木結構

木結構( wood structure)是以木材為主製作的結構，但由於受自然條件的限制，我國木材相當缺乏，僅在山區、林區和農村有一定的採用。

基本介紹

• 中文名：木結構
• 外文名：timberwork
• 套用：低層建築
• 保護措施：防火，防腐，防蟲

簡介

用木材製成的結構。木材是一種取材容易，加工簡便的結構材料。木結構自重較輕，木構件便於運輸、裝拆，能多次使用，故廣泛地用於房屋建築中，也還用於橋樑和塔架。近代膠合木結構的出現，更擴大了木結構的套用範圍。

木材受拉和受剪皆是脆性破壞，其強度受木節、斜紋及裂縫等天然缺陷的影響很大；但在受壓和受彎時具有一定的塑性。木材處於潮濕狀態時，將受木腐菌侵蝕而腐朽；在空氣溫度、濕度較高的地區，白蟻、蛀蟲、家天牛等對木材危害頗大。木材能著火燃燒，但有一定的耐火性能。因此木結構應採取防腐、防蟲、防火措施，保證其耐久性。

歷史沿革

中國是最早套用木結構的國家之一。根據實踐經驗採用梁、柱式的木構架，揚木材受壓和受彎之長，避受拉和受剪之短，並具有良好的抗震性能；建於遼朝(1056年)的山西省應縣木塔（見彩圖），充分體現了結構自重輕、能建造高聳結構的特點。在木結構的細部製作方面，採用乾燥的木材製作結構，並使結構的關鍵部位外露於空氣之中，可防潮而免遭腐朽；在木柱下面設定礎石，既避免木柱與地面接觸受潮，又防止白蟻順木柱上爬為害結構；在木材表面用較厚的油灰打底，然後油漆，除美化環境外，兼有防腐、防蟲和防火的功能。

中國的木結構建築在唐朝已形成一套嚴整的製作方法,但見諸文獻的是北宋李誡主編的《營造法式》，是中國也是世界上第一部木結構房屋建築的設計、施工、材料以及工料定額的法規。對房屋設計規定“凡構屋之制，皆以材為祖。材有八等，度屋之大小，因而用之”。即將構件截面分為八種，根據跨度的大小選用。經按材料力學原理核算，當時木構件截面與跨度的關係符合等強度原則，說明中國宋代已能通過比例關係選材，體現出梁抗彎強度的原理。與梁、柱式的木構架溶為一體的中國木結構建築藝術別具一格，並在宮殿和園林建築的亭、台、廊、榭中得到進一步發揚，是中華民族燦爛文化的組成部分

發展

木材作為一種永恆的建材，古老而又現代，木結構建築在風格特性上與城市特點相呼應，彰顯人文特點。天然材質使建築具有一種特別的親和力，消除建築本身作為外來物的冰冷感覺，木結構建造的靈活性可以充分發揮個性化，人性化特點。木結構在園林景觀中的套用更有利於結合中國文化特點，煥發歷史神韻又不失現代氣氛.木結構建築將為中國建造的不僅是可供使用的建築實體,更成為一座座人文景觀。

在中國，隨著“天保”工程的實施，大部分地區已嚴禁砍伐樹林。從美國進口木材可填補由此造成的缺口。美國所有出口的木材產品均來源於經認證的美國於可持續開發的森林資源。結構用鋸材和工程木產品強度高，模數體系齊全，以及完善的分等分級規定，能滿足各種從單體住宅等小型建築到體育館和橋樑等大型建築的多種需要。

分類介紹

木結構按連線方式和截面形狀分為齒連線的原木或方木結構，裂環、齒板或釘連線的板材結構和膠合木結構。

齒連線的原木或方木結構

以手工操作為主的工地製造的結構。加工簡便，發展最早，套用也最廣。在中國套用最多的也是這種結構形式。

原木或帶髓心的方木在乾燥過程中，多發生順紋開裂。當裂縫與桁架受拉下弦連線處受剪面重合時，將降低木結構的安全度，甚至導致破壞。故在採用原木或方木結構時，應採取可靠措施，儘量減少裂縫對結構的不利影響。

原木和方木截面較大，乾燥費時，所以製作時只能採用截面內外平均含水率不大於25%的半乾材。半乾材在安裝後逐漸乾燥到與空氣中的相對濕度平衡時，將產生橫紋乾縮，並在節點處產生的橫紋或斜紋承壓變形偏大，再由於齒連線手工操作的偏差，致使原木或方木結構的變形較大。

