中日两国木结构用材现状及其标准规范对比

1 前言

近年，随着我国绿色产业发展和绿色中国建设相关政策的相继颁布，木结构建筑作为一种舒适宜居、低碳环保的建筑形式重新回到人们的视野。与其发展要求有悖的是，我国适于木结构建筑使用的林业用材及其相关标准还不够健全，木结构建筑的市场占有率还极低。日本的木结构建筑在唐宋时期从我国传入后，其经过不断技术更新，在传统梁柱式木结构建筑的基础上，形成了一套“和洋并济”的木结构形式，并至今广为应用，目前其住宅建筑的45% 以上为木结构建筑形式。同时，通过种植- 砍伐- 种植、以及鼓励使用日本国产木材的系列政策，形成了一套良好的“以用促育”的林木资源利用形式，其国产结构用材比例逐年增大，用材标准也更为丰富、严谨、细致。

本文通过对中日两国木结构建筑用材情况以及相关标准规范的对比，发现我国现行用材情况和相关标准规范的不足，结合我国实际国情、针对重点领域提出修改建议，为我国现代木结构建筑产业的发展提供理论依据。

2 结构用材现状

2.1 林木资源现状

我国森林总面积2.08 亿公顷，第八次森林普查结果显示，我国森林覆盖率为21.63%，森林总体覆盖率还较低。但是我国一直在进行大量人工林的种植工作，目前人工林的面积已达到世界第一，为6933 万公顷，占森林面积的36%。我国近年来一直加大对人工林的种植力度，并取得了初步成果，但由于人工林树种单一易造成病虫害等原因，造成了我国人工林质量不高、无大径级木材的现状。这一方面影响了林业栽培的质量，另一方面又无法满足我国日益增长的木材需求量，导致目前大量依赖进口木材。

日本森林面积占国土面积的三分之二，为2500 万公顷，其中人工林面积约为1000 万公顷，国有林地面积占森林总面积的31%，国有林地森林蓄积量11.66 亿m3，占总蓄积量的23.3% 。森林资源以人工林为中心，每年以7000 万立方米蓄积，现在约有52 亿立方米。日本从二战结束后开始大量种植人工林，其规模从1966年最初的5.6 亿立方米增长到2017 年的33.1 亿立方米，增长了5 倍多。其人工林主要树种为日本柳杉、扁柏、落叶松等。据2016 年的统计调查，日本国产人工林中柳杉最多（57%），其次是扁柏（12%）和落叶松（11%）等。相关数据对比如表1 所示。

表1 中日两国森林资源情况

据统计，日本树龄超过50 年的人工林比例超过了总人工林面积的一半，从科学角度说，人工林超过50年就应进行采伐，这样才能够更有效地利用这些资源。同时，间伐能够给剩余的树木创造较好的生长环境、改善森林内的光环境，更好地抵御风雪灾害并且提高抵抗病虫害的能力，因此定期进行人工林间伐是日本对森林资源的有效利用的体现。

日本林业厅近年来积极推广ICT（信息通信）技术，连接与木材行业的上下游。上游的森林厂家提供资源信息，中游的锯材工厂提供原木需要量，木构件加工厂提供加工数量和尺寸，下游住宅制造商提供设计图和尺寸，整个结构形成了一个积极的循环机制，如图1 所示。

图1 ICT 技术路线

和日本相比，我国国有林占多数，因此对森林资源的宏观调控更容易实施。我国应该充分利用这个优势，实行可持续化的林业种植- 采伐- 利用- 培育，促进林业的振兴。

2.2 两国结构用材使用情况

2.2.1 我国木结构材料使用情况

我国木质人造板在建筑上的应用率很低, 目前仅为26% [1], 其中大部分还用作装修材料。由于我国木材资源短缺的先天不足，加上建国后初期对林业的滥砍滥伐，导致一系列生态问题后，政府限制了对天然林和人工林的商业性砍伐。目前市场上能流通的除了国外进口材外，就是质量不高的次小径人工林材。加之我国对于人工林的利用基础较为薄弱，尚未有在结构用材中使用人工林树种制成的构件。因此，在我国加强对人工林的劣材优用研究依然是很重要的课题。

2.2.2 日本木结构材料使用情况

为了振兴林业，日本的各个都道府县进行了地域化促进林业发展的措施，木材生产额和栽培生产额几乎相同。据统计，2017 年日本木质住宅建造商使用国产材的比例达到45.4%，较2014 年上升了13.1%。其中，地槛梁、地龙骨托梁、墙间柱、衬材、楼板、墙体、屋面七个部位构件使用日本国产材的比例超过50%。楼板和屋面衬材使用国产材的比例分别达到了77.1% 和79.7%。这与日本调整国产材的供给体系有密切关系。

