中国木结构建筑历史悠久^[1],传统木结构兴于秦汉、盛于唐宋,至明清达巅峰。秦汉时期,传统木结构体系趋于稳定,并形成穿斗式、抬梁式和井干式等几种木结构形式;到了唐宋年间,传统木结构建造技术已经较为成熟,并向标准化和模数化发展;明清时期,传统木结构体系和形制进一步固化,建造技术更加成熟。中国拥有建成数百年甚至上千年的古代木结构建筑,如公元857年建成的山西佛光寺大殿、公元1056年建成的应县木塔、公元1420年建成的故宫等,这些木结构建筑历经战争、自然灾害但至今依然巍然屹立,充分展示了中国古代高超的木结构建造技术水平。

　　 1949年新中国成立后,因木结构具有突出的就地取材、易于加工等优势,砖木结构在所有建筑中占有相当比重,特别是20世纪50年代末达46%^[1]。20世纪70年代,基于国内森林资源短缺的状况,国家提出“以钢代木”、“以塑代木”的方针,木结构房屋被排除在主流建筑之外。20世纪80年代起,我国结构用木材采伐殆尽,以致停止使用木结构,木结构建筑基本停滞20余年。

　　 21世纪起,中国越来越重视可再生的木结构材料的利用。同时,我国与国外木结构建筑领域的科研和技术交流不断增加,现代木结构建筑技术在中国的应用不断增加,木结构建筑进入新一轮发展阶段。近20年来,中国现代木结构在人才培养、科学研究、工程应用等领域都有了一系列的发展。

　　 新中国成立后,木结构大量应用、发展势头迅猛。我国大部分大专院校工民建(建筑结构)专业都开设木结构课程,教授木结构相关知识。但20世纪80年代后期,由于木结构建筑停止使用,大专院校停开了木结构课程,并停止培养研究生,原来从事木结构的教学人员改弦易辙,木结构学科无形中在中国教育史上消亡近20多年,木结构人才流失严重。

　　 21世纪初期,随着木结构建筑建设的复苏,木结构知识又受到了建筑设计、施工单位的关心,木结构教育也受到了高等教育的关注。同济大学自2003年率先恢复了木结构课程教学,作为选修课向土木工程专业本科生开设,从木结构材料、构件、节点及结构设计等方面入手,较为系统、全面地教授木结构相关知识,于2008年出版《木结构设计》教材并得到广泛使用;同时也恢复了从事木结构研究的硕士、博士培养。哈尔滨工业大学、东南大学、南京工业大学、重庆大学、清华大学等高校的土木工程专业也陆续开设了有关木结构的选修课并培养木结构研究生。许多农林高校也从木材教学研究拓展至木结构建筑。如南京林业大学于2007年以国家重点学科“木材科学与技术”为依托成立了木结构建筑系,并开始培养木结构方向的本科生。2015年,中央及有关部委相继出台文件,倡导发展木结构建筑,为现代木结构建筑产业化的发展提供了政策导向。越来越多的大专院校投身于木结构学科的教育和研究中来,如北京林业大学于2016年在“木材科学与工程”本科专业增设了“木结构材料与工程”方向,并将此方向的研究列入学校材料科学与技术学院的“十三五”发展规划。

　　 近20年来,各相关协会与高校、职业技术学院、培训机构等合作开展了一系列针对建筑学和土木工程等专业的学生、木结构建筑施工企业技术人员、建筑设计院注册结构工程师的各类木结构建筑培训。有关木结构的会议、论坛等陆续在全国各地召开,并逐渐形成规模。如自2009年起每年举办的“中国木结构产业发展高峰论坛”至今已成功举办了10届,每年都会吸引很多高等院校的师生、科研人员及木结构企业技术人员参会。高等学校土木工程学科专业指导委员会中的木结构教学研究工作团队,联合对木结构科研、教学感兴趣的高校,每年定期召开会议,研讨木结构研究和人才培养的突出问题,并从2016年起每年举办“高校木结构设计邀请赛”,在木结构人才培养和科学研究方面起到了积极的推动作用。