原木或方木桁架的下弦除了開裂的影響之外，還常因所供應的木材質量偏低，難以選得符合受拉構件材質標準的木材。為了保證原木或方木結構的安全可靠，在中國大量推廣套用鋼材作下弦和拉桿的鋼木桁架。以保證結構的安全可靠，並在一定程度上提高了結構的剛度，減小了變形。

裂環、齒板或釘連線的板材結構

由厚度在10厘米以內的木板組成的結構。木板厚度小，能在短期內乾燥，結構的變形較小，且木板又無完整的年輪，在乾燥過程中切向和徑向收縮率不一致所引起的翹曲可用加壓的方法控制；乾燥不均勻引起的內應力很小，即使產生裂縫，因開裂程度輕微，不影響結構的安全。。

裂環連線的板材結構

裂環能傳遞較大的內力，既能用於節點連線，又能用於接頭的連線；裂環能標準化生產，環槽可用機具開鑿，可使木結構的製作進入工業化生產。

裂環通過環槽承壓和連線靠木材受剪傳力，其安全度受脆性破壞的木材抗剪強度控制。裂環安裝後處於隱蔽狀態，不易檢查。因此被齒板逐漸取代。

齒板連線的板材結構

衝壓而成的齒板用油壓機直接壓入木材，製造簡便，與裂環連線相比，具有較高的緊密性，減小了結構的變形，且便於檢查。齒板通過眾多的齒分散承壓傳力，有很好的韌性，比裂環連線可靠。國外多將齒板套用於桁架節點和接頭的連線。

釘連線的板材結構

多在工地製造，由於加工方便，可以製成弧形桁架等合理的結構形式，在蘇聯套用較多。中國曾用於體育館、倉庫等跨度較大的屋蓋結構。由於釘連線的後期變形較大，套用受到一定的限制。

膠合木結構

包括層板膠合結構和膠合板結構。由於膠合木結構能較好地利用木材的優點和克服其缺點，使木材在結構中的套用更為合理，所以在一些技術發達的國家得到較大的發展，而成為木結構的主要形式。多用於大跨度的房屋。美國相繼建成直徑為153米、162米及208米的膠合木圓頂。

此外，將木材旋切成3～10毫米厚的單板,木紋相互平行層疊熱壓膠合成30～50毫米厚的板材稱為密層膠合木，可用以製成各種構件或結構。密層膠合木的問世使膠合木結構的套用達到新的高度。如建於1976年跨度為122米的密層膠合木筒拱,用於美國愛達荷州立大學足球場的屋蓋，上、下翼緣採用由16層單板膠合厚度為45毫米的密層膠合木。圖為在吊裝筒拱。

螺栓球節點連線的木結構

螺栓球節點連線的木結構是於2010年提出的新型木結構，其特點在於將木結構同鋼結構雜交，利用木材為主材，鋼結構螺栓球節點為連線，通過鉸接的形式形成空間鉸接桿件體系，從而將木結構的套用領域從傳統房屋拓展到大跨度空間結構。

此項螺栓球節點連線的木結構連線技術，由中國民航大學教師提出並於2012年獲得中國知識產權局專利局的發明專利授權（授權號ZL20101057461.X），是木結構研究領域的最新成果。

