日本木结构的发展历程与现状_谢力生.docx

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1、第 23卷第 3期 Vol 23 No 3 木材工业 CHINA WOOD INDUSTRY 2009年 5月 May 2009 综 述 日本木结构的发展历程与现状 谢力生 (中南林业科技大学村料科学与工程学院 .湖南长沙 410004) 摘要：日本是一个地震、台风多发国家，其木结构的发展虽非一帆风顺，但得到了举世瞩目的发展。日本木结构建筑 文化和技术曾被誉为世界之冠。了解日本木结构的发展与成功经验，对促进我国木结构健康、稳步的发展具有重要 的作用。本文介绍了日本木结构的发展历程及现状。 关键词：日本；木结构；木质建材；工程木 中图分类号： TS6;TU366 文献标识码 ： A 文章编号：

2、1001-8654(2009 )03-0020-04 The History and Conditions of Wood Structures in Japan XIE Li-sheng (College of Material Science and Engineering of Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004， Hunan, China) Abstract： The culture and technology of Japanese wood structures is well-

3、known in the world However, the development of Japanese wood structures has experienced many up and down periods， especially during the period of reconstruction following natural disasters such as destructive earthquakes and typhoons. This paper summarizes the Japanese literature of wood structures

4、and the observations of the author5 s two visits to Japan Hopefully， the history and development of Japanese wood structures will provide useful information for Chinese researchers in developing Chinese wood product specifications and structural standards. Key words： Japan； wood structure； wood-base

5、d building materials； engineered wood 日本的森林覆盖率高达 66. 8%,日本民族自古 就有喜爱木建筑的传统。但日本人均森林面积只有 约 0. 2万m2,远低于世界人均森林面积约 1万 m2。 日本每年木材需求超过 1亿 m3,其中 75%依赖进 口 111。日本是世界上地震发生和台风袭击最多的国 家之一。在这样的背景下，日本木结构得到了稳步的 发展。笔者曾于 1998和 2008年两度赴日，对其木结 构建筑进行了调研。本文总结其发展历程和现状，旨 为我国木结构的发展提供参考。 1日本木结构的发展历程 1 1二战前传统发展期 曰本木结构民居的传统结构形式为

6、梁柱式结构。 收稿日期： 2008-08-29;修改日期： 2009-03-16 作者简介：谢力生 （ 1964 )， 男，中南林业科技大学教授，博士。 最初是将木房屋的柱埋入土中进行固定，由于土中部 分容易腐朽，后逐渐将木柱移至基石之上。到我国宋 朝时期，日本吸收了当时中国木建筑文化和技术的许 多精华，在京都和奈良等都市，建造了不少气势宏伟、 具有中国特色的大型木结构建筑。 16世纪末 17世 纪初，为了增加立柱的支承重量，将木结构的立柱支 承于底座之上。底座由水平放置于地面的横木构成， 分散了立柱下端对地基的集中负载，允许建造更高、 支承重量更大的木结构建筑。 传统的日本梁柱式木结构为了适

7、应日本夏天闷 热的气候 ，一 般做成大空间，墙壁可拆移、不承重，不 使用斜撑现代的日本梁柱式木结构，与传统的梁 柱式木结构相比，梁、柱的截面尺寸和立柱间的距离 均有所减小，且越来越多地使用集成材等木质结构材 料。到第二次世界大战结束，在日本，无论是乡村还 是城镇，几乎所有房屋都是木结构建筑。 。 20 。 第 23卷第 3期 木材工业 2009年 5月 12二战后复兴发展期 曰本战后木质结构建筑的发展历程如图 1所 示经历了混乱期、黑暗期、复兴期和转 变期 4个不 同时期。 图 1日本木质建材和木结构建筑的历史 (二战后 )2 Fig 1 Japanese wood-based buildin

8、g materials and wood structures after the Second World War 1) 混乱期。两起事件使日本人对木结构建筑产 生了怀疑。 1923年，关东南部发生了 M7. 9级大地 震，致使房屋倒塌， 134个地方起火。 1945年，美军对 日本东京下町一带发动了大规模空袭，烧毁房屋约 27万户。战后，为了防灾，日本建筑基本法制定了禁 用木结构、推进钢筋混凝土的方针。从此，钢筋混凝 土结构和钢结构建筑在城区大量涌现。 2) 黑暗期。 1959年，日本伊势湾沿岸遭遇特大 台风，使木结构民宅遭受严重风、水灾害，死亡数千 人。次年，日本建筑学会通过了 “ 为了

