胡天照
吕梁市建筑勘察设计院
摘要 木结构曾经作为主流的建筑材料使用，但随着时代发展，木材受限于自身的缺陷，逐 渐被钢筋混凝土、钢结构等新型建筑材料替代。然而在新时代，人们环保意识逐渐增强，木 构建重新受到重视。体育建筑作为部分城市的名片，较多的使用木结构展现新时代城市面貌。 关键词
木结构、体育建筑、大跨度结构
1 背景
改革开放以来，我国的体育得到了蓬勃 的发展。在学校体育、大型赛事中，体育建 筑占据了很重要的作用。很多新颖的体育建 筑成为了城市的名片。然而，随着国家可持 续发展的要求，从粗旷型的扩张逐渐转变为 精细化的增长。作为城市名片的体育建筑也 面临着转型发展，而木结构作为绿色节能的 理想材料，得到了越来越多的重视。
2 国内外研究进展
2.1 国外木结构发展 在希腊早期，西方使用木材建造各类建 筑物。但木结构易燃易腐蚀，随着制陶业的 发展，人们开始采用陶片保护木材建筑。到 公元前七世纪，陶片贴面的木材建筑已逐渐 成为主流。而木结构最开始的形式是两根木 材按“人字形”摆放，中间用水平杆件连接。 随后慢慢发展出穹顶、拱形、桁架等建筑形 式。在公元 140 年左右，人们已经掌握很强 的木桁架技术，有完整记载的木桁架出现于 罗马帝国时期建造的万神殿柱廊上，此时木 桁架已经有超过 20 米的跨度。在公元 5～ 10 世纪，西欧各国开始闭关自守，罗马曾 经的大型建筑不适应西欧国家的使用需求， 人们转而使用木屋架建造房屋。拱券技术也 因此渐渐失传，仅仅在意大利部分地区保留 下来这种技术。但使用木屋架特别容易发生失火的问题，而拱券技术也重新从意大利传 遍了西欧各地，教堂开始重新使用拱券技术 建造教堂。在 10～12 世纪，逐渐形成了“罗 马风”建筑。随后在 12～15 世纪，这种罗 马风格进一步发展，形成了哥特式建筑。15、 16 世纪，俄罗斯成为一个强盛的国家。但 民众使用木结构建造房屋的方式与西欧国 家不同，采用圆木堆叠作为承重墙，连接处 采用榫卯结构。 屋顶采用较陡的坡面，便 于清扫积雪。
现代木结构建筑在加拿大、美国等北美 洲国家使用较多。加拿大木结构建筑已成为 主流。在美国，新建造的房屋中，木材的使 用接近 90％。随着能源加剧短缺、环保意 识增强，这些北美发达国家逐渐采用轻型框 架结构。这种结构用料节省、受力合理，可 以大规模的生产。随着材料力学、结构力学 等理论的发展，木结构也逐渐向薄壳、网架、 悬索结构等新型大跨结构发展。
2.2 国内木结构发展
我国传统的木构件按照使用方式，分为 “抬梁式”和“穿斗式”两种。到了隋、唐 时，抬梁式建筑已经成为我国木结构的主流。 在官方使用的建筑以及纪念性建筑中，往往 采用抬梁式。然而我国木结构的使用虽形式 多样，但对木结构的加工往往采用直接对原 木切割。因此木材的性能主要却决于树木的 种类。
到 20 世纪 80 年代，我国的林木行业的 发展与国外仍有较大差距。木材加工的企业数量多、规模小、整体水平不高、对木材的 利用率低，且人造木的技术含量低，抗压和 抗弯性能均比较差。此外我国的木材资源结 构不合理，幼林占森林资源约 70％。而且 我国《木结构设计规范》规定使用木结构的 建筑不宜超过 3 层，因此土地利用率较低。 但随着近年来，国家对可持续发展的倡导， 大力支持建设绿色环保节能的建筑，木结构 建筑的设计资料和规范逐渐完善，为工程技 术人员在设计和建设木结构建筑提供了理 论依据。
3 木结构的优缺点
3.1 木结构的优点 第一，环保、可持续。与钢筋混凝土、 钢结构等建筑材料相比，木材在加工和使用 过程中的能耗低污染小，而水泥和钢材的生 产中不可避免的产生温室气体以及其他有 害污染。而且木材是唯一可以再生的重要建 筑材料，因此更符合国家的可持续发展战略。 在木材废弃后，可以通过自然降解处理。反 观钢筋水泥的处理则不易被自然降解，而是 需要耗费更多的财力。
第二，施工周期短。现代木结构已经实 现了工厂预制到现场装配的流水施工，这样 的施工对气候适应能力强，因此施工速度比 混凝土和砌体结构要快得多，从而节省了很 多的人力成本。一个有经验的公司，就按造 一座常规的三层单户住宅，只需要 11 周左 右。
第三，隔热性能好。木材本身是蜂窝状 结构，是热的不良导体。其隔热性能是混凝 土的 15 倍，钢材的 300 倍，空心砖的 4 倍。 在建筑中使用木结构，可以节约用于采暖和 空调的用电量。与混凝土结构相比，木结构 建筑可节能 60％左右。因此木结构更容易 达到高标准的节能要求。 第四，抗震性能好。木材自身密度小自 重轻，而且具有一定的柔性。在地震发生时， 只会产生微小的变形和晃动，而不会出现整 个主体结构的散架。 第五，设计灵活。木材强度高、重量轻， 而且易于加工。因此木结构几乎适用于所有 的建筑风格、价格区间、使用功能以及装饰 风格的要求。可以通过较为经济的方式添加 凸窗、阳台等设计，使得造型师在不超过预 算的情况下，尽可能满足环境和市场需求的 建筑风格。
