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建筑用木方
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建筑木方生产厂家分析,木质建材是未来中低层建筑的主要原材料

2019-08-24

建筑用木方

中国木材与木制品流通协会首席专家

朱光前


 

2014年7月


一、从新认识木质建材的主要原料——木材


历史上木材一直是重要的建筑材料之一,但近几十年来我国对木材的应用特别是在建筑上的应用有误解,认为少用木材才是对森林的保护,对环境的保护,这是不全面不准确的认识。


木材的应用与林业发展不是对立的而是互相促进的,只要规划管理得当,科学的合理应用木材,需求会刺激林业发展而不是破坏林业,中外的大量事实充分说明这个道理。如江苏省80年代,森林覆盖率不到2%,90年代苏北地区人造板业发展,木材的需求刺激了林业发展,激发了当地农民的造林积极性,在公路、河渠、村庄两旁到处种植速生杨,甚至在田间也粮林间做,木材和粮食双丰收,现在苏北人造板发达的地区如泗阳、邳州等森林覆盖率都超过40%。广东、广西、福建、湖南等许多木材工业发达的地方,林业发展都非常迅速,广西区2000年——2012年,人造板产量增加34倍,木材产量增长5.2倍,同时森林蓄积增长1.6倍,森林覆盖率提高20个百分点,木材的应用刺激和带动了林业发展(见下表)。


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国外,北美、欧洲、大洋洲也都是由于木材需求的刺激,林业不断发展,森林覆盖率和蓄积量都在不断发展。因此发展木质建材和木结构房屋不但不会破坏中国林业,还会促进林业发展。


我国木材资源不足,优质大径木材主要靠进口,世界木材资源总体讲生长量大于采伐量,现在的主要问题是热带雨林由于毁林开荒、薪材等乱砍滥伐,破坏较大,森林面积在减少,但北美、欧洲和俄罗斯以针叶木材为主森林资源大量增加,据联合国欧洲经济委员会(UNECE)2005年对欧洲森林未来的预测,近年来森林采伐量与蓄积生长量的比率,全欧洲为45%,俄罗斯为25%,因此用材需求即使扩大,采伐量也不会超过生长量。建筑用木材主要是针叶木材,2013年我国进口原木中针叶原木占73%,进口锯材中针叶锯材占71%,不存在资源风险。


工业人工林不足世界森林面积3%,却可供应世界原木产量的35% 。依据联合国粮农组织2001年报告,世界年增人工林450万hm2;自1995年以来,人工林约增加了2000万hm2。现在世界共有人工林约2.6亿hm2。FAO《2007年世界森林状况》的报告明确指出,人工林面积继续扩大,其产量已接近世界产量的50%。近年来,人工林资源逐渐成熟,人工林每年增量2500万立方米左右,与年消费增量大体相当。中国人工用材林6169万公顷,发展前景很好。这些人工林可以生产工程用木质建材用于建筑木方生产厂家木结构建筑。所以说木材资源不是问题。


木材有诸多优点:


(1)木材是当今世界主要材料中很有生命力的材料


在当今的四大材料(钢材、水泥、木材、塑料)中,木材是少数的可再生的资源,可以通过人类自己的努力进行大量生产、永续利用。将来,现今的矿物资源逐渐退出历史舞台时,木材仍然会保持着旺盛的生命力。有些领域可以用木材代替不可再生的矿物资源,而不应提倡用钢材、水泥等代用木材。(见下表)


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特别要说一下水泥,它是建筑中的核心材料,但中国石灰石资源并不丰富,可采储量790亿吨,按目前水泥产量22亿吨计算,可采30多年,以后怎么办?建议民用低层建筑多用木质建材,水泥用于高层建筑和大型工程。


(2)木材是低炭环保的材料。生产1吨材料:由于树木生长的光合作用:木材:释放氧气1.2吨,吸收固化二氧化碳1.6吨;


钢铁:释放二氧化碳1.6吨;水泥:释放二氧化碳1吨。


加工一个单位材料能耗:木材:1;水泥:5;钢铁:191;铝:791。


(3)木材受热后由于表面碳化强度损失少,给人以逃生时间。木材与钢材比较,摄氏550度,30分钟燃烧,木材强度降低25%,而钢材强度则降低了90%。


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(4)木材是有利于身体健康的材料。人类生活在木制房屋中对身体有益,日本某大学用老鼠做的实验说明这个问题。


