木結構建筑是重塑建筑行業的未來
10月20日,第一屆國際生物質工程材料與結構應用高峰論壇在我縣舉行,一批國內外專家就“重型預制竹(木)工程材料及其應用”展開了研討,重點討論了各類生物質工程材料的現代化應用。
生物質工程材料包括各種以木材、竹材和農作物秸稈為原料制成的新型工程用復合材料,是可再生、可回收的綠色低碳材料。與會專家均表示,希望通過此次論壇促進中國綠色建材和現代裝配式建筑的發展,推動新型旅游度假區、特色鄉鎮、休閑農莊和多高層木(竹)結構等的建設及節能減排,同時不斷壯大寧海新材料產業。
木材
長盛不衰的建筑材料
木結構建筑,顧名思義就是用木頭搭建起來的房子。借用專業解讀:木結構建筑是單純由木材或主要由木材承受荷載,通過各種金屬連接件或榫卯手段進行連接和固定而成的建筑物。
在人類歷史上,木材因其力學性能和美學上的價值而得到廣泛使用。從最早的小木屋到后來的多層木制建筑,木材已經成為建筑發展史中不可避開的元素。只要有合理的設計和良好的維護,木建筑能夠使用很久。
中國就曾是這種建筑的大國。始建于東漢世祖時期的寧波保國寺,正是以“長江以南最古老、保存最完整的木結構建筑之一”聞名遐邇。山西五臺山的佛光寺大殿,則被認為是大空間方面的傳統木結構建筑代表;山西的應縣木塔,是在高度和層數上很有代表性的木結構建筑。然在漫長的歷史演進中,中國木結構建筑雖然有所變化,但在材料應用上,從未發生過革命性的改變。
在近鄰,盛唐時期全面學習我國的日本,結合本國的自然資源,大規模建造了一批品質良好的木結構建筑。在今天,日本也是世界上使用木結構建筑最為廣泛的國家之一。
另一片集中使用此類建筑的區域在北美。目前,北美地區的木結構建筑占總建筑數的比例在80%以上。這一部分是歷史的原因,最早來到美洲的移民大軍中有很大一部分來自北歐,有崇尚木結構房屋的傳統。另外,在西進運動中,拓荒者就地取材,利用中西部優質的天然木材資源大興土木,有造價便宜、建設周期短等諸多優勢。在這兩個因素推動下,美國人一直保持著使用木結構建筑的習慣。
生物質工程材料現代多層木結構建筑的基石
隨著近年來木結構建筑的研究深入、材料工藝優化,生物質工程材料不再是我們傳統意義上所提的原木,而是經過深度加工之后的復合材料。
上個月,在我縣舉行的第一屆國際生物質工程材料與結構應用高峰論壇上,來自國內外的生物質工程材料專家分享和探討了這種日漸流行的建筑材料。他們希望逐步減少當前鋼筋水泥等不可持續利用建材的使用,著力推廣木(竹)等新型可持續利用的生物質工程材料應用,進一步推進建筑行業的“綠色發展”和“低碳發展”。
來自加拿大的木結構工程師Robert Malczyk在建筑案例分享中介紹了加拿大木材創新與設計中心(Wood Innovation Design Centre Building,WIDC)的設計與建造。據介紹,WIDC樓高8層近30米,建成時是當時世界上最高的木質辦公大樓。大樓建造采用目前最先進的正交膠合木(CLT)搭建,除了金屬連接和基礎,幾乎完全是由木材構成,結構簡單易于建造。Malczyk告訴記者,目前在加拿大,生物質工程材料強度和剛度上已經可以做到比鋼混更好,中國的生物質工程材料雖然還處于起步階段,但是進步非???。
寧波中加低碳新技術研究院有限公司