9、防灾禁用木结 构的决议 ” ，宣布放弃对木结构的研宄。此后长达约 30年的时间里，日本严格限制木材的结构利用，排 斥、轻视木结构的思想占据主导，日本大学的建筑学 科取消了木结构的相关课程 w。该时期被后来的学 者称为“ 木结构黑暗时代 ” 。 然而，日本百姓对木结构建筑的珍爱未变，乡村 和小城镇的民房，基本上仍是 木结构建筑，在大城市 的装修也大量采用木材和木质材料。因此，即使在 “ 黑暗时代 ” ，日本的木结构也并未出现大幅倒退，木 质材料仍得到了较快的发展。 1962年，日本国内诞生了采用木质人造板的板 式木质结构， 1970年引进了原木结构， 1974年又从北 美引进了用规格材作框架、用

10、结构胶合板覆面的木框 架覆面结构 （ wood frame construction,即我国 GB 50005-2003木结构设计规范中的轻型木结构）。 1974年，东京大学农学部林产学科，在教学课程 中首次导入了木结构强度等科目，该举动 得到日本其 他大学林产学科的响应。从而，在日本木材学会中建 立了木质结构领域，正式开始了木质结构材料和木质 结构的研宄。 在 1978年的第 27次日本木材学会大会上， “ 强 度领域 ” 变更为 “ 强度 木结构领域 ” ， 1984年的第 35 次大会 (成立 30周年大会 )，又将其称为 “ 强度。木质 结构部门 ” ，并一直沿用至今。在 1985年的

11、木材学会 理事会上，提案并通过了 “ 木材强度研究会 ” 更名为 “ 木材强度 木质结构研宄会 ” 的决议为日本的林 产学科注入了活力，也为木质结构研宄带来了生机。 随着木质结构材料的发展，阻燃、防腐木材及各 类结构木质材料应用到木建筑中。为了强调新时代， 日本木建筑界前辈杉山英男先生首先提出 “ 木质结 构 ”的概念，以区别于结构部分仅由锯材构成的传统 木结构，得到业界一致认同，并被普遍使用 5。木质 结构的构造方法可分为梁柱构造法、规格材构造法、 板式木质构造法等。 3) 复兴期。 20世纪 80年代后期，在北美强烈要 求日本开放木质建材市场的外压下， 1987年日本修 改了建筑基本法，允

12、许建造三层木质结构和大型木质 结构建筑，从此，日本的木质结构和木质建材发生了 历史性的转变。结 构用大截面集成材开始被广泛应 用 6。日本著名的出云穹顶，就是用大截面集成材建 造的，集体育馆、展览厅和会堂于一体的大型木结构 建筑 （ 1992年，直径 143 m、 高度 46 m)。 1995年，阪神地区遭遇了 M7. 3级大地震，因木 结构住宅倒塌而死亡六千多人。此次日本并没有全 盘否定木质结构建筑，而是客观地、积极地开展调查 研宄，以此为契机，产、学、研联合，开展提高木质结构 建筑抗震性能的研宄，取得了多项研究成果。 4) 转变期。木质建材和木质结构建筑的加工能 耗，远低于钢结构和钢筋混凝

13、土结构的加工能耗，可 以减少温室效应气体 C 2的排放，有利于环境保护 ; 且木材和木质材料是可持续生产的材料，并具有固碳 的作用。进入 21世纪后，日本建筑界也积极适应环 境保护和可持续发展的潮流，努力推进木结构建筑的 发展。建筑水平得到了很大的提高，不但建造了大量 木质结构的小学校舍、多功能会堂，还建造了木质结 构的桥梁和大型的木质结构体育馆等。 2000年日本制定了 “ 住宅品质确保促进法 ” ，规 定 :新建住宅建筑方有义务对结构体和防水性能做 10年保证期的承诺。近几年来，日本对木结构知识 进行了大量的宣传，民众普遍对木结构有了新的、 更 深的认识，保证了日本木结构建筑更加稳健的发展

14、。 。 21 。 Vol 23 No 3 CHINA WOOD INDUSTRY May 2009 2近年日本木结构住宅建设情况及其特点 根据日本交通省综合政策局情报管理部建设统 计室的调查统计 71，日本近年来新建住宅的情况列于 表 1。从表 1可以看出， 2000 2007年，日本每年新 建木质结构住宅占新建住宅总数的比例基本维持在 45%左右，变动幅度较小。日本建筑基本法规定，木 质结构住宅不许超过 3层， 3层或 3层以下住宅基本 上全部为木质结构。 3日本木质结构材料的发展过程与现状 工程木 （ Engineered wood， EW)， 指强度性能在 工程设计上能够得到保证的结构用

