从泥土到太阳电池
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2 木材与木建筑

2.1 木材特征

森林是人类的摇篮和第一故乡,人类始祖古猿白天手足并用在树上攀援寻食,夜间为躲避敌害,寝宿树上。

时至今日,从综合角度考虑,木材仍然具有遥遥领先于众多天然和人工建筑材料的优点。纤维增强复合材料,是现代材料的新宠,在交通、建筑、航空、环保、电子、化工、水利诸多方面发挥了重要作用,木材是一种天然纤维复合材料。日本学者三泽千代治认为:“在树木被采伐加工成木材之后,功能并没有因此而终结。经过处理的木材有吸收和排出潮气的特性。它夏天能吸收潮气,创造清爽的环境,冬天则排出潮气,防止干燥。应该说木材是控制房间温度的天然空调,能够预防霉变和结露,从而延长建筑寿命。”

日本法隆寺证实木材的使用寿命可达1400年,对比钢筋混凝土不超300年,钢铁大概是100年,木材是非常超群的耐用材料。日本翻建室生寺的五重塔时,还可利用1200年前建塔时使用的木材。三泽千代治致力推销优质北欧木材,他的论点可能有些溢美之词,但也基本符合事实。

木材质轻,可以漂浮于水面,但适应性强,易于加工,具有弹性,尤其适合建造屋面,不但可以单独使用,还可以与泥土、稻草、砖瓦和石材混合使用,也可以和钢材、玻璃、水泥配合使用。经处理的木材还有良好的保温、绝热、防水、绝缘、隔声性能,似乎与人类建筑结下不解之缘,数千年来,分布在世界各地的建筑和各个时代的能工巧匠,总是或多或少使用木材。在彪炳史册的著名建筑中,木材都是不可缺少的主角。尤其在深受中华文化影响的东方,可能是受阴阳五行学说影响,人们总认为石材阴冷,应与地府亡灵有关,而垂青木质建筑。在当代建筑中,木材的作用依然不可忽视。在一年之内气候剧烈波动(如中国大陆很多地区,冬季气温降到-10℃以下,夏季却高达35℃以上)为了能够创造出比较理想的室内环境,建筑材料必须要有很低的热惰性,即适应能力。木材具有较高的热阻和较低的热容性,利于吸热和绝热,是世界各地应用最广的建筑材料之一。

木材不像其他的建筑材料,木材具有释放或吸收水分的能力。木材的含水量总是与空气湿度成正比,木材最终在自然调节下达到湿度稳定。甚至在最潮湿的气候下,若设计得当,木框架结构的建筑能表现出良好的功能。大多数建筑标准要求木材的含水量≤19%。这个含水量已经很低,木材没有机会发霉,收缩或变形的可能性也很小。室内使用的木材含水量一般为8%~14%,而室外使用的木材的含水量则为12%~18%。当潮湿或湿度大时,木材吸收水分。在干燥期间,木材就释放水分。在正常的使用情况下,木材的含水量随季节相关的温度和湿度而变化。一些户外应用,例如甲板和走廊,就应该使用防腐木和天然防腐的西部红柏这样的木材。加拿大不列颠哥伦比亚省是开发高压防腐木材处理产品技术的领导者,可以提供在任何潮湿环境下性能可靠的木材。

木材的弱点是需要较长的生长周期,在一般情况下有“十年树木”的时间,而对于一些质地紧密,材质优良的树木,成材时间有数十年,甚至更长,对生长环境也有较高要求。树木本身就是绿色生态的重要内容,随着人类建筑活动和室内家具装潢需求的急剧升温,很多地区的森林遭到狂砍滥伐,严重破坏了当地生态。美国“栗树之殇”是一例证。栗树曾经是北美大地最丰富的物种,一度提供美国东部1/4的建筑木材,夏季栗树花怒放,漫天皆白,山岭平原如白雪皑皑。1904年,一种日本枯萎菌侵入,美国栗树遭灭顶之灾,这种高达30m,数量近40亿株的树木在仅仅几十年间就不复存在了。类似的故事也在南美洲上演,葡萄牙人在巴西殖民时,有一个时代就被称为“红木时代”,无数繁茂数百年的高大红木被砍伐殆尽,取代的是橡胶树和可可树。

木建筑的另一弱点是不耐火,中外多少名扬史册的建筑,繁华兴旺的城市和乡村田舍,在熊熊大火中化为灰烬。

木材的第三弱点是强度远远低于钢材和石材,无法成为现代高层建筑的结构材料。由于木制建筑历经天灾人祸,至今留下的古代实物确实太少。直至今日,我们还没有足够的资料能够准确地复原历史上所记载的重大建筑物形象,面对那些被历史的烟尘覆盖许久的夯土和极为零散的柱础、瓦当,留在世人眼中的是一片茫茫荒野。

在史前时代,我们祖先立足的大地一片郁郁葱葱,绿荫遍布,地球上森林面积高达8000万平方公里,达到陆地面积1/2以上。我们祖先的生息繁衍活动,都和森林息息相关。

由于气候、温度不同,地球上森林类型也各不相同。在寒带和高原地带主要是针叶林(有人称为软木材),由松、杉、柏等组成,温带主要分布的是落叶阔叶林(有人称为硬木材),常绿阔叶林,主要由栎、榉、椴、杨、桦、桃、榆、栗、樟等组成,而热带低海拔地区森林主要分布形态各异,有种类超过1000万种植物的热带雨林。这些树木,尤其是温带和寒带的树木,都是史前人类重要的建筑材料。当然,人们开始在伐木建屋的时候,都是就近取材,随社会进步,才开始向深山老林进军。

草木同源,木建筑,也包括茅草和竹材。在很长时间里,茅草都是木建筑和土建筑中不可或缺的角色。中国商周时代的宫殿,还用茅草铺设屋顶。竹为高大、生长迅速的禾草类植物,茎为木质,分布于热带、亚热带至暖温带地区,东亚、东南亚和印度洋及太平洋岛屿上分布最集中,种类也最多。竹枝杆挺拔修长,四季青翠,凌霜傲雨,备受中国人民喜爱,有“梅兰竹菊”四君子、“梅松竹”岁寒三友等美称。中国古今文人墨客,嗜竹咏竹者众多。