木結構是最好的抗震建筑形式

時逢"5?12汶川大地震"三周年,各種災后重建項目逐漸進入尾聲.回首三年前地震發(fā)生時,各種建筑物坍塌損毀的景象還歷歷在目.根據中國工程院士和建設部專家分析,國的大地震致死原因,95%人是被建筑物倒塌壓死的.抗震,成為災后重建建筑物最重要或者說是必需的規(guī)范.

現代輕型木結構建筑--就是此我要推薦的一種抗震建筑形式.

"5?12汶川大地震"發(fā)生以后,加拿大聯邦政府和加拿大卑詩省于2008年6月13日宣布共同出資為中國四川省地震災區(qū)捐贈價值八百萬加元的臨時和永久性木結構房屋.此援建項目包括學校以及老人院等公共設施.所有房屋都將使用加拿大的結構木材和現代木結構建筑技術,并在中國完成設計和組裝.加拿大木結構房屋具有優(yōu)秀的抗震性能,地震多發(fā)地區(qū)較適合的一種建筑形式.卑詩省林業(yè)廳林業(yè)發(fā)展投資處中國部"林創(chuàng)中國"與中國5.12汶川地震重建總指揮部以及相關部門合作開展項目實施相關工作,包括提供技術支持和培訓等,確保捐贈房屋的建設質量.經過與國家、省及地方各級重建主管部門商討,三個項目獲得批準.這三個項目具體是:都江堰向峨小學、綿陽特殊教育學校及北川縣擂鼓鎮(zhèn)中心敬老院,這三個全木結構的公共建筑項目不只抗震性能優(yōu)異,同時兼顧了防火、節(jié)能、耐久、美觀等其它諸多優(yōu)點.

都江堰向峨小學由上海市對口援建,綠地集團負責施工,同濟大學負責設計,林創(chuàng)中國提供所有木材及加拿大技術支持并保證施工質量.總建筑面積5749平方米的三棟全木結構現代化的校舍向峨小學,國第一個采用全木結構建造的大型公用建筑,自項目立項到最后竣工在專業(yè)技術領域取得了多項突破,引起了國內外專業(yè)人士和媒體的廣泛重視,幾乎每天都有慕名而來的觀賞者來工地考察和學習,解木結構建筑技術的優(yōu)越性.

綿陽政府于去年年底完成了一個面積約為5300平方米設施齊全的木結構殘疾人學校項目,項目包括了木結構宿舍、教室及餐廳等.卑詩省和加拿大政府負責了所有木材、設計施工以及質量保證和技術轉讓.項目于2009年10月開工動土,并于2010年11月竣工.

北川縣政府將該養(yǎng)老院項目作為援建工程的重中之重.通過與加拿大政府與卑詩省政府合作,該項目約占地4800平方米,包括居住樓以及醫(yī)院、餐廳、康樂室、辦公室、會議室、花園和室外景觀等公共服務設施.項目于2010年春天開工,近期將竣工完成.

現代輕型木結構建筑抗震的原因在于以下四大特點:

1.木框架房屋具有無數的小連接點,而非少數的幾個關鍵的連接點,從而為地震力提供了附加的轉力路徑.地震發(fā)生時,一旦某連接點超載,其超載局部可由相鄰的連接點分擔;

2.有較高的強度重量比,因而木結構一般比其它類型的結構重量輕.重量輕在地震是一大優(yōu)勢.

3.采用釘接節(jié)點,因而使結構體系有很好的柔性,因此能夠在地震中吸收和耗散能量.

4.設計建造的木框架建筑,其結構用面板(膠合板或定向刨花板)與墻骨柱組成有效的抗側向力的組件.

