关于大跨度竹结构的挑战 - 竹管垅茶青市场可持续设计建造实录

 

  ? 褚英男  

项目源起与在地性的隐藏命题

正如拉斐尔·莫内欧所一直坚持的，建筑在建成的一刻才被赋予意义。设计与施工的分置诚然极大地保障了项目效率和效果，但对传统技艺与当地文化蕴藏的蓬勃生命力却难以回应。在中国乡村振兴的浪潮中，那些遗存的特殊工匠技艺、乡土建造智慧、潜在建材工法，都有可能为项目的最终建成效果起到促进作用，却难以在设计阶段精确决定。

建筑设计是建筑师将千丝万缕的信息汇集后进行的综合决策，不同建筑师面对同样的条件也会有不同解读，每一种设计结果都有赖于每一位建筑师的设计哲学与逻辑。在建造过程中，很多技艺、工法的深化或变化，会直接影响到建筑的呈现。如果想充分展示在地文化的独特魅力，需要专业建筑师深入设计与建造的全过程，基于清晰的原则和方法，与业主、工程师、工匠、厂家共同合作，在整个过程中不断优化探索，与项目共同成长。这也是我们在中国乡村进行建筑设计时坚持的设计路线，即在中国乡村振兴背景下挖掘中国本土智慧与特色的道路。

竹管垅茶青市场位于福建省宁德市寿宁县的竹管垅乡，深藏在秀丽的闽北山区，当地产竹产茶，民风淳朴。在2021 年之前， 这里物流甚至没有通顺丰和京东，只能依靠中国邮政EMS。茶青交易是竹管垅的支柱产业，村民们开垦茶园梯田，种茶采茶，在自家小作坊将茶叶粗加工成茶青，然后等着茶商每年在固定时间上门收货。当地意识到缺乏现代商业的经营渠道，在政府的主导和村民的支持下，计划在村里长途汽车站边上，以竹子为主要材料，用有限的经费建造一个多功能的茶青市场，带动当地茶青交易的产业升级，同时改善村里的公共活动空间，成为一处村民们分享交易信息、打开商业渠道， 以及日常休闲的场所。

▲茶青市场概览 ? 褚英男

我们希望这个项目服务的主要对象是在此地生活的乡民；希望它的文化底色、建构语言是周边熟悉的历史文化传承和地方技艺；希望建造的材料能尽可能地就地取材、就近获取，参与的工匠主体是附近的乡邻。在深入调研当地的情况之后，我们意识到，这种在地性的实现，需要突破图纸的限制，在设计建设的全过程发会作用。

设计之初，结合素朴团队以往项目的经验，考虑到茶青市场的使用模式和服务当地的多功能需求，设计者和使用方一起策划了一个可灵活布局的大空间。茶青交易一年也就几次，其余时间这里可以办农贸市场，还能让村民休憩、孩子们体育活动，甚至在年节庆典的特殊日子里，作为乡宴活动的集中场地。于是设计任务明确为“如何用竹材建造一个大跨空间”——这个空间要有良好的自然采光通风，对村民开放，且屏蔽客运站前的嘈杂，用起来舒适，并且运营维护起来便宜。

▲建筑平面- 不同使用模式 ? 素朴工作室

▲使用中的市场 ? 褚英男

▲竹制拱顶 ? 褚英男

可持续建造的在地性破题

竹管垅乡作为福建闽北山区乡村的一个缩影，有一定的代表性。村子依山而建，周边不是毛竹林就是茶园梯田。村里的民居都是夯土的农家小院：毛石础、木柱梁、坡屋顶、夯土墙。农户小院没有上规模的福建土楼，也没有豪门大族的精细构造，不在文物建筑的保护范围里。随着近年的发展，夯土房里的村民几乎都迁出来，住进了沿着公路新建的水泥楼房里。人去楼空的夯土小院，疏于维护年久失修，有些甚至开始坍塌，被贴上“危房”的标签，以待更新。

寿宁是中国传统营造技艺——编木拱桥技术的传承地之一，全县有19 座遗留的木拱桥。更有意义的是编木拱的搭建方式在1949 年后当地的桥梁建造中还在使用，被编木拱桥的研究学者在著作中多次提到。这种在地方上保持生命力的建造方式，这种用小单元换取大跨度的结构原型，以及用工匠智慧替代大型机械的施工工艺，对我们而言是一个可以挖掘的巨大的宝藏。所以破题点集中于——寿宁虹桥的编拱结构，以及竹管垅民居留下的匠作与材料。

