5．4　木结构建筑物

木结构和砌体结构，都是人类最早兴建的建筑工程结构。西安半坡村遗址（图2．1）显示了5　000年前的木结构建筑。它是以茅草、树枝做屋面，以木柱和夯土墙作为主要承重结构。

顾名思义，木结构是将原有木材［方材、圆材、条材、板材等，见图3．1（c）］经过齿形连接、螺栓连接、钉连接、键连接或胶连接（图5．9），形成各种形式的结构，如木桁架、木网架、木拱等。其中最常用于房屋工程的是木桁架。在木桁架上架设垂直于桁架平面方向的木檩条，并在木檩条上铺置木望板，在木望板上铺瓦，就做成了一般的木屋面（图5．10）。

图5．9　木结构的各种连接

图5．10　木屋盖及其木桁架、木檩条、木望板

中国是最早应用木结构的国家之一。古代大量宫殿、庙宇、民居建筑采用的是抬梁式木结构（也称木举架），其层层叠垛而成的重檐和优美曲线形屋面既可减少夏天日照和多容纳冬季阳光，又显示榫连接做法能逐层悬挑的结构特色［图5．11（a）］，但毕竟跨度有限，用料甚多。现在，木结构建筑则可以做成木制“板－梁－柱”式或“板－屋架－柱”式的传统结构体系，也可以做成木刚架、木拱、木网状筒拱或木薄壳式的新型结构体系，图5．11（b）、（c）、（d）。木梁的跨度可达8～10m，木屋架、木刚架的跨度可达18～30m，木网架状筒拱或壳体结构的跨度可达80～150m。

图5．11　各种木结构示意

（a）抬梁式木举架；（b）木刚架；（c）木扭壳（胶合木）；（d）网状围合圆顶；（e）木举架结构檐口斗拱做法（放大）(www.daowen.com)

目前中国最高的木结构建筑是山西应县木塔（图5．12）。该塔建于公元1056年，外观5层，内有4个暗层，实为9层，平面为八角形，底层直径30．27m，塔高67．31m。

木材是一种天然、可再生的绿色建筑材料。植树造林可保护生态环境；建造木结构建筑能显著降低对矿石资源和能源的消耗；木材的销毁不对环境造成污染。另外，木结构建筑中，木材可以吸收阳光中的紫外线，调节室内空气湿度，降低二氧化碳浓度，改善音响效果；木结构构件采用工厂化制作，成品规格灵活，现场安装便捷；木结构建筑还由于其自重轻、韧性好而具有良好的抗震性能。因此，木结构建筑被认为是一种可持续发展的建筑结构体系。

现代木结构建筑大多采用工程木（Engineered　Wood）。工程木主要分为两大类：胶合层积木（Glued laminated　timber，Glulam）和结构复合木材（Structural　composite　lumber，SCL）。其中结构复合木材分为：

图5．12　应县木塔剖面

单板层积材（Laminated　veneer　lumber，LVL）、平行木片胶合木（Parallel　strand　lumber，PSL）、层叠木片胶合木（Laminated　strand　lumber，LSL）、定向刨花板（Oriented　strand　lumber，OSB）和木质工字梁（Wood I－joist）。胶合层积木（Glulam）是由20～5mm厚的木板经干燥，采用环保型胶粘剂顺纹胶合而成；单板层积材（LVL）是原木经剥皮后采用专用设备旋切成2．5～6．4mm的单板，再由单板顺纹组坯胶合而成；定向刨花板（OSB）是将长度不小于30mm的长条刨花施胶分3层定向铺装加压制成的刨花板。工程木可充分利用小径材和低质原木，做到次材优用、小材大用；既保留了实木锯材的天然特性，又具有材质均匀、尺寸稳定性好、强度高、防腐阻燃等特点，且便于工厂化制作。图5．11（c）所示的扭壳或图5．10所示的木桁架均采用工程木建造。

1981年，美国华盛顿州阿纳海姆市建成的塔科马体育馆［图5．13（a）］，其主体结构为胶合木穹顶结构，直径162m，穹顶距地面45．7m，屋盖由414个高度为762mm的弧形胶合木梁组成，是当时世界上最大的木结构穹顶。该设计方案除了在外观、环保、性能等方面具有优势外，其造价也比充气穹顶结构和混凝土穹顶结构低。2001年，在距体育馆不到25km的地方发生了里氏6．8级地震，体育馆未出现任何损坏。图5．13（b）为美国迪斯尼溜冰场。

图5．13　美国木结构体育建筑