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国外发展木结构建筑的经验

2016年10月31日

打印专业人士:王洁凝   来源:建筑工业化装配式建筑网

当前,木结构建筑在北美、欧洲和日本等国家,在低层建筑中占一半以上,有些甚至占到90%左右。近年来,随着现代木结构建筑技术的发展,国外5-7层甚至10层以上的木结构住宅并不鲜见。2016年8月,加拿大不列颠哥伦比亚大学的18层全木结构公寓竣工,该建筑采用了高度预制化的CLT和胶合木建筑构件作为主要材料,是目前世界最高的木结构建筑。除了建造大量木结构住宅外,木结构还向公共建筑、多层和高层混合结构建筑方向发展,木结构建筑在世界范围内已得到普遍认可和大力推广。


综合来看,美国、加拿大、日本等国住宅大量采用木结构,除了木结构本身所具有的自重轻、抗震、保温隔热等优点外,主要原因是其森林蓄积量大,可利用的木材资源丰富。此外,独立住宅占比大、木结构建造速度快、造价较低、技术成熟、标准和市场较为完善等也是重要因素。对于我国而言,应学习借鉴他国经验,立足本国国情与发展需要,适时加大现代木结构建筑的研究和推广力度。


一、日本木结构建筑发展经验

木材资源与木造建筑行业紧密相关。日本的木造建筑业强盛,得益于森林木材资源丰富。日本二战后进行了大力度人工造林,目前森林覆盖率68%,其中40%为人工林,10年以上树龄的超过50%。随着每年森林积蓄量(森林资源量)的快速增加,大量树木已进入成熟期,如果不砍伐不仅浪费,还会排放大量CO₂。通过发展木造建筑行业,能够振兴木材产业。另一方面,日本有非常强的木造传统,木造技术发达,工厂预制加工能力强,社会分工成熟,也非常适合发展木材及木造建筑产业。


日本在过去的几十年一直以传统梁柱式木结构为主。1985年前后受北美贸易摩擦影响,为增加木材进口,大力发展大跨木结构,日本迎来“第一次大型木结构”时代;2010年前后为“第二次大型木结构”时代,主要是为了消化使用日本国产材,开始发展多高层木结构。2005-2014年的十年间,日本每年新建木结构住宅户数维持在50000户上下,但是在住宅新建总户数中的比例稳步上升。2008年木结构住宅总保有量为2923万户;2013年木结构住宅总保有量上升为3011万户,占比58%(数据来源于日本国土交通省)。


日本的国土交通省和林野厅等部门积极促进木结构建筑发展。以木结构住宅的振兴为例,国土交通省主要实施了以下政策:


表1 日本国土交通省木造住宅振兴策略

除此之外,日本从法律法规、机构建设等多方面保障木结构建筑发展。一是颁布法律法规。2010年颁布《公共建筑物等木材利用促进法》,要求3层以下所有的低层公共建筑物采用木质结构,政府和公共团体带头使用木材;认定的木材制造业者使用的林业木材产业改善基金偿还期从10年延长至12年;将消防厅消防大学指定为开展公共建筑物用木材试验研究的机构,对设施的使用给予50%以内的优惠。2012年设立可持续建筑物先导事业(类似示范工程),对木造化建筑、建筑内装及外装木质化的调查设计费(与木造化及木质化成本相关的部分)和建设工事费(与木造化及木质化成本增加的部分)给予补助。二是政府设立专门部门负责推广工作。国土交通省设立“国土交通省住宅局住宅生产课木造住宅振兴室”,农林水产省设立“农林水产省林野厅林政部木材利用课木造公共建筑促进班”。三是设立一般社团法人木材活用建筑推进协议会进行推广。面向木材相关人员开办培训会、研讨会、讲座,技术开发及性能检验检测,人才培育政策的调查、研究等。


二、加拿大木结构建筑发展经验

加拿大为木材资源大国,森林蓄积量为230亿立方米,森林90%为政府公有,政府对公有林地负有立法监管的责任。加拿大森林面积3.48亿公顷,约占世界总森林面积的9%,世界原始森林面积的24%;立木蓄积量473亿立方米,占世界总量的11%;木材年生长量4.7亿立方米,可做商品木材的约416亿立方米(数据来源于加拿大木业协会)。林产业是加拿大最为重要的支柱产业之一,加拿大从立法、规划和监控评估三个层面执行严格的可持续林业发展策略,森林的砍伐成材期一般为80-150年。