國際木材科學院院士王建和是寧海人,也是此次研討會的組織者之一。常年從事木結構建筑材料研究的他,兩年前回寧海創辦了寧波中加低碳新技術研究院,公司致力于研發與制造重型裝配式建筑用木結構材料。其中,一款明星產品正是加拿大木材創新與設計中心所使用的正交膠合木(CLT)。正交膠合木不同于普通三夾板,是一種新型的工程木產品,是由正交交錯的層板壓制而成,雙向均能承力,具有力學性能優、耐火性能好等特性,可直接代替鋼筋混凝土預制板用于建筑的墻板、樓板和屋面板,且適合預制和工業化生產,成為高層木結構和混合結構裝配式建筑的首選材料。
正交膠合木壓制示意圖
“我們如今生產的CLT規格材,能夠完全滿足多層建筑的需要,木頭輕但不代表弱,它是柔中帶剛的最好體現。”中加低碳總經理、國務院政府特殊津貼獲得者王正博士介紹說,作為目前寧海唯一一家集研發、中試和生產于一體化的企業,中加低碳的CLT在防腐、防火等方面,又有了很大突破。企業目前還生產一款無甲醛木地板用戶體驗良好,有著良好的市場前景。
記者注意到,在中加低碳辦公園區里,就有兩棟由他們自己生產的CLT搭建起來的裝配式示范建筑,其搭建耗時不過半個月。
政策利好木結構建筑將迎來春天
應該說,在世界建筑體系中,以木結構建筑為主體的中國古代建筑曾獨樹一幟、自成一派,如今我們仍能見到古代遺存下來的精美絕倫的木結構建筑遺產。
但這種房子在今天卻十分少見,保守估計占全國建筑的比例不超過千分之一。這與我國的產業導向有著密切的聯系。經過上世紀五六十年代的大規模用木導致森林覆蓋率大幅度下降之后,我國逐步限制了對木材的使用,特別是在建筑領域的利用。加之城鎮化過程中,“小面積、大利用率”的民用住宅建設思路,讓木結構建筑基本退出城鎮,僅在鄉間能夠偶見幾棟木制民房。
改變來自于國際合作,上世紀90年代后,加拿大開始向我國逐步推介木結構建筑,在不斷擴大兩國木材料貿易規模的同時,為中國的木結構建筑“回歸”提供了必要的物質條件。
另一個消息是,住房和城鄉建設部今年2月發布公告稱,國家標準《多高層木結構建筑技術標準》(GB/T51226-2017)于今年10月1日起實施。記者對比此前實行的國家標準《木結構設計規范》(GB50005)發現,原標準中明確規定木結構建筑不應超過三層,而《多高層木結構建筑技術標準》不僅允許三層以上建筑的建設,還從建筑物高度和建筑物層數對“木結構建筑多層、高層”進行了明確劃分。
除了國家標準的修訂,記者查閱住房和城鄉建設部網站發現,今年9月4日,該部還發出了《關于組織開展中加合作低碳生態城區試點和多高層木結構建筑技術應用工程示范的通知》(建科合函[2017]88號)。通知明確指出,為推動我國城市綠色低碳發展,探索和推廣適合中國的現代木結構建筑技術,要組織開展中加合作低碳生態城區試點和多高層木結構建筑技術應用工程示范。其中,多高層木結構建筑技術應用工程示范包括六層或六層以上純木結構民用建筑和六層或六層以上木混合結構民用建筑。也就是說,在不遠的將來,應用于民用領域的木結構建筑示范就可問世。
“有了這些示范以后,大家就可以充分感受到木結構的安全與舒適。”王正說,國家規范的修訂和國家政策的大力引導,對于常年從事木結構研究的專家學者和生產企業來說可謂打了一劑“強心針”。
王建和院士建議說,寧海目前正在積極打造“全域旅游”,新型度假區建筑應當有自己的特色。他舉例說,森林公園等保護區不允許有永久性的建筑,然而木結構建筑物不僅環境友好度要遠遠高于傳統建筑材料建筑,而且能夠實現便利拆建,這也與我們當前大力提倡的“綠色協調發展”理念相契合。“我們也會向相關部門積極提議,在特色鄉鎮和旅游度假區搭建新式的裝配式CLT木結構建筑。”