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放在木盒、金属盒和水泥盒里的白老鼠15天后生存率分别为80%,40%和17%。


(5)木材是易于回收和循环利用的材料。在主要的材料中,木材制品废弃后易于处理,木制品废弃后可以作为燃料,也可以作为人造板或纸张原料,或转化为化工原料。


我国建筑垃圾的数量已达80亿吨,损毁土地200万亩以上,占到城市垃圾总量的30%-40%。目前我国每年产生的建筑垃圾约为3亿吨,由于历史原因,我国建筑缺少长远规划和建造质量欠佳,住建部研究中心主任陈淮讲,今后15-20年,现有住房一半以上要拆掉重建。到 2030年新产生的建筑垃圾将是一个令人震撼的数字。英国建筑平均寿命134年,美国建筑平均寿命74年,中国只有25-30年。抛除浪费不讲,如果使用木结构建筑,建筑垃圾问题将很好解决。


二、木质建材在低能耗建筑中的应用


木结构建筑是低能耗建筑,根据美国商务部的数据,在2009年新建独户住宅中,壁式框架木结构房屋占全体92%,混凝土房屋占5.5%,钢铁等建筑占2.5%。欧洲、澳洲和日本50——60%以上的住宅建筑也是木结构。


中国2011年新增建筑面积32.9亿平方米,其中住宅面积19.75亿平方米,而木结构建筑比重过低,真正意义上的木结构建筑估计不过万分之几。与欧美日本等国家有很大差距。


中国很多人对现代木结构建筑不了解,普遍分不清中国传统的木结构建筑与现代木结构建筑的区别,认为木结构房屋就是应用砍伐的树木原木,经过简单处理后用榫卯连接梁柱作为房屋的支撑结构,或用砖墙支撑木绗架的结构,简单的如过去的普通民居,较高级的如庙宇建筑等,尽管在抗震方面有一定优势,但在居住的舒适度、牢度、防火、防潮、节能保温等许多方面给人留下不好印象。加上中国森林资源相对贫乏和人口的快速增长,经济发展以后,人们竞相居住到较为现代的混凝土建筑中去,对现代木结构房屋的许多优点不了解并且有较深的误解,这种误解和不正确认识在中国普通居住者、建筑商和国家决策者中相当普遍。限制了木质建材的发展,使木材在建筑材料中退到次要地位,在建筑工程中,木材的使用与欧美等发达国家存在较大差距,也造成中国现代建筑浪费能源污染环境等许多诟病。


现代木结构建筑分为重型木结构、轻型木结构和井干式木结构,大型的体育场馆等公共建筑、桥梁等属于重型结构,一般家庭多层连体或单体住宅属于轻型木结构建筑,景观建筑多采用井干式木结构。现代轻型木结构住宅多以框架式木结构为主,是一种空间箱型架构,以现代木材加工技术生产的木质结构用材、结构用板材为构件材料,广泛适用钉、螺栓、齿板等金属件连接,并运用了现代建筑中保温隔热、防潮和防霉等建造技术,这种结构的典型特点是采用断面较小的规格材均匀密布组成结构骨架,与楼面板、墙面板、屋面板等次要结构件共同作用承担载荷,传力路径多样,因此保温、抗震等性能非常良好,舒适度高,住宅寿命长(100年以上)。由于构件是标准化、工厂化生产,现场施工简单,环境污染少,施工周期短,节能、环保,是现代住宅的发展方向。


中国近代建筑,超过80%是非节能建筑,其每单位面积的能耗水平是发达国家的2-3倍,而建筑能耗约占总能耗的1/3。


木材是优良的隔热材料,木材的隔热值比标准的混凝土高16倍,其热阻值是钢材的400倍,使用钢、混凝土、砖的建筑要达到与木结构相同的节能性能,必须使用更多的保温材料或加厚墙体。清华大学国际工程项目管理研究院的研究报告指出,与传统砖混房屋相比,如果用木结构代替钢结构,在建造阶段,将节省27.75%的能源和39.2%的水;代替混凝土结构,将节省45.24%的能源和46.17%的水。使用阶段的能耗,以北京地区全年采暖空调耗电量看,木结构比轻钢结构耗电量节能9.43%,比混凝土结构节能10.92%。建筑上木结构对节能、环保都是好的。国家建设部政策研究中心陈淮主任说,我国居住面积增长10%,能耗却增长30%,从材料和房屋节能入手,发展木结构建筑将会固化二氧化碳,节省大量能源。


