化过程的加快，各级政府的高度重视发展建筑工业化，不断出台了相关政策，为我国建筑工业化的发展制定了一些列的规范、法则，促进建筑建造方式由传统向现代工业化转变。自2016年来，党中央国务院连续发布的多个文件中都涉及了大力发展装配式建筑。2016年2月颁布的《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》中提出了要大力发展装配式建筑、大力推广装配式建筑的要求，并且提出力争用10年左右时间，使装配式建筑占新建建筑的比例达到30%。同年9月，国务院发布的《关于大力发展装配式建筑的指导意见》（国办发[3016]71号），更是全面系统地提出了推进装配式建筑的目标、任务和具体措施。2017年2月，又发布了《国务院办公厅关于促进建筑业持续健康发展的意见》（国办发[2017]19号），也把装配式建筑作为发展的一个重要内容。2017年4月，住房城乡建设部发布了《建筑业发展“十三五”规划》（建市[2017]98号），依然把建造方式的转变、推广装配式建筑作为重点。

2 木材在现代建筑中的运用

近年来，现代木结构建筑快速兴起。木材被大量运用于室内装饰中，同时也在建筑结构上发挥了巨大作用。除了天然木材得到广泛运用之外，新型木复合材料，如结构胶合材、层板胶合材、木“工”字型梁等也顺势而生，与此同时出现的一大批现代木结构的构筑方法、设计理论体系也为现代木结构的发展带来新的契机。日益发展的科学技术为我们设计提供牢固的技术支持，同时也为设计的发展更新提供依据。

依据结构体系不同，现代木结构大致可以分为以下两种类型；梁柱木结构体系和轻型木结构体系。

梁柱木结构体系（又称柱式框架结构）应用较为广泛，在很多建筑中都有所涉及。由于梁、柱之间的跨度较大，这种结构形式可以实现大跨度空间，空间划分灵活。在绿色住宅设计中，一般需要考虑在全生命周期内对住宅空间进行设计，这就要求设计师在空间设计时选择合理的结构形式。

轻型木结构体系是一种非常安全的高次超静定的结构体系，在这个结构体系中用尺寸较小的木构件，按照等距离形式并且按照一定秩序排列成骨架结构形式，常由建筑物的墙面板、楼面板、屋面板等不同构件组成，从而承受不同情况下的各种荷载。这种箱形结构体系，除了安全性较高外，还具有空间灵活性、结构整体性强、结构重量轻、建造施工省时省力等优点，所以常常用来建造民用住宅。

结构用木材按照其加工方式的不同可以划分为原木（Log）、锯木（Sawn lumber）和胶合木（Glued lumber）这三种类型。对于现代木结构，锯木、胶合木和工程木产品的应用广泛。胶合木的出现为提高木材资源的利用率提供了可能，随着生产和技术的不断发展，除了传统上用实木锯材粘结生产的结构胶合木外，现在一些复合结构胶合木也出现在木结构建筑中。

锯材是将树干经过人工去皮、烘干等步骤，按照一定的尺寸要求切成不同的长度、截面形式。现代在锯木生产加工过程中由于各种机器的性能、自动化程度大大提高，生产效率和原材料的利用率也得到了提升。按照其截面的尺寸，锯木又可分为方木、板材和规格材这三类。

胶合木通常奖木材通过施压胶合而成，制成不同截面形式的矩形材和板材。平行木片胶合板（PSL）、旋切板胶合木（LVL）等结构胶合材，具有质量均匀性、稳定性好，强度、可靠度高的优势，使用时不易发生收缩、变形，不易产生裂缝，主要运用于梁、柱等。多层夹板和定向刨花板（OSB）等胶合板主要运用在轻型木结构中的墙体、楼面及屋面面板中。

不得不提的是近年来，交错层压木材的出现丰富了现代木结构的建筑形式。交错层压木材（CLT）是将窑干的杉木指接材通过分拣、切割成木方，然后正交叠放后，再使用高强度材料胶合成实木板材，并且可以按照使用者的要求定制面积和厚度。交错层压木材自身具备防火功能，具有极高的强度并且绿色环保，为木结构建筑提供灵活的设计方案。

