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全木结构建筑探索-上海诺华园区C12-1

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木构 导引 雕梁画栋、层楼叠榭,中国古代木建承载着居住和文化的悠远记忆。无论是对可持续性的关注,还是对自动化加工的探索,木材重新获得了建筑师们的青睐。伴随着现代建筑设计对传统木质材料的应用创新,重新归来的是对东方美学和传统文化的认同。


木构

导引

雕梁画栋、层楼叠榭,中国古代木建承载着居住和文化的悠远记忆。无论是对可持续性的关注,还是对自动化加工的探索,木材重新获得了建筑师们的青睐。伴随着现代建筑设计对传统木质材料的应用创新,重新归来的是对东方美学和传统文化的认同。


传统木作

中国山西应县木塔

中国现存一座与意大利比萨斜塔、巴黎埃菲尔铁塔并称“世界三大奇塔”的木构建筑——应县木塔。它始建于公元1056年的辽代,高达67.31米。被2016年吉尼斯世界纪录认定为世界最高的木塔(今年建成的挪威Mjstarnet大厦高达85.4米,超出应县木塔18米)。

  • 高67.31米

  • 共9层

  • 共用斗拱54种

  • 每层为8边形中空结构层




当代木构

日本东京奥运会主场馆

建筑师:隈研吾

日本东京奥运会主场馆最终选择 日本建筑大师隈研吾的方案,3层看台,约8000个座位,采用了钢木混合结构,其成本估算为大约15亿美元,比最初采用的扎哈·哈迪德的设计方案节省约7亿美元。隈研吾的方案高度不到50米,整体参考了日本寺庙建筑的轻型木结构风格,材料上大量采用日本雪松。




RFR

木构

经验


多年来,RFR配合国际一线的建筑大师,在国内外相继完成了数十个木构项目。在不同尺度和类型的项目中,木构充分发挥特性,被灵活巧妙地运用在立面、屋架、采光顶、巨型结构、装置等多种场景之中:


立面

上海诺华园区C6

建筑师:刘家琨


爱尔兰市政厅

建筑师:Bucholz Mcevoy


屋架

上海诺华园区C12-1

建筑师:隈研吾


采光顶

爱尔兰SAP软件公司总部

建筑师:Bucholz Mcevoy


巨型结构

法国巴黎路易威登基金会博物馆

建筑师:Frank Gehry


装置

探索家未来生活大展

建筑师:MAD马岩松


法国南特塞纳河畔体育场

建筑师:Barthélémy & Gri?o




上海

诺华园区

C12-1

上海诺华园区项目于2010年启动,是继美国麻省剑桥研发中心、瑞士总部巴塞尔研发中心之外的诺华全球第三大研发中心。一期共7栋建筑,至2016年完成并投入运营。在园区的景观中心是一栋 两层的全木结构建筑C12-1 ,它是诺华专门为员工打造的多功能餐厅,集餐饮、会客、活动于一体。


项目简介

该建筑的主体结构主要由绿色屋顶、胶合木桁架、V形柱组成。 总建筑面积为900平方米,幕墙面积300平方米,长40米,宽28米,高12米,室内外共拥有300个座位,每周人流量1000人。

建筑剖面图


建筑轴测图


全木结构建筑在2012年是个很大的挑战,在国内很少见。 本项目由日本建筑大师隈研吾担纲设计 ,覆盖满绿色植被的全木结构建筑颇具东方茶室的意蕴,穿梭其中的立柱,使人置身其中仿佛栖身于自然林木之中。

上海诺华园区C12-1

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方案演变

在屋架网格研究的过程中,RFR从中国古建筑的学习中得到启发,发现这种小杆件、简单的连接形成大跨度的结构方案。

《清明上河图》中汴河上的大跨度木桥


通过古建方案、搭接方式、手工模型等多步骤的研究,最终,我们确定 通过短构件实现大跨度的屋架网格结构 ,营造中国茶室的意向,实现“人在林中”的室内感官体验。

古建筑搭接灵感 


屋架搭接方式研究


手工模型搭建



结构设计

不同于隈研吾在日本做的很多理性的木建筑方案,本项目采用折面屋面,高度最高为12米,最低为4米,并在木结构里做了 一个最大达10米的大悬挑 。隈研吾坚持以林树为概念,屋面覆盖了绿色植物。 竖向承力完全通过木结构本身。

“中国茶室”建筑概念


无核心筒

结构传力采用简洁明晰的 半跨钢架 方案,通过斜柱和屋架刚度,形成稳定体系。

结构模型(外面一圈装饰型构件最终没有使用)