据美国环境保护署资料,加拿大俾诗省图书馆广场项目使用木材3008立方米,这些木材在北美生长时间为9分钟,该项目所存储的碳相当于1390辆汽车持续行驶一年的温室气体排放量。


木材十分轻巧,运输过程中消耗的能源也少,木结构建筑自重轻,基础施工用材少,施工速度快,极少使用重型设备,总之,推广发展节约能源的木结构建筑将是好的途径之一,大程度地为我国的节能降耗和减少二氧化碳排放量做出贡献。优越的居住环境又会给居住者带来舒适的生存空间,让居住者尽情享受温馨和谐的生活。是真正意义上的绿色建筑。


三、建造现代木结构建筑是减少地震伤亡的重要方法。


20世纪,中国死于地震的人数达55万之多,占全球地震死亡人数的53%;上世纪全球两次造成死亡20万人以上的大地震都发生在我国,一次是 1920年宁夏海原8.5级地震,死亡23.4万人;另一次是1976年唐山7.8级地震,死亡24.2万人。 2008年四川汶川地震死亡8.6万人。8月3日云南鲁甸仅6.5级地震就死亡589人。其原因,一是中国的人口密、人口多;二是,混凝土房屋质量不好,现代木结构房屋极少,;第三与中国的地震活动强烈频繁有密切关系。


传统的木结构静定结构体系——梁柱式的框架由于依靠较少的结构构件和连接,以至于在地震的过程中任何一个的构件和连接破坏都可以造成整体结构的破坏乃至垮塌。


现代轻型木结构之所以称之为“轻型木结构体系”,是因为它的主要结构构件是采用断面较小的结构规格木材,与其他次要结构构件(木基的墙面板、楼面板和屋面板)共同作用来承受各种荷载的,这其中包括地震力。这些木结构材料本身的自重较轻,同时具有相对较高的强度重量比。建筑物本身的重量轻,在地震中就是一种巨大的优势。由地震引起的对建筑物产生破坏的地震力是与房屋本身的重量成正比的。也就是说,房屋本身的质量越重,它所产生的地震破坏力也就越大,对房屋造成的损坏的可能性也就越大。相对钢筋混凝土,砖混以及钢结构,木结构体系的自重无疑是所有体系中轻的。


但是材料上轻质并不足以体现木结构良好的抗震性能。从结构体系的特点上,现代轻型木结构是一种高次超静定的结构体系,具有相对较高的冗余性。在房屋结构中,冗余性通常是指房屋的传力路径多,这可以使整体结构在地震作用下有较好的延性从而提高了建筑物的安全性。


现代轻型木结构体系是由数以百计的结构构件和金属连接件连接构成的,在可靠连接的条件下,即使某一个传力路径受到破坏,他所承担的荷载可以由相邻的其他结构构件予以承担,不会对整体结构的安全性产生影响。


除了可靠的结构体系外,建筑物在地震时吸收地震能量的能力也是建筑物抗震表现的关键。建筑物的阻尼是一种测量建筑物受到震动时,可以吸收多少能量的方法。在遭受相同等级的地震时,阻尼较低的建筑物比阻尼较高的建筑物反应更为强烈。一般混凝土和砖混结构的阻尼较低,而木结构的阻尼较高。也就使它在地震时吸收地震能量的能力更强。基于这些特点,现代轻型木结构体系在世界许多的地震多发地区得以大量的运用。


在汶川大地震中,很多建筑物发生了倒塌,但建在灾区的轻型木结构建筑全部幸免于难。


2009年7月14日外国科学家进行了世界上规模很大的7层木结构建筑震动台试验,相当里氏7.5级,持续40秒,证明中高层木结构建筑抗震性能优越。


中国地震后投入数千亿元巨资救灾,当然必要,但转变观念,政策扶持,事先在地震高发区投入资金逐步进行房屋改造,多建现代木结构建筑,或是从根本解决人员伤亡和经济损失问题的一个思路。