　　 近20年来,许多高校和科研院所针对传统木结构、轻型木结构、胶合木结构、木混合结构等开展了大量的研究工作,并在材料、基本构件、连接节点、结构体系等方面取得重要进展。

　　 我国传统木结构建筑主要采用“构木成架”的框架结构体系,梁柱构件之间采用榫卯连接,木柱浮搁于础石之上,抗震性能优越;特有的斗拱结构形式构思巧妙、形态美观。但传统木结构多以原木或锯材为主材,构件尺寸大、用料多,较依赖于天然林业资源;榫卯、斗拱施工工艺复杂,难以适应现代社会的发展需要,近年来建造不多。

　　 有关传统木结构的研究主要集中于传统木结构理论、历史建筑的保护与维修,如针对榫卯、柱础等连接节点的受力性能研究^[2,3,4]、历史建筑的力学性能测试^[5]和加固维修^[6,7,8]等,在此不做详细展开。

　　 轻型木结构具有抗震性能好、建造方便、材料利用率高、投资省、保温隔热性能好等优点,21世纪初引入中国后就得到了一些建筑师和房地产开发商的支持和认可,并应用于别墅、旅游地产的建设中。为了促进轻型木结构的本土化发展,许多学者先后对轻型木结构的节点、构件及抗侧体系等方面进行了系统研究。

　　 在节点方面,针对常用的钉连接^[9,10,11,12]和齿板连接^[13,14]的力学性能进行了大量试验研究(图1),确定了钉连接本构关系和齿板承载力本构关系,掌握节点的设计方法,并形成可用于对轻型木结构及构件进行数值模拟分析的节点力学性能数据库;在构件组件层面,对轻型木桁架^{[15,16,17,18]}、轻型木剪力墙^{[19,20,21,22]}、木楼盖^[23]等的力学性能进行了静力、低周反复试验及数值模拟研究(图2),建立相关构件力学性能指标数据库并应用于设计及计算分析;在结构体系方面,对轻型木结构房屋进行了振动台试验研究和数值模拟分析^{[24,25,26,27,28,29,30]}(图3),确定了轻型木结构承载力、变形特征、抗震性能等设计方法、设计指标和分析技术手段,明确此类结构能够满足我国现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)中的8度抗震设防要求。

　　 与轻型木结构建筑相比,胶合木结构的主要结构构件通常是外露的,外露木材的色泽和纹理使建筑内外具有生动、漂亮的外观,而且经过加压胶合后的木构件质量均匀、强度较高、构件截面不受限制,可以用于高度更高、跨度更大的建筑结构中,因此,近年来胶合木越来越受到建筑师和建设单位的青睐。

　　 随着对胶合木结构应用的重视,其相关研究也不断丰富。在胶合木加工工艺方面,主要集中于胶合性能和指接性能,具体包括结构用胶合木生产标准、层板分级、指接技术和胶种选择等^[31,32,33];在连接节点方面,主要针对梁柱连接节点^{[34,35,36,37]}的承载能力、抗弯刚度和耗能能力进行了系列研究,发现了传统螺栓连接节点的不足,提出了自攻螺钉或光圆螺杆加强螺栓连接节点^{[38,39,40,41]}(图4)、预应力套管螺栓连接节点^[42,43,44](图5)、具有自复位功能的预应力梁柱节点^[45]等新型高性能连接节点,新型连接的承载力和抗弯刚度等性能得到了较大提高。

　　 长期以来,木结构建筑仅用于低层建筑,但随着木材科学技术的不断发展,一些新型的工程木材料不断涌现,尤其是随着20世纪90年代正交胶合木(CLT)在欧洲的应用,促进了多层木结构建筑的发展。我国在多高层木结构方面的研究工作近几年也逐渐开始,主要集中于胶合木框架-支撑结构^{[46,47,48,49]}(图6)、胶合木框架-轻型木剪力墙结构^{[50,51,52,53]}(图7)以及胶合木框架-CLT剪力墙结构^[54,55](图8)等结构体系的性能研究。与前两种结构形式相比,CLT剪力墙结构的力学性能更优,这主要得益于CLT板材不仅在面内正交两个方向的力学性能趋于一致,而且具有较高的面内刚度及承载力、良好的面外受弯及受剪力学性能等。