3.2 木结构的缺点
第一，易腐蚀。木材本身的蜂窝状结构 导致其有多空隙的特点。因此在地下水位较 高的地方，建筑底部的木材容易被侵蚀。在 施工过程中，需要特别注意木材的防腐处理。 由于不同种类的木材对防腐药剂的吸收效 果不同，因此防腐能力会有差异。在使用防 腐药剂时，要注意根据木材的种类区别对待。 同时应在建筑底部加设防潮层。
第二，易虫蛀。木材容易受到白蚁、天 牛等虫蛀，在使用前应使用硫酸铜兑温水刷 一遍木材表面。木材已被虫蛀的地方，在刷 完硫酸铜晾干后，再刷一边高浓度杀虫剂， 然后重新刷一遍硫酸铜溶液。
第三，易燃性。木结构燃点低，因而纯 木结构建筑有火灾隐患。因此可以采用难燃 的胶木板作为建筑材料。还可以与砌体结构、 钢筋混凝土结构等难燃材料混合使用，减小 火灾隐患。合理布置水电管线，进一步减小 火灾发生的可能。
4 木结构当下应用方式
4.1 胶木结构
胶木结构近几年发展较火。与钢结构相 比，胶木结构自重轻，耐火性能好且耐腐蚀 性能良好。此外还具有绿色环保等优点。胶 木结构包括定向刨花板（OSB）、单板层积 材（LVL）、交错层压木材等（CLT）等。
定向刨花板的上下两个表面按照纤维 方向纵向排列，而芯层刨花横向排列组成三 层的结构板陪她，再经过热压形成。
单板层积材生产工艺与胶合板类似，只不过在后期阶段采用组胚、热压等进一步处 理木材。板材本身除了具有胶合木的优势外， 还具有良好的抗蠕变能力和经济性。
交错层木材是一种新型的木制建筑材 料。采用窑制的杉木，加工成长方体，再按 照横纹和竖纹交错叠放，并用高强度胶合成 一个整体。交错层木材可按照需求定制面积 和厚度，具有良好的抗震性能。
4.2 钢木结构
钢木结构是混合使用木材料和钢材料， 从而完成建筑的建造。这种混合结构比传统 的木结构建造的房屋有更长的使用寿命并 且有很高的强度。与钢结构相比，又具有更 灵活的结构形式。在节点位置上，既可以采 用铆钉加固，也可以采用传统的榫卯结构。 在跨度较大的钢木结构中，节点的加固可以 提高建筑整体的抗压、抗震性能。
5 木结构应用举例
在现代建筑中，大型结构的建筑已经成 为主流。随着结构力学、材料力学等理论的 发展，人们不断追求更大的建筑，更长的跨 度。而在大跨领域中，钢筋混凝土和钢结构 占据主导地位，传统木结构逐渐被淘汰。随 之而来的胶木结构、钢木结构等新型木结构 的出现，为大跨木结构的出现奠定了物质基 础。
位于四川省乐山市苏稽新区的乐山奥 林匹克中心项目中，采用了张弦胶合木拱架 作 为 比 赛 区 的 屋 盖 。 屋 盖 的 平 面 为 107.8m×56.7m 的长方形，采用左低右高的 坡屋面，屋盖高差约 6m。屋盖结构是采用 了 13 榀张弦胶合木拱架，各榀框架之间间 隔 8.4m，并通过系杆连接在一起。在平面 外设置交叉钢构件保证稳定性。单榀框架的 跨度是 57.6m，矢高为 5.0m，矢跨比为 1/11.52。胶合木采用 S1 等级的落叶松。 经过受力分析发现，张弦胶合木拱架结构同 时具有预应力拉索和胶合木结构各自的优 点，具有优越的力学性能，结构刚度大、自 重轻，整体性好。因此适合防腐要求高的游 泳馆屋盖结构。
位于美国华盛顿州塔科马市的体育馆 中，采用了木结构的穹顶。穹顶的直径为 162m，最高处距离地面 46.5m。穹顶结构 包括重复的三角形木构架，这些木构架交织 在一起形成一个巨大的弧形结构，因此可以 承受相当大的荷载。这些木构架采用 200m ×600mm 的胶合木梁，每根梁被弯曲成弧形， 用来适应穹顶表面的弧线。与传统建材，特 别是混凝土相比，木穹顶整体比较轻盈，且 具有良好的保温效果和隔音性。
6 结语
木结构本身的可再生性和节能环保的 特点，使其成为新时代绿色建筑的理想材料。 木材曾经的受力不足、易燃等缺点也随着时 代的发展逐渐得到弥补。但现在在公共建筑， 特别是体育建筑方面的应用还比较少，主流 材料依旧是钢筋混凝土。木结构在体育建筑 中依旧有较大的发展空间。体育建筑与木结 构结合，不但可以带来新颖的建筑效果，而 且也具有更好的经济性。
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