其實提到木結構,不得不說一下我國的激進木結構.中國的激進建筑以木材為主要建材,并發(fā)展繁衍出完整縝密的木結構建筑體系,有著悠久的歷史和豐富的經驗.國現存著的很多名剎古跡,有不少都是木結構,歷經百年風雨,多次地震而不倒.例如天津薊縣的獨樂寺,作為我國現存最古老的木結構建筑之一,曾經經歷了28次地震依然屹立不倒.再如山西應縣木塔,建成已近千年,經歷過多次大地震的考驗.據史書記載,木塔建成200多年的時候,當地曾發(fā)生過6.5級大地震,余震繼續(xù)了7天,木塔附近的房屋全部倒塌,只有木塔巋然不動.這是因為激進木結構建筑采用了榫卯連接,構件與構件緊密的結合,又余有變動的空間,比如一把普通的木椅,構件之間也是榫卯連接的方式,去用力地搖它,雖然會有明顯變形,但木椅不會散架破壞.這種"以柔克剛"方法,激進木結構建筑抗震思想的核心.類似的,現代輕型木結構體系,也是通過"以柔克剛"方式來達到其良好的抗震性能,并且,現代木結構建筑在北美已是一種成熟到幾乎完美的工業(yè)化建筑體系,設計需經過科學計算,造價更便宜,效率也更高,適合住宅產業(yè)化生產.

汶川地震中,位于震區(qū)的輕型木結構就曾經經住了里氏8級的大震考驗.都江堰青城山前山的中國青城項目中有部分別墅的結構采用了輕型木結構,災后的實地調查中發(fā)現,建筑面積約200平方米的輕型木結構房屋底層裂縫最多出現了6處,二層的裂縫最多出現了2處,多為門窗洞口等角部的細小裂縫以及廚房衛(wèi)生轉角和鏡子周圍的裂縫,經過專家的仔細分析,局部裂縫是墻體石膏板覆面在地震中發(fā)生錯動而引起的外表裝修層的開裂,并不影響結構的平安性以及正常的使用.和輕型木結構別墅相鄰的混凝土框架和砌體填充墻結構雖然混凝土主體框架并沒有發(fā)生嚴重的破壞,但其間的砌體填充墻卻在地震中嚴重破壞,掉落的砌塊和出現的明顯裂縫嚴重影響了建筑物的使用和安全.

通過大量的實際震害調查結果以及這次汶川地震的震害比擬,輕型木結構的房屋較相同體量的鋼筋混凝土或砌體結構具有更好的抗震性能,沒有明顯和致命的破壞;另外,木結構墻體不會像砌體填充墻那樣破壞并大面積的砸落引起傷害事故;根據中國抗震設計規(guī)范,輕型木結構的設計相對北美的設計更加激進偏安全,因為不考慮石膏板對抗側力構件的貢獻但北美的研究結果標明,石膏板在作為墻體覆面板時,可以提高墻體抗側能力的,這無疑是提高了輕型木結構的平安儲藏.

目前,很多國家和地區(qū),輕型木結構都得到很多的應用和大力的推廣,例如地震多發(fā)的美國加州地區(qū)、新西蘭、臺灣地區(qū)、土耳其以及日本.很多國家或地區(qū)都在大震中看到輕型木結構的優(yōu)勢,所以積極的推廣并鼓勵人們采用輕型木結構建造房屋,提高建筑的抗震能力.2010年9月的新西蘭7.1級地震為我締造了一個"零死亡"神話,就得歸功于他近九成的民宅,都是抗震木結構.另外,很多實際工程還創(chuàng)新性地將輕型木結構與混凝土框架等不同的結構形式混合使用,既利用混凝土框架開較大洞口滿足商業(yè)需要,又利用輕型木結構提高了結構整體的抗震性能.最好的例子當屬木桁架屋架體系以及木骨架填充墻系統(tǒng).

認為由于中國現有森林資源珍貴,大力發(fā)展木結構建筑一方面完全可以依靠利用國外林產豐富,科學管理,合法來源的森林資源,一方面又可進一步提升國內建筑行業(yè)可繼續(xù)發(fā)展水平,提升建筑節(jié)能效率.