课程编号
08
第八课：木结构建筑的历史（Timber Frame History）
本课探讨了 木结构建筑的发展历史，介绍了从 传统木框架建筑 到 现代平台框架（Platform Frame） 的演变过程。木材因其 可再生、易加工、结构强度高，一直是建筑材料的重要选择。本课还分析了不同历史时期的 木结构体系、连接方式及其演变。
一、木结构建筑的历史背景
木结构在全球不同气候区有不同的应用方式：
• 温带地区（Temperate Regions）：
• 主要使用 阔叶硬木（如橡木） 作为结构材料，建造 框架式木结构（Post and Beam）。
• 亚寒带地区（Subarctic Regions）：
• 主要使用 针叶软木（如冷杉），建造 原木建筑（Log Cabin）。
发展趋势：
1. 早期木结构 采用 大尺寸实木 进行搭建，构造简单但稳定性强。
2. 随着木材加工技术的发展，逐渐转向 轻型木框架（如气球框架和平台框架），提高施工效率并减少材料消耗。
二、早期木结构体系
1. 拱架结构（Cruck Frame）
• 特点：
• 采用 两根大尺寸弯曲木材 作为主要承重结构，形成 三角形屋架。
• 不需要复杂连接件，适合手工加工。
• 优势：
• 三角形结构本身 稳定性强，可有效抵抗侧向荷载。
• 适用于 木材资源丰富的地区。
• 劣势：
• 受 木材尺寸限制，难以适应大跨度建筑。
• 需要专业木工 进行手工加工，建造速度较慢。
2. 半木结构（Half-Timbered Houses）
• 特点：
• 木框架外露，框架之间填充 砖、泥土或石灰砂浆。
• 主要用于 欧洲中世纪 建筑。
• 优势：
• 采用 标准化木构件，施工更灵活。
• 材料易得，可就地取材。
• 劣势：
• 抗风抗震性能较差，不适合高层建筑。
• 需要定期维护，防止木材腐烂或虫害。
三、木结构连接技术的发展
1. 早期连接方式
• 榫卯结构（Mortise and Tenon Joints）：
• 采用 木制榫头与卯槽咬合，无需金属连接件。
• 优势：连接牢固，能适应木材的热胀冷缩。
• 劣势：施工复杂，需要熟练工匠。
• 木销连接（Timber Pegs）：
• 通过 木销固定榫卯连接，增加结构稳定性。
2. 现代连接方式
• 铁钉与螺栓（Wire Nails & Bolts）：
• 18世纪后期，随着 钢铁工业 发展，铁钉和螺栓逐渐替代传统木销连接，提高施工效率。
• 胶合板与钉板（Plywood & Nail Plates）：
• 现代木框架建筑采用 胶合板作为剪力墙，提高抗侧向力能力。
四、木结构建筑的转型
1. 气球框架（Balloon Frame）
• 出现时间：19世纪初（美国）
• 特点：
• 采用 连续竖向木柱（Studs） 贯穿 建筑全高，上下楼层共用同一组竖柱。
• 通过 横向环梁（Ribbon Board） 连接墙体。
• 优势：
• 材料消耗少，降低成本。
• 施工速度快，适合大规模住宅建设。
• 劣势：
• 防火性能差：火灾时，火焰可沿竖向空腔迅速蔓延。
• 长木材供应受限，不适合高层建筑。
2. 平台框架（Platform Frame）——现代主流木结构
• 出现时间：20世纪初
• 特点：
• 每层楼 独立建造，采用 较短的木柱（Studs） 逐层搭建。
• 采用 层间防火隔断（Fire Stops），防止火灾蔓延。
• 优势：
• 施工更安全：逐层搭建，减少施工风险。
• 更好的防火性能：每层楼设有防火隔离层。
• 木材需求降低：适合批量化生产。
• 应用范围：
• 目前 90%以上的木结构住宅 采用 平台框架，广泛应用于北美、北欧等地区。
五、木结构建筑的现代应用
1. 传统木结构的现代复兴
尽管现代建筑多采用 混凝土、钢结构，但 传统木结构建筑 仍然被保留并应用于：
• 历史建筑修复
• 手工定制木屋
• 高端住宅和生态建筑
2. 现代工程木材
随着 木材加工技术的发展，木结构建筑也进入 现代工业化 时代：
• 胶合木（Glulam）：
• 采用 多层木材胶合，强度更高，可用于 大跨度结构。
• 交叉层压木（CLT - Cross Laminated Timber）：
• 可用于 多层木结构建筑，替代混凝土和钢材。
六、木结构的发展趋势
1. 可持续性：
• 木材是可再生资源，碳足迹远低于钢筋混凝土。
• 绿色建筑标准（LEED） 推动木结构建筑的发展。
2. 现代木结构高层建筑：
• 近年来，出现了 多层木结构建筑，如：
• 挪威 Mjøstårnet（85米高的木结构建筑）
• 加拿大 Brock Commons（18层木结构公寓）
3. 数字化施工：
• 采用 BIM（建筑信息建模） 技术，提高木结构建筑的 设计精度和施工效率。
七、总结
1. 木结构建筑经历了从“拱架框架”→“半木结构”→“气球框架”→“平台框架”的发展，提高了 施工效率和安全性。
2. 榫卯结构逐渐被铁钉、螺栓和胶合板取代，大幅提升了施工速度和材料利用率。
3. 现代木结构建筑采用“平台框架”，是目前最常见的木结构体系，应用广泛。
4. 未来木结构建筑将向高层化、工业化、智能化方向发展，有望成为 绿色建筑的重要组成部分。
本课为 下一课（平台框架结构） 奠定基础，后续将详细介绍 平台框架建筑的结构特点、施工方式及优缺点。