▲借鉴当地传统建造工艺 ? 素朴工作室

▲借鉴当地传统编木拱桥技术的屋顶 ? 褚英男

以竹代木，编竹成拱

竹管垅周边有大量毛竹林，取材丰富。我们在深入研究了编木拱建造的结构原型和传统工艺后，在师法传统的基础上，对编竹拱的做法也尝试了结构创新。借用编拱的建造原理，用比木材尺度更小更轻便的竹材，编竹成拱，通过单元的重复，借助当地熟悉的施工技艺， 实现了整体跨度18m 的编竹拱建筑屋顶。需要说明的是，同样的跨度，不上人屋面比桥的结构荷载小，所以借助桥的结构原型来处理屋面问题就更加容易。

在结构工程师的指导下，工作室和竹建筑厂家一起进行了编竹拱足尺模型的荷载试验，通过各节点上的水桶荷载实验来确定结构的承载力极限，最终确定了跨度18m 的编拱竹结构的设计和施工方案。

编竹拱单元的具体设计细节如下：对整体竹拱结构的设计，经历了定跨度、定高度、定杆件的推演过程。根据400-500m2 的建筑面积需求，以及场地的面宽进深现状，我们将建筑的跨度和面宽控制在18m×25m 左右。从18m 的拱跨反推合理的拱高大约在4m-4.5m 之间，拱脚高度控制在2.5m 左右，这样整体室内空间尺度大概控制在最高点7m 左右，最低点在2.5-3m 左右，既能比较人性化、尺度亲切；又能满足茶青运输、装卸等功能需求。考虑到竹杆件越长越容易产生形变，且自然状态下的竹材首尾两端的直径差异较大；但从结构材料的稳定角度，则是希望材料两端的尺寸越接近越好；所以选定的竹材单元越长，对原竹材料的选择要求就越苛刻；故在与结构专家和竹构厂家讨论后，建议单根竹材长度不宜超过4.5m，选取材料两端的直径差异不得超过2cm。据此推演出的编拱单元则确定拱节数为8，拱骨长度为4.44m。

确定了编竹拱的几何原型和杆件尺寸要求后，我们进一步确认了节点处的搭接要求，并做了针对性的改良设计。首先，考虑到竹材和木材的性能差异，在榫卯节点的加工上竹不如木，故本项目的编竹节点采用杆件的穿插搭接，不做榫卯。第二，为加强节点强度，我们增加了穿插的横杆数量。每个拱节处穿插的横杆从常规的1 根加到2 根，同时端头延长后的外角区域也添加了一根横杆，来分摊整体的受力。第三，每个拱节部位，交叉顶部外侧设2 根横杆，作为屋架二次结构的竖向支撑受力点。拱节交叉处外侧顶部的一组横杆与内侧底部的一组横杆形成一个双层的受力组合。下层的横杆主要参与拱架整体的受力传递，上层横杆主要参与屋架二次结构的传力。

编拱结构的杆件繁密，不利于透光，为了调节这一矛盾，我们对传统编木拱廊桥的原型做了两处调整：1）挤压南侧、拓宽北侧的杆间距，形成编拱两端一宽一窄的梯形平面投影。2）编拱上的屋架( 类似廊桥的桥面）设置成架高的单坡曲面，既与编拱之间留出空气间层，又让屋面的形态不受圆拱约束，更为自由，镜像拼接后可形成动态的屋面轮廓。架高屋面的二次结构与编拱的底部结构以及之间的斜撑形成了一个类似空间桁架的整体受力体系，加强了屋面的结构整体性。这两处调整前者为整体屋面留出了透光单元间隙，后者则为建筑顶部空间留出了自然通风廊道，既是造型与建构的设计，也包含了整体可持续策略的考虑。

在整体屋面的设计中，借助单元重复将复杂问题简单化是一个非常重要的策略。虽然单个来看，无论是编竹拱单元还是二次架高的曲面屋顶，施工现场的几何找形和安装都比较复杂，但一旦工匠团队解锁了第一次，后续再重复施工就能事半功倍。典型实例是，第一品竹拱搭建用了20 天，工人师傅们研究怎么定位、找形、安排施工策略，但第二品和第三品竹拱只用了10 天就完成了，平均5 天完成一品， 最后一品更快，仅用三天。在施工第一个单元时，类似足尺放样，同时也是在积累经验和试错，一旦完成，后续的工程就变成了技能的重复，效率和完成度都会高很多。这一策略对于需要依赖工匠经验的手工建造很有意义。