四、我国人口密度高并非不能建造木结构住宅。


木结构房屋由于层数不能太高,一般适合低密度建设。按说我国人多地少,似乎不太适合低密度的木结构房屋,但发展木结构建筑也未必行不通,日本是世界人口密度很高的国家之一,人口密度高出中国近2.5倍,欧洲的英、法、德、意等人口密度也远高于我国,各种木结构建筑、低密度房屋却占有很高的比例,原因在于其发达的轻轨交通体系和私人汽车的普及,以及人类天性亲近自然的趋向。


中国随着交通工具和道路的发展,观念的转变,环境的恶化,使推广木结构建筑成逐步成为可能。


在中国推广发展木结构房屋,一不要定位在“别墅”,二不要在大中城市城区发展。大城市高层建筑,可以使用预制的木隔墙,木外挂墙,平改坡桁架等木质建材,减少对水泥的使用。另外,现在大城市的轻轨交通日益发达,私人汽车普及率也在提高,在大中城市周边的卫星城完全可以发展低密度木结构住宅。在富裕地区的中小城镇及农村,现在盖的就是低密度住宅,只是不是木结构罢了,在新农村改造过程中部分用木结构房屋代替砖混结构房屋,可以节约大量水泥和粘土砖,可以节约能源,居住的舒适度也会有很大提高。现在欧洲木结构住宅已发展到可以建造8层楼甚至更高,随着技术发展和标准的提高,也为我国在中小城镇发展木结构住宅提供了更好的条件。


我国现有森林公园、自然保护区、风景名胜区等4600多处,需要大量景观建筑,这些建筑完全可以使用木结构,既节约了水泥,又保护了环境,美化了生活,有很大发展空间。


三、发展木质建材大有前途。


推广发展木结构房屋和木质建材有利于小材大用、劣材优用,提高木材综合利用率。


中国是世界木材工业大国,但不是木材工业强国,企业规模小、技术水平低、员工素质低、生产效率低、产品档次低、附加值低、质量差,严重影响了中国林产品竞争力,近几年世界范围的贸易保护主义抬头,反倾销、技术壁垒等阻碍木制品出口,必须优化产品结构,既可扩大出口,也可扩大国内市场。发展木质建材和木结构建筑,正可以达到这个目的。中国建筑木结构产业,从研究、设计、制造到施工,都处于刚起步阶段,每年的木结构建筑面积占全国总建筑面积只有万分之几,而在国外木结构建筑是一个非常大的产业。例如,木结构建筑的主要木质建材——工程木质材料(EWP),包括OSB(定向刨花板)、LVL(单板層积胶合木)、PLS(平行木片胶合木)、LSL(层叠木片胶合木)等,我国目前基本没有生产或产量很少,这些产品的原料是用人工林的小径木材,产品具有结构均匀、强度高、规格大、尺寸稳定等优点,能够满足木结构建筑、桥梁、家具、室外景观材料等要求,实现小材大用、劣材优用,提高木材综合利用率,使速生材达到高效利用并拓宽其应用领域,符合中国林业资源大径级、优质木材少,人工林比重大的国情。由于这些产品附加值高,也会进一步促进造林积极性。


工程木质材料(EWP)在国外发展非常迅速,OSB 1978年在北美开始,2005年底,全世界已建成OSB生产线75条,年产量达2843万m3,预计2012年将超过3000万m3,我国90年代起步,至今也只有湖北宝源一家大型OSB生产厂,产量20几万立方米;LVL,也是北美发展很快的板材之一,2005结构用LVL年产256万m3,我国现在产量极少。差距就是商机,就是木材工业应该发展的方向。节能环保的木质建材在我国有很好发展前景。


本文结论是:


1、木材是可再生资源,科学规划管理,会越用越多,不仅不会破坏环保,还会促进生态发展。世界针叶木材生长量远大于采伐量,中国人工林木材资源生长量也大于采伐量,发展木质建材和木结构建筑,木材资源不是问题。


2、木质建材和木结构建筑无论对建筑本身还是社会环境都是非常节能、环保的。


3、木结构建筑抗震性能优越,可以减少地震造成的人员伤亡。


4、我国石灰石资源有限,水泥制造过程污染环境严重,且中国水泥资源消耗过度,应该节约使用水泥,低层民用建筑少用水泥,多用木质建材,给大型工程建筑和子孙后代留些水泥资源。


工作单位:中国木材与木制品流通协会

职    务:名誉会长

职    称:高级工程师


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