唐宋遼木結構建築

1.唐代木結構建築忻州南禪寺
位於忻州市五台縣西南的陽白鄉李家莊附近南禪寺是為止發現最早的唐代木結構古建築，建立於唐代公元782年。唐建大佛殿，為南禪寺主殿，外觀秀麗，形體俊美、古樸。三間正殿高大雄偉，據實際測量，面寬十一點六二米，進深九點九米。方整的基台幾乎占了整個院落的一半，大殿三間見方，單檐灰瓦歇山頂，全殿由由台基、屋架、屋頂三部分組成，共用檐柱12根，殿內沒有天花板，也沒有柱子，梁架製作極為簡練，牆身不負載重量，只起隔擋的作用。屋頂重量主要是通過梁架由檐牆上的柱子支撐。檐牆起間隔內外和防禦風雨侵襲的作用。四周各柱，柱頭微向內傾，與橫樑構成斜角；四根角柱稍高，與層層迭架、層層伸出的斗拱構成“翹起”。即使梁、柱、枋的結合更加緊湊，增加了建築物的穩固力，又使出檐深而不低暗，使整個大殿形成有收有放、有抑有揚、輪廓秀麗、氣勢雄渾的風格，給人以莊重而健美的感覺。屋脊兩端裝飾著鴟吻。全殿結構簡練，形體穩健，莊重大方，體現了我國中唐大型木構建築的顯著特色。正殿重建於782年（唐德宗建中三年），是我國現存最古老的唐代木構建築，堪稱國寶。殿內的一根大平樑上面，保存有不十分明顯的墨跡：“因舊名（時）大唐建中三年……重建殿法顯等謹志”，是此殿重建年代的佐證。推算起來，距今已一千二百多年了。
2.唐代木構建築五台山佛光寺（公元857年）。
佛光寺是現為中國現存排名第二早的唐代木結構建築，建於唐代大中年間，公元857年。佛光寺全稱是佛光真容禪寺，位於山西省五台縣城東北30公里佛光山中。寺內唐代木構大殿、彩塑、壁畫、墨書題記、金建文殊殿、魏唐墓塔、唐石經幢等，都是具有高度歷史、藝術價值的珍貴文物。1937年建築學家梁思成和林徽因夫婦發現佛光寺的，這是最早標註中國古代建築發展歷史的唐代古建築。
3.遼代木構建築薊縣獨樂寺（公元987年）
獨樂寺是遼代木結構建築，位於中國天津市薊縣西大街是中國僅存的三大遼代寺院之一，也是中國現存著名的古代建築之一。獨樂寺占地總面積1.6萬平方米，寺內現存最古老的兩座建築物山門和觀音閣。山門面闊三間，進深四間，上下為兩層，中間設平座暗層，通高23米，是國內最古老的高層木結構樓閣式建築。獨樂寺為“上承唐代遺風，下啟宋式營造，實研究我國（中國）建築蛻變之重要資料。
4.遼代木結構建築華嚴寺
華嚴寺是國內現存唯一的遼代木構建築模型，具有重要的科學研究價值，被建築學家梁思成稱為海內孤品。華嚴寺位於中國山西省大同市大西街，因佛教華嚴宗而得名，寺內有遼代的薄伽教藏殿和金代的大雄寶殿以及諸多彩塑，具有極高的文物價值和藝術價值。
華嚴寺歷史上曾分為上、下寺兩處獨立的寺院，
上寺的主殿為大雄寶殿，建於金天眷三年（1140年），單檐廡殿頂，面闊九間，是中國現存最大的遼金時代佛殿。
下寺的主殿為薄伽教藏殿，建於遼重熙七年（1038年），單檐歇山頂，面闊五間，殿內的藻井、壁藏和31尊塑像是遼代的原物。

5.興隆寺轉龍藏殿（公元1052年）
河北省正定縣興隆寺建立於公元1052年，轉輪藏格，轉輪藏格始建於北宋，這座轉輪藏格直徑為7米，分為藏座藏身藏頂三部分，中間設一根10.8米的木軸上下貫穿。轉龍藏殿全是木結構藏經閣，是中國規模最大，保存最完好的木結構藏經閣。

6.應縣木塔。又叫佛宮寺釋迦塔，此木結構古建築建於遼清寧二年（公元1056年），金明昌六年（公元1195年）增修完畢。是中國現存最高最古的一座木構塔式建築。釋迦塔塔高67.31米，底層直徑30.27米，呈平面八角形。全塔耗材紅松木料3000立方米，2600多噸，純木結構、無釘無鉚。塔內供奉著兩顆釋迦牟尼佛牙舍利。應縣木塔位於山西省朔州市應縣城西北佛宮寺內。

保護措施

防火

對木結構及其構件的防火主要是測定其耐火極限，並根據建築物耐火等級的要求，採取提高木構件耐火極限的措施。木構件的耐火極限，是指某種構件在專門的爐中,按模擬火災溫度(700～1000°C)的火焰進行燃燒，從開始到失去其原有的功能（對承重構件就是失去承載能力）的時間。如用厚度為 5厘米的方木膠合的門扇，其耐火極限為 1小時；截面為17×17厘米的木樑，其應力達到10兆帕，耐火極限為40分鐘；截面為15×15厘米，高3.5米，應力達到4兆帕的木柱，25分鐘後才破壞；而截面為29×29厘米的木柱，應力達6 兆帕，50分鐘後才破壞。由此可見，木構件是具有一定的耐火性能，特別是截面較大的構件。這是因為木材是由中空的細胞組成，熱導率較小。並且木材在燃燒過程中，在表面形成一層木炭，而木炭也有良好的隔熱性能，因而減慢了木材的熱分解。

木構件在火災作用下，前2分鐘是著火燃燒,在此後的8分鐘內的炭化速率約為每分鐘0.8毫米，由於形成木炭層,在這以後炭化速率減慢到每分鐘0.6毫米。不同樹種的炭化速率有一定的差別。木構件的耐火，除試驗測定外，還可以根據已掌握的不同樹種的炭化速率進行算。