　　 为了拓展木结构的应用领域,推动可再生的木材在建筑结构中的广泛应用,国内外学者尝试将木结构与其他结构(如混凝土结构和钢结构)结合进而形成混合结构体系,主要包括上下混合木结构、混凝土核心筒木结构和钢框架-木剪力墙混合结构等。针对上部为轻型木结构、下部为混凝土结构的混合结构^[56,57,58],通过振动台试验(图9(a))、现场实测和有限元模拟对振动模态、非线性动力时程响应和刚度比等进行分析,提出上下结构分开设计,上部结构按刚度比考虑地震作用放大效应的抗震设计方法。针对钢-木混合结构的研究,主要包括:钢框架-轻木剪力墙结构^{[59,60,61,62,63]}的受力机理、抗侧力分配机制以及钢框架抗侧刚度比等对其抗震性能(图9(b))的影响研究;钢-木混合楼盖^[64,65,66]的平面内受力性能和水平抗侧性能研究;附加阻尼装置的钢框架-轻木剪力墙结构^[67,68,69]的耗能性能研究;钢框架-CLT剪力墙结构^[70,71]的抗侧刚度和抗震性能研究等。

　　 近20年来,我国现代木结构的工程建设大致可以分为两个阶段,一是现代木结构技术的学习和探索阶段,二是逐渐推广适合中国的现代木结构建筑技术的发展阶段。

　　 2001年起,美国、加拿大、日本等发达国家的新型现代木结构建筑进驻中国建筑市场,在北京、上海等地迅速建起了一批木结构示范项目。

　　 2005年,加拿大木结构房屋中心——梦加园展示中心(图10)在上海浦东金桥开发区落成,是国内轻型、重型木结构中的代表作,整体建筑突出展示了开放式横梁和拱形屋顶的建筑风格,建筑外墙饰面采用横向木质挂板和天然石材的组合方式,建筑隔墙采用了轻型木结构的墙体。

　　 2006年9月,上海市徐汇区木结构平改坡示范工程(图11)竣工,平改坡是指在旧房屋顶采用由规格材制成的轻型木桁架搭建出坡屋顶,实现改善老式顶层房屋的保温隔热和防水功能。随后相继完成了上海各区数十幢木结构旧房改造项目及青岛、南京、石家庄等地数百栋旧房木结构平改坡工程。

　　 2008年汶川地震后,各地为四川省援建了一批木结构建筑,包括都江堰向峨小学、绵阳市特殊教育学校、北川县擂鼓镇中心敬老院、青川县农房项目等。其中,都江堰向峨小学(图12)是我国第一座全木结构校园,由上海援建,同济大学牵头设计,总建筑面积为5 643m²,包括三栋建筑单体:宿舍楼、餐厅和教学综合楼,除餐厅采用胶合木结构外,宿舍楼和教学综合楼均采用轻型木结构。

　　 这些示范项目为探索和推广适合中国的现代木结构建筑技术,完善木结构相关技术规范,开展多层木结构建筑技术应用研究做了有益的尝试,并且积累了宝贵经验。

　　 近10年来,随着木结构建筑节能环保、“天生工业化”优势的凸显,木结构设计和加工技术的发展,木结构建筑科研进展和相关规范体系的完善,国家鼓励木结构工程建设相关政策的出台,以及保障木材供应的人工林开发,我国木结构建筑市场发展呈上升态势。

　　 截至2018年底,我国从事木结构的企业数量已达2 738家^[72,73],主要集中于长三角地区。图13为2000～2018年新增木结构企业数量,新增企业从事的业务包含木结构建筑的研发、设计、咨询、生产制作、施工等。由图13可见,2000～2011年仅461家,之后几年发展迅速,尤其是2015年和2016年增速最快。这是因为2015年以来,我国的生态化进程加快,木结构越来越受到政府的重视,相继出台了一系列政策文件鼓励发展木结构建筑。