2014年加拿大新建住宅33923户,其中独栋住宅中木结构占比87%,多层多户住宅中木结构占比54%,木结构住宅总占比约为80%。


加拿大、美国、日本木结构建筑的占比情况如表2所示。


表2 加拿大、美国、日本木结构建筑的占比情况

数据来源:加拿大林产创新研究院


加拿大非常重视顺应木结构建筑技术的发展,不断完善木结构建筑标准规范。不列颠哥伦比亚省政府率先于2009年修订了省建筑规范,将轻型木结构建筑的层高限制由原先的4层放宽到6层,这一举措大大拓展了轻型木结构的应用范围,该省随之出现了大量6层木结构公寓楼项目。安大略省和魁北克省也相继出台了类似的政策,魁北克省允许木结构建筑建造到12层。2015年,新版加拿大国家建筑规范允许木结构建筑建造到6层。加拿大国家规范为性能规范,从理论上讲只要满足规范规定的性能要求,就可以采用规范可替代方案,给予了建筑师和工程师充分发挥创造力的空间。


在鼓励政策方面,木材第一法案(Wood First Act)是加拿大不列颠哥伦比亚省政府在2009年推出的一项政府政策,目的是促进推广木材在新建政府项目中的使用。法案规定由省、市、区等政府全部或部分出资的建筑项目或扩建的项目,在其设计、施工时,需要充分考虑木材作为优先、主要建筑结构材料。加拿大政府有权要求开发商就政府出资项目提供关于木材使用情况的报告,并审核这些报告的准确性,确保该法案能够得到有效实施。加拿大自然资源部林务局及各省林业厅负责林业、林产品、木结构建筑的相关政策支持和科研开发支持,近年来加大了对多高层木结构建筑的研究和支持力度,在全国遴选3个10层以上的高层木结构示范项目支持其相关材料特别是正交胶合木(CLT)、建筑体系和防火科学研究,促进了多高层木结构建筑的迅猛发展。


三、芬兰木结构建筑发展经验

芬兰人口约550万,森林覆盖率71.6%,资源十分丰富。木材蓄积量增长约1亿立方米/年,各类产业每年消耗木材量约55%,锯材中的80%用于建筑行业。芬兰将木结构建筑产业作为林业产业的有机组成部分,每年林业产业产值占出口的20%,GDP的5%,就业人口的4%,可再生能源的70%来源于木材。


芬兰现有285万栋存量民用建筑,每年新建房屋量3万栋,其中80%是木结构建筑的。现有的木结构建筑多为度假小木屋,近年来也在研究探索高层木结构建筑。


芬兰在发展木结构建筑方面有如下经验值得借鉴:一是将木结构建筑的发展作为减缓气候变化政策的一部分,在建筑法、能源效率提高方面的法律法规等中都对木结构建筑有规定;二是颁布国家木结构2011-2015年推广计划,设立国家级木结构推广项目,并明确现任政府就职期多层木结构市场占有率要从1%增加到10%;三是高度重视建筑师等人才培养和培训工作。


四、对我国发展现代木结构建筑的启示

(一)加大规划编制和政策激励力度

在充分研究分析木结构建筑在我国的发展基础与发展趋势的基础上,科学制定发展规划,明确发展目标、推广范围、重点任务、激励政策和保障措施。适宜发展木结构建筑的省或市可以在充分调研当地木结构建筑发展现状、问题与发展需求的基础上,编制适宜当地的地区木结构建筑发展规划。


充实、完善我国装配式建筑、绿色建筑、绿色建材的标准规范及评价标识体系,将木结构建筑技术纳入相关发展计划及财政激励机制。加快研究制定推进木结构产业发展的财政、金融、税收等优惠政策,如建立积极的投融资机制,鼓励担保机构加大对木结构建筑企业的支持力度。


(二)开展木结构建筑关键技术研究

大力开展木结构建筑关键技术研究,探索研究适应于不同地区的现代木结构技术体系和配套部品体系。鼓励现代木结构建筑关键技术研发,建立符合我国国情的、以本土林产工业为支撑的技术体系。加大对现代木结构建筑技术开发研究的支持力度,尽快缩小与国际先进水平的差距。将木结构建筑相关研究纳入国家重大研究专项、科技重点项目和科技支撑计划项目框架内。鼓励行业骨干企业建立技术研究机构和试验室,成为国家或地方某工程领域专项技术研发基地。