對於無保護層的木構件來說，應儘量採用截面尺寸較大的整體木構件,以提高耐火極限。試驗證明,層板膠合構件的耐火性能與整體截面的木構件相似。所以採用截面大的層板膠合木結構，有利於。提高木結構的耐火極限有兩個途徑,一是加抹灰層或石膏板,如30×30厘米的木柱加2.5厘米的鋼絲網抹灰層,其耐火極限可提高到1.5小時,另一是採用防火藥劑浸注或塗防火漆，如丙烯酸乳膠防火漆，在100～200°C的溫度下能分解出磷酸使木材脫水炭化,減少可燃氣體的形成，在250°C左右能膨脹起形成蜂窩狀的防火隔，做到小火不燃，以防止初期火災的擴展，一經離開火焰即能自行熄滅

防腐

木材腐朽是受木腐菌侵害的結果。木腐菌體內的水解酶能將組成木材細胞壁的纖維素、木質素及細胞內含物分解作為養料，使木材的強度逐漸降低，直至失去全部承載能力。

木腐菌的生長必須同時具備下列三個條件：木材含水率高於18%；溫度在 2～35°C的範圍內；有氧氣供應。如能去除其中之一，即可防止腐朽。中國有“千年不爛井底木”的古話，是說明木材在水中缺氧而不腐。木結構與人類生活分不開，溫度和氧氣無法排除，只能將木材含水率控制在18%以內，即使其處於乾燥狀態，防止木腐菌的侵蝕。因此，要求木結構各個部分，特別是支座節點等關鍵部位，要處於通風良好的條件下，即使一時受潮，也能及時風乾。故在設計木結構時，首先要考慮結構的構造防腐措施：如設定隔溫頂棚的木屋蓋，必須將頂棚吊在木屋架下弦下面，並使下弦底面與隔溫層保持一定距離，使整個屋架位於同一溫度場內。如將隔溫層置於木屋架下弦之上，則只好將屋架的支座節點砌在牆內，構成封閉的空間，以保證隔溫層下面的正溫度場的良好效果。但當屋檐稍有滲漏，就能浸濕支座節點，由於處於封閉狀態，難以短期風乾。木材只要在一定的時間內含水率高於18%,木腐菌就能生長,而木腐菌在繁殖過程中將要排出數倍於原來用以維持生長的水分，濕潤毗鄰的木材，產生惡性循環，使腐朽蔓延。過去不少木屋架的支座節點曾因此而嚴重腐朽毀壞，甚至引起整個屋蓋的塌倒。

埋入土中的木電桿或木樁，在土層表面上、下一個區段內，被土中的水分侵濕，又有氧氣供應，所以遭致腐朽。深埋於土中的部分不腐的原因是缺氧。地表以上較高部分不腐的原因是缺水（即含水率低於18%）。因此，對於經常受潮或間歇受潮的木結構，以及不得不封閉在牆內的木樑端頭或木磚等，都必須用防腐劑處理以防木腐菌繁殖生長。

防腐劑是由具有一定毒性的化學品配製的，分水溶性、油溶性、油類及漿膏等幾種。對於經常受潮的木構件,宜採用屬於油類防腐劑的混合防腐油，也稱蒽油,由煤雜酚油（即木材防腐油）和煤焦油配製，遇水不易流失，藥效較長。瀝青在外觀上呈黑色粘滯狀，與蒽油類似,常被誤用作防腐劑。但瀝青只能防水而不能防腐,用瀝青塗在未經乾燥的木材上，則適得其反，阻礙了木材的風乾。

不同的樹種木材，由於細胞的內含物不同其耐腐性也有差別。馬尾松、樺木等即屬於耐腐性差的樹種。

防蟲

蛀蝕木材的昆蟲主要有白蟻和甲蟲。白蟻的危害較甲蟲廣泛而嚴重。

白蟻是一種活動隱蔽，過群體生活的昆蟲。在世界上共有2000多種，在中國也有近百種之多，主要分布於長江流域和南方溫暖潮濕地區。白蟻以木材為主要食料，也離不開水分，且其生活有畏光性，到巢外取食，都在泥土築成的蟻路中行進。故常在有木構件或木製品而靠近水源的地方築巢。因此廚房、浴室等處陰暗潮濕部位的木構件最易受白蟻蛀蝕。