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竖向传力

主要柱子以轴向受力为主。 屋面的梁出现双向受力情况。在抗侧力位置做铰接柱。整个抗侧力体系必须通过一根单柱+一对V形柱。在短轴方向,地震力传来的时候,整个屋面在侧向力出现了比较大的竖向抗弯刚度。


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计算假定

整个屋架结构运用了弹性分析方法,并考虑了连接节点为半刚节点,以及材料蠕变对整个结构体系的影响。


规范参考

项目参考当时的欧洲规范。构件采用偏心连接。节点位置的抗弯刚度在强轴方向考虑了75%,在弱轴方向考虑了12%。整个结构设计按照欧洲荷载组合,木结构竖向变形为25毫米,在一个幕墙交接位置蠕变为8毫米,因此我们进行了一个适应性设计。整个抗侧力,屋面梁为高1.4米的木结构。抗侧力较强。

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材料选择

常见的松木等材料无法作为承重使用,需要优质木材或是经处理的胶合木,C12-1最终选择 加拿大道格拉斯花旗松 。花旗松胶合木可提供良好的握钉力和固定力,目前较多用于大跨度木结构。

上海诺华园区C12-1道格拉斯花旗松样品


在考虑碳化防火之后,按照欧洲规范需要碳化层做到40毫米,而中国规范给出了46毫米的建议。考虑碳化之后,按照欧洲规范考虑折减系数之后,立柱的利用率从60%增加到85%,横梁利用率从47%增加到50%。


连接设计

屋面无对明露(钢结构连接看得见)外观要求 ,建筑师希望采用“看不见”的连接,保持全木结构视觉上的完整统一。

节点连接方案草图

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最终方案通过钢结构节点做转折来实现双向弯折构造。这个体系利用澳大利亚 植筋工艺 ,选择的交接工艺参考欧洲规范进行设计。


连接节点方案


放置在木结构内的钢节点



视觉样板

视觉样板检验图纸


设计样板由HARING完成

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性能测试

我们对节点刚度和耐火时限做了测试。测试结果得出,节点刚度满足设计假定。

节点刚度测试


在防火性能测试中,通过两次节点耐火时限测试进行试验与改进,在第二次连接板做孔后,燃烧时间约59分钟。通过本次设计,我们认为室外木结构的耐久性是接下来中国木构建筑亟待解决的问题。

防火性能测试


工程建造

近年,国家对于木结构建筑的各项设计规范标准越来越清晰,并从2017年10月1日起颁布实施了《多高层木结构建筑技术标准》GB/T51226-2017。在2010年上海诺华园区项目启动之时,国内对于木建筑的防火、结构连接等尚未有详细的规定。C12-1的很多设计参考了当时的欧洲规范,而整个园区也是按照欧洲标准进行设计建造。RFR全过程参与了C12-1项目的工程建造监管,积累了宝贵经验,并在过程中进行了得失评估。

工厂叠合加工


现场施工建造




木构

经验


简化节点

上海诺华园区C12-1的屋面架设计中,弯折构件采用100%弯矩连接,设计较为复杂,且利用率较低。一般的木构项目如果不采用弯折式结构,则可以通过简单连接来实现大跨度屋面。

拱形屋面

折板屋面


关注耐候

较之其它建筑材料,木材在防火、防霉、防腐等方面都有严格的本地要求,并涉及到森林资源保护等环境问题。因此需要充分考虑耐候、造价以及后期维护措施。

RFR材料库木材样品


美学逻辑

作为传统的、富有生命性的材料,木材比其它材料更具变化性,蕴含着温暖和沉静的气质以及深刻的文化特征。现代木构建筑的设计需要溯本求源,通过逻辑一致的美学,充分发挥木构不同于现代材料的特性和优势。

现代木构建筑

挪威布鲁蒙达尔Mjstarnet


现代木构建筑

西班牙塞维利亚Metropol Parasol


现代木构建筑

韩国九桥高尔夫俱乐部


上海诺华园区C12-1

Novartis Campus C12-1, Shanghai

项目信息

Information

服务类型:

业主:

建筑师:

设计院:

木结构总包:

木结构专家:

木结构样板:

 木结构施工:

周期:

功能类型:

建筑面积:

幕墙面积

全过程幕墙顾问/结构顾问/工程品控顾问

瑞士诺华

隈研吾

同济大学设计院

GARTNER上海

同济大学 - 何敏娟

HARING

昆仑绿建

2010-2015

办公

900m2

300m2


RFR结构+幕墙团队

RFR Structure + Fa?ade Team

项目总监:

结构总监:

项目经理:

团队成员:

实习生:


Lutz Dickman

于辉

周金将(现昆仑绿建木构技术负责人)

金长发、周琪琪、Florian Rochereau等

Alexandre Gabin

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