摘要：对于建筑而言，纯木本身的自重比较轻，而且也运用运输，甚至还能多次使用，因此在房屋建筑中得到了广泛的使用。近代胶合木结构的出现，更扩大了木结构的应用范围。然而，由于木材受拉和受剪皆是脆性破坏，其强度受木节、斜纹及裂缝等天然缺陷的影响很大；但在受压和受弯时具有一定的塑性，因此在高层建筑中中运用得不多。我国是最早使用纯木结构进行建筑设计的国家之一，根据实践经验采用梁、柱式的木构架，扬木材受压和受弯之长，避受拉和受剪之短，并具有良好的抗震性能。本文以此为背景，探索了纯木结构在高层建筑设计的运用。
关键词：纯木结构；高层建筑；建筑设计
引言
我国古代木结构建筑是辉煌中华文明的重要组成部分，传统纯木结构建筑文化的传承和发扬以及我国古代木结构建筑的营造工艺的总结和继承具有重要的文化社会意义，作为传统楼阁式高层纯木结构塔更是中国古代建筑文明的重要载体之一。
1纯木结构的优势
1.1节能环保
木材属于生物质材料，节能环保，施工中使用的涂料及其他辅助材料等也达到环保标准。相比较钢筋混凝土建筑的建造过程，木结构建筑建造时不会消耗较多能源，且对空气、水污染小，温室效应低，固体废物少。节能保温是木结构建筑最大特点，此类房屋在同等条件下能耗最低，原因在于，木材细胞结构为许多微小空腔，空腔不仅对天然热效率有很大改善作用，还能阻止热量散发，发挥保温作用。与混凝土、钢材对比，木材阻止热量散发能力是其数十倍，故混凝土钢架及钢框架建筑想要达到木结构建筑隔热效果，必须使用较多隔热材料。
1.2安全无毒无污染
木结构建筑具有高效能、安全、环保、健康、节能特点，其结构主体为天然材料，配备建材对人体无害，为绿色性建筑。
1.3抗风抗震
纯木建筑组成为箱体六面体，结构较稳定，能达到抗风抗震目的。建筑自身质量较轻，遭遇地震时，所吸收地震力较小，加上墙体与楼板之间的箱型结构能使构件之间发挥相互作用，从整体上看仅稍微变形，而不会散架。木结构有良好的受力性能，在周期疲劳破坏及瞬间性冲击载荷下延伸性较好，达到破坏过程渐渐屈服目的。在地震建筑晃动时，木结构建筑的骨架可保持整体稳定性。
1.4防水防潮
大部分木材需接受干燥处理，防止体积变化，将此类木材运用到房屋建造中，含水率已低于19%，且防水性较高，约为普通砖混凝土建筑10倍。
1.5导热性低
木结构房屋中防火石膏板主要起到阻断木结构与火焰接触作用，符合相关规定耐火极限的要求。当木结构建筑发生火灾时，在木质表面可形成一层炭灰层，导热性较低，对外部火焰蔓延进行有效阻止，确保整个结构免受破坏。
2纯木结构在高层建筑中的发展现状
一个多世纪以来，高层建筑主要采用混凝土和钢材建造。这两种材料是结构材料的首选并将继续成为未来建筑的重要材料。尽管如此，气候变化、城镇化、可持续发展及世界宜居需求为选择木材作为结构材料提供了契机。随着城镇化进程加快，制定和实施各种规模的低碳建筑解决方案十分必要。多高层木结构建筑不仅可以减少温室气体排放，还能满足城市密集人口对住房的需求，是城市开发的重要策略之一。
近十年来，由于最新的工程木产品和系统不断发展和进步，以及以基于目标和性能要求的建筑规范的制定，建成了许多8~14层的高层居住及公共木结构建筑。此外，消防安全和防护工程、建筑科学和结构工程分析的进步也促进了多高层木结构建筑的发展。
2.1节能建筑中的运用