在中國常見的危害木材的甲蟲是家天牛、家茸天牛、粉蠹和長蠹。天牛以木材的纖維為食，幼蟲在木材內蛀成坑道，老熟後在坑道末端成蛹，成蟲羽化後向外咬一橢圓形孔飛出。主要危害木麻黃等闊葉樹材。粉蠹及長蠹以木材的澱粉和醣類為食，故以危害闊葉樹材的邊材為主。成蟲喜在木材表面的管孔中產卵。因此管孔較大的櫟木、山核桃、刺槐等樹種受害最烈。幼蟲將木材內部蛀成粉末狀，只剩下一層薄薄的外殼，表面上小蟲眼密布，其周圍常有粉末狀蛀屑。

甲蟲主要侵害含水率較低的乾燥木材，而白蟻對潮濕的木材為害較烈。所以採取構造上的防潮措施，使木構件與水源隔斷,對減小白蟻的危害,有一定的效果。但構造上的防潮對防蟲僅是一種輔助措施，凡是有白蟻或甲蟲的地區，木結構和木製品均套用防蟲藥劑處理。

楠木、紫檀、柚木等樹種有較強的抗白蟻性，杉木、柳杉、樟木等也有一定的抗白蟻性，但多數樹種木材皆易受白蟻危害，如馬尾松最易受白蟻蛀蝕。所以對於易受白蟻危害的樹種木材製作的木結構或木製品，都要用防蟲藥劑處理。

為了保證木結構的耐久性，世界各國都採用既能防腐又能防蟲的藥劑。如用硼酸、硼砂和五氯酚鈉配製的硼酚合劑，是一種水溶性的藥劑，可將木構件浸泡在藥劑的水溶液中，若每立方米木材能吸收4.5～6千克的藥劑(乾劑重量)，則能達到防腐防蟲的目的。由於這種藥劑遇水容易流失，故只宜用於不受潮的木構件。對易受潮的木構件

規範

《木結構工程施工質量驗收規範》 已實施

《膠合木結構技術規範》 已實施

《木結構工程施工規範》實施

《輕型木桁架技術規範》 已實施

中國北京木屋木結構展覽會

黨的十八大報告中明確提出要加強“生態文明建設”，2013年“兩會”期間，國家又吹響“建設美麗中國”的偉大號角，這一舉措，將會催生中國木結構建築行業爆發式發展！為了進一步引導我國木結構建築的科學建設和市場推廣，促進木結構建築產業鏈的發展並與國際先進水平接軌。“2014第四屆北京國際木結構建築及裝飾配套設施展覽會”將邀請更多權威機構鼎力加盟！美國、日本、芬蘭、加拿大、挪威、瑞典、丹麥等國家將通過行業組織組團來華參展！本屆展會將於2014年3月28日-30日在北京全國農業展覽館及正門廣場隆重舉行，預計展覽面積將達到32000平方米、300家企業參展，展會設室內、室外兩大展區。展會期間，組委會還將舉辦豐富多彩的木結構相關配套活動！

發展前景

木材是一種再生的天然資源，且人類習慣使用木材已有悠久歷史，在對木材的防腐、防蟲、防火措施日臻完善的條件下，充分發揮木材自重輕、製作方便的優點，做到次材優用，小材大用，提高木材的利用率，除繼續用於一般建築外，在大跨度建築屋蓋結構方面有其一定的前途。

木結構建築已成為我國休閒地產、園林建築的新寵。許多建築、園林設計公司，已經開始將木結構建築作為體現自然、增加商品附加值的首選。隨著國外部分木結構生產、經營企業的進入，帶來了新工藝和新的設計理念，極大地促進了國內木結構建築行業的發展，一些國內起步較早的木結構製造商、防腐木生產企業也日漸壯大。國內木結構生產、經銷商數量一直保持著上升趨勢，近一、兩年來上升幅度最大，這些企業遍布全國各地。隨著我國休閒城市園林綠化建設的快速推進，加上人們對回歸自然、提高生活品質的要求越來越高，以及上海世博會大量推廣的節能低碳竹木結構建築，引發國內竹木結構需求量進一步增加。

中國木結構建築產業展覽會繼續以全面推動國內木屋木結構建築產業的發展，促進國內外木屋木結構建築產業的交流與合作為宗旨；是國內木屋木結構建築產業與國際木屋木結構建築產業交流、互動的促進機會；是國際國內先進技術、新穎時尚的木屋木結構建築產品和服務的極佳發布視窗，為政府、開發商、設計單位、承建單位、供應商和賣家提供技術交流，商業合作以及市場拓展的寶貴平台。由加拿大聯邦政府自然資源部、上海市住房保障和房屋管理局、加拿大卑詩省政府林業發展投資處、加拿大木業協會共同舉辦的“關於現代木結構建築在中國取得的顯著發展”研討會在上海舉行。上實地產控股集團作為大會邀請的唯一開發企業參加會議。