中國大部分住宅樓和小別墅多半為混凝土建造,僅有極少量采用鋼結構或木結構。而在北美,除了鋼筋混凝土建造的高層公寓樓以外,約95%的住宅都采用輕型木結構體系建造。
輕型木結構建筑的優點:
一、成本低、易加工、建造快
加拿大有豐富的森林資源和木材資源,木材資源總量高達230億立方米,人均960立方米,幾乎是中國人均木材蓄積量的100倍。每年的人工造林量也保證在40萬公頃左右。
加拿大森林絕大部分為原始林, 樹木種類主要有白云杉、黑云杉、冷杉、鐵杉、雪松、花旗松及美洲落葉松等。木材取材容易、加工簡便,花旗松(即道格拉斯松,Douglas Fir)、云杉-松-鐵杉(SPF)制成的規格材、板材在建筑中有廣泛的應用,其成本效益高。
木材輕、易加工,不管是現場搭建還是使用預制構件,木結構建筑的施工都無需大型起吊設備,施工速度快、幾乎不受氣候條件和天氣狀況的影響。木結構建筑的內隔墻和地板夾層空間還可以被用來排布包括電線、水管、空調管等各種橫向和縱向管線,開鑿和改動都非常容易。施工周期短也就意味著節省了時間和人力成本,可加快銷售和資金流轉。
二、保溫隔熱、冬暖夏涼
與鋼材和混凝土相比,木材由于其獨特的蜂窩結構,而具有出色的隔熱性能,數以百萬計的小氣孔使木材成為一種天然隔熱材料。比如針葉木材(如道格拉斯松)的保溫性能是相同厚度混凝土和磚石的10倍左右、實心鋼材的400倍。
以下是材料熱阻值比較
材料熱阻值(RSI/MM)
鋼材 無顯著熱阻
混凝土 0.001
石膏板 0.006
木材和木基結構板材 0.009
在木結構建筑中,墻體、屋蓋、樓板中的有效隔熱材料(木板和玻璃纖維、礦物纖維等)以及氣密層和防潮層等可一起協同作用,進一步增強了建筑的保溫隔熱性能、打造出冬暖夏涼的宜人住宅。
三、排水防潮
木材與水可自然和睦相處,因為具有吸濕性,可釋放或吸收材料內部的濕氣,從而達到與外界環境相吻合的濕度。利用加濕或烘干機制,可以維持木材正確的濕氣容量,從而保護建筑物的完整和耐久性。
現代輕型木結構建筑利用坡屋頂挑檐排水、外墻飾面和墻體采用耐久的防水防潮材料等設計方法也為木建筑的排水防潮提供了有力的支持和持續的保護。
四、 隔音佳
由于具有孔隙結構,有助于衰減聲音的振動,所以木材也是一種有效的隔音材料,特別適用于建造要求隔聲的住宅。利用彈性金屬橫槽將石膏板安裝在墻體和天花板上,可以大大減低聲音的傳遞。另外,在木結構樓蓋和墻體構件內放置玻璃纖維或巖棉保溫材料也能夠減低聲音傳導,進一步提升隔音效果。
五、抗震性好
建筑物在地震災害中發生倒塌,不外乎是由于建筑質量原因或是建筑結構選型問題,所以地震帶附近的建筑應多選抗震型結構。日本在1995年神戶大地震之后廣泛采用輕型木結構體系建房,因而在之后的每次大地震中都極少發生大規模的傷亡。
當發生地震時,輕型木結構體現出良好的“以柔克剛”的抗震性能,這緣于其三大特性的共同作用:首先,輕型木結構自重輕——木材的重量僅為混凝土重量的1/4至1/5。對于相同體量的建筑物,結構自重越小受到的地震作用也越小,所以輕質的木結構受到的地震作用也比較小。
其次,輕型木結構采用規格材做墻體骨柱,定向刨花板或膠合板等結構性能穩定的板材做覆面板,形成具有良好抗側能力的木剪力墻,用作結構主要的抗側力構件。
小斷面密布的輕型木結構是柔性結構,木材本身具有彈性,在外力作用下有一定的變形和恢復能力;釘節點和金屬連接件節點類似于傳統木結構中的隼卯節點,也有一定范圍內的變形能力,結構可以通過自身的變形來消耗能量,提高整體安全性。當然,任何結構都需要進行合理的設計和良好的施工才能發揮其特點和作用,輕型木結構也是如此。
六、節能環保
木材是可持續的可再生資源,樹木不僅在生長過程中就能吸收大量的二氧化碳,而且,由其制成的木產品也可繼續儲存有大量的碳,儲存期長達數十年或甚至數百年之久。木材生產和加工的能源消耗遠低于混凝土或鋼材;加之質量輕的特點,木材的運輸和施工能耗也相對較低。
此外,由于木結構建筑有較高的保溫隔熱能力,在增加居住舒適度的同時,也降低了房屋在取暖和制冷方面的能耗需求,建筑的運行成本較低,既節能又環保。