重木结构建筑的独特特征使其成为节能建筑。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆木材的保温性能由R值（热阻值）决定，热阻值与板材厚度有关。厚板的R值高，隔热效果好，使用的保温材料少。由于重木构件是实心的，因此重木结构建筑中几乎没有空气流动的可能因此建筑物的保温性能得以提高。生产CLT、LVL和LSL可以使用数字化控制（CNC）设备精确控制误差，使板与板的连接更加紧密，更加提高保温节能性能。一项研究显示，一栋CLT结构建筑的运行能耗仅为普通建筑物的1/3。奥地利科瑞公司（Cree GmbH）建造的8层生命周期一号塔（LCT ONE），是根据被动式房屋标准设计的，其碳排放比按现行规范建造的建筑减少90%。
2.2高层建筑抗震的运用
木结构的强度重量比大于钢结构和混凝土结构，因此在地震中结构内力更小。轻型木结构建筑中，墙体数量多，为风载和地震荷载提供传力路径，增加安全冗余度。此外，轻型木结构建筑使用大量钉子，提供了良好的延性和耗能能力。以往的地震观测和测试显示，木框架建筑抗震性能良好。举例来说，在日本世界上最大的振动台试验中，6层轻型木结构抵抗住了2500年一遇的地震，只造成很小的损害。这个试验证实只要精心设计和保证施工质量，六层轻型木结构建筑的地震风险能保证在可接受范围内。
重木构件，如CLT、LVL和LSL，强度和刚度都很好，形成有效的抗侧力体系。大量的抗震试验发现这些板材在多层建筑中表现良好，没有残余变形。测试建筑具有良好的延性和耗能能力，主要受益于连接节点。比如，在一项研究中，研究者在日本三木市世界上最大振动台测试了一栋7层CLT建筑，即使在14次连续地震后，建筑仅受到较小的结构损坏。假使实际建筑受到相同的地震作用，震后修复也非常容易。
2.3高层建筑防火的运用
对于轻型木结构建筑，通常通过安装石膏板等耐火材料使构件达到1小时和2小时的耐火极限实现。重木结构建筑由于木材截面炭化层的作用，构件具有更长的耐火极限。炭化层一旦形成，可以保护木材内部的结构整体性，防止结构强度下降。此外，重木结构体系与混凝土结构和胶合木结构体系相似，可以控制燃烧的密闭空间。实木板本身也形成具有耐火极限的防火分隔，控制火灾向其它区域蔓延。
重木结构的被动防火设计有两种方法。一是“包覆石膏板”用于提高重木结构构件的耐火极限，二是考虑木构件的炭化时间，达到木结构的防火性能要求，第二种方法在世界范围内正越来越多地被视为一种保证木结构防火安全的有效途径。
“包覆石膏板”—根据规范对构件耐火极限的要求，在楼板下方和整栋建筑包覆1-2层耐火石膏板，以满足防火要求。这个方法与在可燃或不可燃建筑中，建造有耐火要求的楼板、屋盖和墙体构件的方法类似。“炭化”——重木结构的实木构件在火灾中会形成炭化层，这个炭化层将外界热气与内部木材隔离。大尺寸构件的耐火极限可以根据构件的最小厚度和炭化层厚度计算得出。通过结合现代消防系统和建筑防火分隔措施，可以不通过“包覆”手段，而采用“炭化”计算方法，就能满足结构防火要求。这样就不需要石膏板，减少建筑重量和成本，同时可以呈现木材的自然美。
3结语
在日益严格的减少建筑碳足迹的要求下，建筑师们在建筑功能、成本和环境影响之间寻找平衡。与混凝土或钢结构相比，木结构具有很低的碳足迹，并具有其他很多益于环境和人居的优点。在多高层建筑领域，木材作为结构材料重获青睐。多高层木结构建筑方兴未艾，其安全性和建筑性能够很好地满足建筑规范要求。随着新型工程木产品、设计与建造技术和性能化设计应用的不断发展，木结构建筑和木结构混合建筑有着巨大的潜力。
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论文作者:梁成林
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/10
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