15、木材或木质材料 制品包括 I型梁、 应力等级据材 （ Machine stress rated lumber, MSR， 指采用机械应力非破坏性测定 分级的锯材）、结构用集成材、 LVL、 结构胶合板、 型金属复合梁 （ Metal cassette truss， 空心金属梁外 覆木质材料 )等。 表 1日本近年新建住宅与木质住宅的统计结果 Tab 1 The statistics on new houses and wooden houses in Japan since 2000 年度 新建住 宅数量/ 万户 木质结构住宅 数量 / 万户 占新建住宅 的比例 /% 梁柱式木结构 工厂预制式

16、结构 轻型木结构 (规格材） 数量 /万户 比例 /% 数量 /万户 比例 /% 数量 /万户 比例 /% 2000 122 98 55. 58 45. 19 44. 64 80. 31 3. 03 5. 46 7. 91 14. 23 2001 117. 39 52 28 44. 54 41. 84 80. 03 2 72 5. 20 7. 72 14. 77 2002 115. 10 50. 38 43. 77 40. 10 79. 61 2 37 4. 71 7. 90 15. 68 2003 116. 01 52 32 45. 10 41. 84 80. 00 2 33 4. 45 8

17、. 15 15. 58 2004 118. 90 54. 08 45. 48 42 77 79. 10 2 23 4. 12 9. 07 16. 77 2005 123. 62 54. 28 43. 91 42 63 78. 53 2 07 3. 82 9. 58 17. 65 2006 129. 04 55. 92 43. 34 43. 27 77. 38 2 11 3. 77 10. 54 18. 85 2007 106. 07 50. 45 47. 57 38. 84 77. 00 1. 76 3. 48 9. 86 19. 53 注：根据日本国土交通省住宅开工统计 M7!编制 从木质结

18、构住宅的结构类型来看，梁柱式木结构 仍占绝对比例，但 8年间所占比例下降了 3. 31%，降 幅为 4. 12%。工厂预制式结构（一般为板式结构，在 工厂生产出整块的墙，包含门、窗，楼板甚至单元间， 运往建设地吊装即可完工）所占比例不大，亦呈逐年 下降的趋势， 8年间所占比例下降了 1. 98%，降幅达 36. 26%。采用规格材为框架的轻型木结构，这几年 得到了较快的发展， 8年间所占比例增长了 5. 3%，增 幅达到了 37. 25%。 轻型木结构之所以在日本得到较大的发展，一个 很重要的原因就是，在近几年所发生的地震中，轻型 木结构住宅几乎没有倒塌的案例。有调查表明：所有 新建的或在使用

19、年限内、维护较好的木质 结构住宅， 都未发生倒塌，倒塌的多是年久失修的旧式传统梁柱 木结构住宅经媒体和生产厂家的宣传，日本民众 都认识到了轻型木结构住宅的安全性。 工厂预制式结构的生产效率高，适合工业化大规 模生产，理应得到较快的发展，但其数量在逐年减少， 原因主要来自两方面 :一是轻型木结构的工厂化生产 程度亦很高，工厂预制式结构的优势相对减小；二是 日本的公路普遍较窄且交通繁忙，大体积的预制单元 体运输困难。 日本木质结 构材料的发展过 程如图 2所示 191。 最初只有锯材， 后来出现了木质 材料，木质材料 又分化成装修等 普通用 材和结构 用材，最终由结 构用材和部分锯 材组成工程木。

20、 从图 1 可 以 看 出，木质结构用 材在 20世纪 90年代开始发展。无损检测技术和结 构可靠性应用理论等的发展，促进了工程木的发展。 图 2日本木质建材的发展过 程 9 Fig 2 The development of the Japanese wood-based building materials 曰本在木材的干燥、阻燃、防腐、防蚁等方面进行 了大量的研宄，取得了多项成果。特别是木材干燥技 术取得了很大的进展，目前高温干燥技术已经普及， 柱状、方形及厚板等锯材产品均能进行人工干燥。 关于木质材料物理力学性能的研宄，直到 20世 纪60年代末，日本仍停留在对木材的组织构造、强度 和物