组织重点领域和关键技术的研究。针对木材特性、结构安全、防火安全、热工性能、耐久性能等方面开展系统研究。针对速生林木材应用、胶合木的加工与应用、环保墙体材料等绿色建材、多层木结构技术等多个领域开展研究。重点加强对现代木结构建筑节能、环保、抗震、防火、安全监控、既有建筑改造等关键技术的研究。研究大跨度、多层木结构技术体系,特别要逐步定型木-钢、木-混凝土组合结构体系和节点技术等。


木结构建筑研究是一个系统工程的研究。不仅涉及到建筑结构形式,还与建筑材料密切相关。木结构建筑从结构单元到完整的木结构建筑环环相扣,一个木结构单元的性能就会影响到整个木结构建筑组件、结构系统,甚至整个建筑的使用性能。现阶段还需开展对木结构组件设计、部件连接形式、连接构件及木质结构材料防蚁、防腐、防火、耐久性及胶黏剂的研究等,建立木结构建筑及材料管理的标准化体系。


(三)加快完善相关标准规范

通过开展木结构建筑关键技术研究,对现有规范标准进行梳理、修订,为新编和修订与木结构相关的规范标准提供依据,逐步扩大木结构建筑技术的应用范围和规模,逐步建立和完善我国现代木结构建造技术的标准规范体系。鼓励有条件的地区根据当地实际情况,制定地方性木结构建筑技术导则和规范。


借鉴国际上木结构用于多、高层建筑的实践经验,就如何突破目前对木结构建筑的层数限制问题,与规划管理部门进行沟通,有计划地开展相关标准规范制订和修订;对木结构防火性能和耐久性能进行深入研究,建立与木结构建筑特点相匹配的防火消防验收规范。加大已有标准和规范的贯彻力度。加强行业主管部门指导,形成上下游企业和行业组织共同参与的标准制修订工作机制,及时将创新技术成果纳入标准。


(四)在适宜地区推广木结构建筑

针对我国各地区经济发展不平衡,木结构产业基础不一的现状,采取多措并举的方针。重点推进在具备条件的特色地区、旅游度假区、园林景观等低层建筑以及平改坡、棚户区改造工程中因地制宜地采用木(竹)结构建筑。在经济发达地区农村自建住宅、新农村居民点建设中推进木结构农房建设。在政府投资的学校、幼托、敬老院、园林景观等新建低层公共建筑中采用木结构。


借鉴发达国家多层、高层木结构建筑发展的经验,研究适合我国的多层、高层现代木结构建筑技术,在适宜地区进行多层、高层木结构建筑试点示范,特别是3层以上木结构集合住宅的应用示范,为相关标准规范的出台和多层、高层木结构建筑的推广奠定基础。


(五)建立完善木结构建筑建设管理制度

建立与木结构建筑体系相适应的管理制度和质量监督制度,完善木结构建筑的设计、审图、生产、施工、监理、验收等一系列管理体系和制度。


完善木结构建筑市场准入和招投标制度,营造有利于木结构建筑发展的建设管理环境,完善木结构住宅产权制度。完善木结构建筑工程造价管理制度,建立木结构建筑施工定额体系。建立木结构建筑统计制度,基于现有信息系统形成木结构建筑企业和工程项目数据库,完善木结构行业施工资质体系,建立木结构建筑维修维护体系。


加强和完善木结构建筑部品构件质量监管、检测制度,强化木结构建筑构件部品质量追溯机制。建立木结构建筑构件部品认证制度,定期发布优良、合格和强制淘汰的部品目录。加强施工现场木结构建筑构件部品进场检测的监督抽查。制定和完善针对木结构建筑施工特点的质量验收、安全管理及监督检查标准,对超出现行标准的结构体系安全性实行专家审查论证制度。推进木结构建筑工程质量保险制度,完善质量追偿制度。建立木结构建筑构件安装施工现场质量、安全标准化管理制度,加强对起重吊装等重大危险源的监管。逐步建立木结构建筑现代化评价体系,实现全生命周期的质量跟踪管理。建立独立的木结构、木-钢结构、木-混凝土结构环境效益评估和监管体系,实现全生命周期的“绿色化”跟踪管理。


(六)加强相关人员能力建设

加强木结构建筑设计、构件生产、施工、监理等一线人员综合技能培训;高等院校和高等技术培训学校合作,开设木结构建筑有关专业课程、选修课程或讲座;鼓励企业建立技术中心,培养有生产实践经验的技术领军人才及工程技术骨干;建立校企联合培养人才的新机制,优化专业知识结构,培养创新型、技能型、应用型和复合型人才。


作者:王洁凝

作者单位:住房和城乡建设部科技与产业化发展中心(住宅产业化促进中心)


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