　　 截至2017年,我国现存木结构建筑面积约1 200万～1 500万m²,其中,轻型木结构为主要结构形式,占比达67%,重型木结构占16%,其他形式木结构(包括重轻木混合、井干式木结构、木结构与其他建筑结构混合等)占比为17%。

　　 轻型木结构主要应用于3层及3层以下的别墅、酒店、学校、农村住宅等的建设当中。建成的项目不胜枚举,如位于河北围场御道口的田园牧歌轻型木结构别墅项目(图14),该项目由会所、别墅等14栋低密度木结构独立建筑构成,建筑面积1.1万m²;位于天津滨海新区的中加生态示范区项目,建有100套联排别墅木结构建筑,建筑面积约1.7万m²;位于苏州市吴中区的御玲珑生态住宅别墅示范苑项目,建有12幢3层轻型木结构独栋别墅,建筑面积约1.2万m²。

　　 重型木结构大多采用胶合木梁柱结构体系,广泛应用于休闲会所、学校、体育馆、图书馆、展览厅、会议厅、餐厅、走道门廊、桥梁、户外景观设施等。如位于青岛小珠山公园的万科青岛小镇游客中心项目(图15),采用93根锥形胶合柱支撑了2 600m²的三维曲面屋顶,整个屋顶全部采用了外观无暇的J级别SPF规格材;位于上海市崇明岛的上海金茂凯悦度假酒店(图16),酒店大堂、宴会厅的接待厅、酒店入口的雨棚、连接6幢主体建筑的双层连廊、局部餐厅以及室外茶室都采用了外露的胶合木重型木结构体系;位于上海浦东新区的上海诺华制药餐厅(图17),主体结构采用交错变换的V形柱来支撑网格形的胶合木屋面结构,该项目被誉为“木结构鸟巢”;位于苏州市吴中区胥口镇的胥江大跨木桁架拱桥(图18),桥全长约100m,采用胶合木结构桁架拱形式,是我国最大跨度的木结构拱桥。

　　 木混合结构包括重型木结构与轻型木结构的混合结构和木结构与其他结构的混合结构。重-轻木混合结构的应用较多,如武汉绿地幼儿园项目和大庆绿地木结构会所项目,都采用胶合木框架-轻型木结构剪力墙的混合结构体系;木结构与其他结构的混合结构应用不多,典型的有苏州御玲珑生态住宅别墅示范苑项目(图19),其中3幢7层公寓采用混凝土框架-轻型木结构填充墙体的木-混凝土混合结构;上海世博会温哥华馆(图20)是一幢3层的木-混凝土混合结构建筑,1层为钢筋混凝土框架-剪力墙结构,2,3层为木结构;扬州万科城会所(图21)采用钢框架-屋面胶合木梁的木-钢混合结构;位于上海杨浦滨江路段的望江驿和人人屋(图22)等驿站,均采用木-钢混合结构体系建造。

　　 我国木结构的产生和发展贯穿整个古代建筑的发展过程,是我国古代建筑成就的主要代表。进入21世纪以来,随着国民经济的发展和社会的进步,我国对绿色建筑和可持续发展的重视程度越来越高,建筑工业化的需求不断加大。现代木结构是一种采用绿色、可再生建筑材料,同时可实现工业化加工、装配化施工的建筑结构形式,符合我国建筑业发展的需要。

　　 经过20余年的发展,我国在现代木结构领域取得了丰硕的成果。在人才培养方面,逐步恢复了木结构相关的课程、培训等,培养了一批拥有木结构专业知识的学生、科研人员及木结构企业技术人员;在科学研究方面,以“连接节点——基本构件——结构体系”为主线开展了适合我国国情的现代木结构系统性研究,形成了一系列科研成果;在工程建设领域,经历了起初几年的学习和探索阶段,到近几年逐渐推广适合中国的现代木结构建筑技术的快速发展阶段,我国从事木结构的企业数量由数十家发展至近3 000家,木结构建筑保有量达1 200万～1 500万m²。木结构建筑在众多建筑形式中脱颖而出,越来越受到建筑师和建设方的欢迎,发展前景广阔。