21、理性质进行调查的基础上，进行木材加工技术、 木质材料制造及材质改性等方面的研宄。近年，其研 宄方向发生了转变，即从有关理想化木材的强度研 宄，向实际应用型木质结构材料的强度方向转移 141。 目前的研宄内容包括 :如何用概率论等来处理木材的 。 22。 第 23卷第 3期 木材工业 2009年 5月 强度性能，对木材进行强度分级等。 过去日本的木质结构用材主要来自于国外。二 战后日本大量种植的以日本柳杉为代表的人工林，已 逐渐进入成熟期。近年来围绕日本柳杉材的开发利 用，进行了大量的研宄。典型的应用范例就是柳杉中 小截面结构用集成材，于 1999年正式生产，其产量不 断增长，广泛用于制作梁柱式

22、木结构的梁和柱；还有 厚型结构柳杉胶合板，可用作规格材框架的覆面板和 屋顶基板等，近几年产量亦大幅增加。 近几年，以日本国产材为对象开发的木质建材层 出不穷，如 :把木柱锯成两半，经干燥、再胶合的双子 柱 ;使用梯形木条接宽的层积梯形集成材 ;用数根方 材层积胶合而成的胶接层叠梁；圆筒形 LVL;柳杉细 长刨花定向刨花板 ;钢板 /柳杉复合梁等。 4日本木质结构的现状与发展方向 针对日本民众最关心的木质结构的抗震性能，有 关专家学者开展了大量 的研究，开发出了多种减震和 免震装置。目前在木质结构住宅中使用得较多的是， 利用橡胶吸震的减震装置。经实物振动台试验证明： 这种减震装置最多可吸收地震

23、50%的能量。 梁柱式木结构过去不使用斜撑，也很少使用金属 加强件。但现在的研宄表明：斜撑对增强梁柱木结构 的抗震能力具有十分重要的作用。因此，现在的梁柱 木结构普遍使用了斜撑和金属加强件。梁柱式木结 构的榫槽和榫头由专用数控机床加工，加工精度高， 也进一步提高了其抗震能力。从北美引进的轻型木 结构，通常是在规格材组成的木框两面，采用钉子固 定结构胶合板，不使用胶黏剂，木框里面一般也不填 充材料 ;而日本的轻型木结构开始胶和钉并用，并在 木框中填充难燃、绝热材料。 曰本对大截面集成材结构的联接，亦进行了大量 的研宄，内容包括 :螺栓孔的大小、位置对联接强度的 影响。开发了在 LVL梁、柱上，采

24、用异型钢材与环 氧树脂形成刚性结合的联接方式。目前集成材主要 采用金属件联接，正在开发采用强化 LVL板材和强 化 LVL圆棒，结合胶接、金属件的联接方式 m。 在木质结构设计方面，过去基本上是根据建筑标 准选择材料、尺寸和结构形式，设计出来的木质结构 能保证其规定的抗震性能，但由于材 料性能的偏差、 加工精度等原因，其可靠性并不一定很高。自 2000 年建筑标准修改后，许多企业开始通过试验和计算来 设计木质结构，使其能满足要求的抗震能力 1121 ;还可 根据用户的要求进行个性化设计，可靠性更高。 另外，对木质结构部件的朽化程度检测，通风防 潮、气密性、耐久性、隔音性，部件交换，解体木质结构

25、 的再使用、再利用等，也进行了诸多研宄 m。新建的 木质结构住宅普遍安装了具有热交换功能的换气装 置和太阳能发电装置，保证了室内空气的质量，能源 基本自给，达到了节能和保护环境的目的；不再使用 燃气炉灶，而 普遍采用电磁炉，减少了火灾隐患。 基于社会强烈要求打破既存框架、吸收各种结构 的优点，选择最适合日本木材供给、住宅生产体系、气 候条件和居住方式的新型木质结构，成为日本木质结 构的发展方向。内容包括：以国产材为主要原材料， 发挥传统梁柱式结构的柔软性和地域适应性，借鉴轻 型木结构的规格材系统组合方法，发挥工厂预制结构 的生产效率和板件使用技术，研究集成材作为梁柱材 料的合理性 w。今后的木

26、质结构住宅具有高的隔热 性，容易创造出可变空间，可再使用 /再利用率高，抗 震能力强，能源自给 1。 参考文献： 1 有马孝礼，高桥彻，增田稔 .木质结构 M.日本滋贺县 :海青社， 2001:35-48. 2 林知行 集成材。 LVL J 丨曰 木材工业， 2005(7):323-325. 3 稻山正弘 .社会人大学院木造建筑课程开设 1年的回顾 J. 曰 木材工业， 2006(10): 452-455. 4 Motoaki Okuma Trends and Views of the Study of Wood Strength and Timber Construction J. Moku

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