图 2 日本柳杉原木

图 3 使用日本柳杉制作大梁和墙间柱（LVL）的日新工厂仓库

一方面，日本目前建造的木结构房屋建筑中，承重构件依靠进口的比例较大，柱类构件使用的集成材和无垢材中超过七成为进口材，梁和桁架超过九成为进口欧洲云杉，轻型木结构使用的材料也大部分为进口材。因此，为扩大国产材在柱类构件领域的利用率，日本林野厅计划使用日本国产柳杉及其他树种进行进口结构用材的替代，柳杉原木如图2 所示。同时，通过企业上下游的努力，在原木供应量稳定的前提下，使用柳杉等国产材作为胶合板、LVL 和刨花板的原材料进行生产。图3是日本日新结构用胶合板工厂仓库，使用日本国产柳杉作为梁和柱的LVL 材料。

另一方面，日本也在非结构领域推动国产木材的使用。例如在公寓、办公室和房屋改造等领域加大国产材的利用，并推进由阔叶材和柔软、质轻的柳杉、扁柏所制地板的应用。图4 是利用柳杉装饰的公寓环境，图5是北见市信用金库的木质化装修情况。2018 年6 月日本颁布了建筑基准法的修正案，法案包括了古民家的改造利用（图6），大跨度建筑物的木质化（图7）, 公共建筑物的木造化推进，如图8 为岛根大学的学生市民交流小屋，图9 为幼儿园图书馆的木质化装修。

图 4 日本柳杉装饰的公寓环境

图 5 北见市信用金库

图 6 古民家改造利用

图 7 大跨度建筑物的木质化

图 8 岛根大学学生市民交流小屋

图9 幼儿园图书馆的木质化装修

图10 中日木结构用材进口比例[2-3]

资料来源：2017 年以及2018 上半年中国木材进口情况.中国林业网 http://www.forestry.gov.cn/ 平成29 年木材需給表. 林野庁企画課(2019). http://www.maff.go.jp/j/tokei/kouhyou/mokuzai_zyukyu/

表2 日本锯材分类[4]

2.2.3 两国木结构建筑木材进口量情况

近年，我国木材需求量不断攀升，但由于政策的收紧，我国在原木和锯材上较为依赖进口。各木结构企业制造胶合木等使用的原材料、以及围护结构大量使用的人造板等，其原材料主要依赖进口，加工成的人造板等制品再向国外销售。同时，除人造板外，我国木结构构配件及制品加工的数量和种类依然较少，生产水平与国际水平也仍然存在较大差距。

与我国最大不同之处在于，日本对森林资源的管理秉承可持续发展和良性循环利用的原则，政府鼓励森林资源的可持续化利用，因此其国内林业储备了丰富的木材资源，其原材料没有过度依赖进口。但近年来，日本由于老龄化问题，住宅施工量有所下降，对木材的消费量近年来相应呈稍下降趋势。为了振兴林业、扩大木材内需，政府鼓励在中高层办公建筑和商业设施等低层非住宅建筑推广木结构建筑来扩大木材的使用。

两国2017 年木材消费量、锯材进口比例、原木进口比例、胶合板进口量、刨花板进口量数据如图10 示。

2017 年日本集成材的进口量为98 万立方米，进口比例为35.6%，使用国产木材作为原材料的集成材有增加的趋势，如图11 所示。主要的进口地区为欧洲（80%），国家有俄罗斯（7%）和中国（2%）。我国尚无有关集成材进口量的数据统计。

图11 日本集成材进口变化（1999-2015）

3 结构用材标准

3.1 用材分类

3.1.1 结构形式配套的材料分类

我国《木结构设计标准》中将木结构建筑分为方木原木结构、胶合木结构和轻型木结构。后两者是主要从欧洲、北美地区引进的结构形式，前者中包含的抬梁式、穿斗式，以及井干式结构是我国本土原有的建筑形式。中国木结构形式种类的划分主要以木构件采用的材料进行分类。日本木结构建筑可以分为轴组法和壁式工法，轴组即梁柱式，指的是以梁柱为主要承重构件，轴组又可以分为现代梁柱式和梁柱混合式；壁式结构可以分为轻型木结构和预制板木结构，两国对木结构种类形式的划分差别较大。

我国现代木结构以轻型木结构建筑和胶合木结构建筑形式为主，该种结构形式无论在材料、结构还是施工维护方面都有成熟的经验，其用材尺寸、力学性能分类都比较成熟完备（目测分等与机械应力分等）。其他两种形式即胶合木结构方木原木结构，由于施工案例少并且有些形式属于古建木结构的划分范畴，应用仍然较少。尤其是方木原木结构使用的锯材至今尚无机械应力分等的标准，这有很大一部分原因是和方木原木结构的建筑形式有关。

日本住宅半数以上都为木结构建筑，七成住宅的结构形式为现代梁柱式，这种结构在保留该国传统榫卯结构的同时，融入现代安全、耐久和抗震技术，既保留了传统文化特色，又提高了建筑的整体性能，是一种古今融合的木结构形式。由于这种形式所使用的结构材为锯材，所以日本农林水产省JAS 标准对锯材的分类很详细，并且目测分级和机械应力分等也较完备。具体分类见表2 所示。工厂预制化的接合部加工提高了加工精度和作业效率，结构用锯材如图12、图13 所示。