3 木结构住宅工业化设计的主要内容

3.1 模块化设计单元

模块化设计是“将有特定功能的单元作为通用性的模块与其他产品要素进行多种组合，构成新的单元，产生多种不同功能或相同功能、不同性能的系列组合”。对于住宅建筑而言，其基本单元模块则为套型。

在住宅的内部，根据不同空间的功能不同都有三种不同类型的空间：一般性生活空间（起居室），特定生活空间（卧室、工作室、厨房、卫生间），以及实用空间（储藏室、过厅、走廊）。借由开放建筑理论，木结构住宅的模块化设计策略主要是将不同功能的单元，经过选择和搭配而组合出个性话的定制产品，满足多样化的需求。

集装箱建筑就是单元模块化建筑的一种，既可单独使用也可组合拼装。Perkins+Will设计公司为尼克森中海油远程工作人员住宿项目设计的木质模块化住宅原型就是一个例子（图1）。这个木质模块居住单元采用交叉层压木材（CLT）为材料，高度节能，耐用，预制性能好，并且建造减少了材料的浪费，绿色环保的同时也保证了住宅的宜居性。

图1 Perkins+Will设计的木质模块单元

使用模块化的设计可以有助于形成系列产品，并且由此推动组件设计标准化，提高工厂建造、生产的效率，大大节省开发和生产成本。对于住宅，可以将标准化的套型模块进行组合，从而得出不同的平面组合形式和建筑形态，从而推导出多种住宅组合类型，为建筑设计的多样化要求和住宅精细化设计提供可能。

3.2 立面设计

由于大量相似单元的重复使用，在立面设计总往往总是出现“千篇一律”、“千楼一面”的现象，建筑的地域性特征和个性化特征大大降低。建筑师在进行立面设计时既要在坚持标准化设计，同时也要在此基础上实现立面多样化、个性化的设计。

充分控制好重复单元的类型与数量，利用好户型组合中标准化、模块化、系列化的特点，形成一定的立面设计上的韵律感和节奏感。运用高低对比、纵横穿插等设计手法，打破现行住宅条状、板式的体积感，努力创造一种新的形式。

实现多样化的立面形式，对于木结构住宅而言可选用不同材质的外墙饰面如：装饰混凝土、清水混凝土、涂料、面砖或石材等等。巧妙运用不同材料的材质属性，打破重复单元的乏味性，从视觉上带来多样化的效果。木材和其他建筑材料的结合使用，既能增加建筑立面的趣味性，又能使建筑更加自然而生动。

4 现代木结构住宅在中国发展的前景

（1）高效利用资源，符合当下绿色环保的时代主题。发展现代木结构住宅建筑有利于缓解我国目前高能耗、重污染的建筑建造情况，可以实现由改变传统粗放的发展模式向绿色环保的新发展模式的转变，可以有效减轻对传统能源的依赖，从而减轻建筑建造过程中对周围环境产生污染。

（2）提高居民的居住质量，改善建筑结构形式。今天我们已经进入“十三五”规划，木结构建筑节能环保、易于施工安装等诸多优点的完全符合现代社会对建筑可持续发展的要求。现代社会中，人们对环境及居住质量日益重视，生活方式也在发生着翻天覆地的变化。结合木结构自身的优势，可以预见轻型木结构住宅在建筑市场中份额的增加。

（3）结构形式灵活，可以满足不同人群、不同地域的各自使用需求。国内市场经济逐渐成型，有大量外资及其相关人员进入中国，房屋消费群体迅速扩大，不同人群对住宅的要求也不尽相同。木质结构住宅结构形式灵活，同时还具有原生态、节能、节材的特点，可以为不同人群和不同地域的市场提供多种选择。灵活可变的结构空间，也使得住宅在全生命周期内可以满足居住者不同时间段的居住需求。