图12 现场组装已加工好的锯材

图13 工厂加工的锯材接合部

日本在传承古代梁柱式结构的基础上，融入现代抗震、隔热的技术，应用范围很广，而我国在古代木结构形式的传承上还需要继续加强研究，传承和创新任务艰巨。

3.1.2 力学性能分类

由于基础研究和机械水平发展因素的差异，我国标准与日本标准在力学性能分类上有较大的不同，总结差异如下：

（1）规格材。日本的机械应力分等的等级上分类更细致，共有29 个等级，较我国8 个等级多出了21 个等级。除此之外，日本标准针对因有节子等缺陷会造成的强度下降的问题，将材两端的弹性模量和强度减少的强度直径比进行了规定，而我国尚无此类相关规定。

（2）日本《集成材》对称异等组合胶合木强度分级共有十一个级别，比我国《胶合木设计规范》中规定的多出六个级别。非对称异等组合胶合木强度分级共有十一个级别，同样比我国《胶合木设计规范》中规定的多出六个级别。

3.1.3 规范衔接性

我国有关胶合木的两本规范《胶合木结构技术规范》和《结构用集成材》中有多处标准重叠、不统一的现象，总结下来主要有以下几点：

（1） 树种级别分类不同（SZ5 剔除）。

（2） 机械分等层板等级不同。

（3） 组坯级别不同。

（4 ）表述不同（非纵向接长的层板→长度方向无指接的层板）。

（5 ）标准更改（宽面材边径比→宽面材边节子比率）。

《结构用集成材》主要采标于日本《集成材》（1152号），因此在组坯结构上基本与日本标准一致。

3.1.4 理化性能分类

含水率是影响结构用材的重大因素之一。虽然我国与日本对于锯材的含水率数值要求相近，但是日本对于锯材划分的种类更多、更细，并且对于是否干燥过的锯材也有特殊的标记规定。工程复合材料标准中对于胶黏剂的要求方面，我国规范有不同使用环境的分类，日本标准相比之下对于胶黏剂的要求更高，尤其是多出了在火灾环境下对承重结构胶黏剂的要求，且在层积方向和长度方向上使用的胶黏剂种类要求也有所不同。

3.1.5 标准本土化

我国和日本都是从北美引进的轻型木结构形式，但两国标准对于规格材的尺寸规定有所不同。相比之下，我国规格材尺寸与北美体系大致相似，分类也较多。

3.2 结构用材质量认证体系

结构用材是关乎木结构建筑质量及性能的首要因素。健全的结构用材管理体系能够促进木结构用材行业的良性运转，保障消费者的权益。与日本农业标准JAS结构用材质量认定制度相比，我国仍处在监管较少、盲目发展的阶段，因此从用材质量抓起，进行产品认证是当务之急。虽然JAS 认证并非强制，但是为市场主流，并由日本全国木材协会定期进行资格审查，保证了市场流通的结构材的质量。

4 结论

我国与日本在林木资源贮备量，以及林业机械加工方面存在着较大的差异，由此带来的现代木结构材料用材及标准规范的差距也较大。总体来说，日本的林业形成了较为完整的循环机制，从林木种植到生产利用都实现了较大收益率。我国林业由于底子弱，加之建国初期缺乏计划性的开采伐木及种植不及时，导致能够使用的结构用材逐渐消耗殆尽。近年来在引入国外轻型木结构形式时缺少本土化的转化，与结构形式配套的材料也主要依靠进口。

在标准规范方面，日本积累了大量实验数据，及时更新规范，重视火灾及使用环境对于材料性能的影响，承接性较好。引入国外技术的同时，吸收并本土化，这一点在日本轻型木结构的规格材的尺寸上可以很好体现。我国关于结构用材标准近年来也颁布较多，但前后衔接性不高、细节规范不到位的问题，依然需要重点解决。

在结构用材的质量认证体系方面，日本起到了很好的表率作用。JAS 认证体系几乎覆盖了全部木结构用材，包括含水率及甲醛释放量的要求，方便管理及监督。我国应及时制定相应认证体系，完善木结构用材的标准，肃清市场。

参考文献

[1] 王宏棣, 黄海兵. 我国结构用木质复合材现状与应用前景[J]. 林业机械与木工设备, 2007(09):7-9.

[2] 中国木业网整理. 2017 年以及2018 上半年中国木材进口情况[EB/OL]. (2018-10-25)[2019-4-20]. http://www.forestry.gov.cn/xdly/5197/20181025/103717304627763.html.

[3] 林野庁企画課. 平成29 年木材需給表[R].2019.

[4] 製材の日本農林規格[S]. 農林水産省, 2013.

作者

 北京林业大学材料科学与技术学院     高颖 王祖嘉