▲竹结构节点测试 ? 素朴工作室

▲爆炸拆解及节点图 ? 素朴工作室

▲屋顶局部 ? 褚英男

▲竹编曲面屋顶 ? 褚英男

夯土成墙，植木于土

为了保障茶青市场北侧屏蔽客运站的嘈杂干扰，又能与前广场空间联通，我们在建筑的北侧设置了夯土墙，在保护编竹拱脚基础的同时，适当的防护遮蔽。夯土墙的做法参考了村子里的夯土老宅。墙底部的基础用毛石垒砌以防水。墙顶部用混凝土浇筑压顶，即保证墙体结构安全，又保护夯土最薄弱的顶部不被雨水侵蚀。有趣的是，当我们以为周边民居的传统夯土工艺已经失传，研究整理了一套现代版的夯土工法，准备发给现场施工队学习参考时，对方表示他们在附近村里找到了家传技艺的夯土匠人，一人一把木杵，加上两个运土和搭模板的帮手， 两三周左右就把北侧的7 道夯土墙全部完成。这个项目里的夯土墙不是屋顶的承重结构，而是包裹在混凝土拱脚柱外侧的围护墙体，只需解决墙体自重即可，如此我们便不必纠结于传统夯土与现代夯土的受力和性能差异问题，反倒给了工匠们施展的余地。当然，在这个传统夯土技法里，我们也稍稍做了现代版的处理。考虑到实体墙在后续使用中的模式，比如挂照片挂海报挂画、安装置物搁板或衣帽钩等，而夯土墙是不便直接打钉固定的，故在工匠师傅的夯土过程中， 我们预埋了一些小木砖，既不妨碍夯土墙的整体性，又为后续的使用提供便利。

▲夯土墙体和混凝土柱的构造细部 ? 素朴工作室

▲当地工匠建造的夯土墙 ? 素朴工作室

▲夯土墙 ? 褚英男

▲混凝土构造柱 ? 褚英男

▲混凝土构造柱和其他材料衔接 ? 褚英男

材料回收，物尽其用

这场在地实验中，我们尝试了一次彻底的逆向设计模式。从探寻材料开始，就地取材，废料回用，以善待资源的环形模式，尝试减碳创新。按常规的建设工程时序，是设计阶段材料和工法需基本确定，然后施工阶段再根据设计要求找材料，做样品，封样敲定。但这次，我们反过来。除了竹构和夯土是设计阶段敲定的以外，其他部位都只明确性能需求，设计到现场后，先寻找可用的回收材料，根据找到的材料的性能与施工方讨论合适的加工工艺，同步现场尝试多方案比较，制作试验小样，样品出来后再敲定设计。

这次试验是我们发自内心地希望尝试一次因时制宜的可持续建造，而不是因为预算紧张被逼无奈的可持续建造。用好手边的各类资源，让它们被用心的对待，用它们建造出在适用的同时又美观且有趣的空间和物品，这才是我们的初衷。

这次物尽其用的建造过程，细节记录如下：首先是乡野调查。村政府提供了附近危房正在拆除的信息，施工总包提供了附近经常合作的石材加工厂的信息。于是我们从这两条线索入手在附近寻找废料：收获包括从危房拆除废墟里回收的基础毛石；危房拆迁队回收的各类结构木料；石材加工厂里切割石板的边角料；某个工地上废弃的铺地用的寿宁石板边角料等。之后拿着这些废料样品和当地工匠讨论如何利用它们，试验如何二次加工和建造。确定了回收材料的加工和用法，也就能敲定它们在建筑中的使用范围，估算用量，再由当地总包团队按量备料，加工准备。

这一过程对当地施工团队也是具有挑战的，初期他们是拒绝的，对完成效果、实施过程、工程量的结算，充满疑惑心里没底。但当我们一趟趟把回收材料的来源落实，加工流程实验一道，足尺小样做出来，经历了过程，看到了成品时，师傅们心里就踏实了，甚至很骄傲自己手工的再创造。

1)对周边石材加工厂大量的边角废料进行搜集与回用。将石板废料切成等宽石条，长度不限，用于地面铺装。更小的废料用于地面水磨石。

2）从周边正在拆除的危房现场回收要被清理的毛石基础，用于新建夯土墙的墙基。工程前期曾用新石料仿毛石砌筑做过样品段，但因为是开采粗料，体块大多棱角，很难咬合紧密。于是搜集危房拆除中的废弃毛石，用于夯土墙基，整体更和谐。新石料被分解成小块后混入老石料，用在景观挡墙的砌筑里。

3）从危房拆除中回收的结构木料，被整理分类后堆在路边，我们在它被清运之前，低价回购了一部分，作为施工备料。其中一些木料被加工成木砖，楔入夯土墙；余下的则用来做公共家具。原计划做灵活布置的室内桌椅，但工匠们反馈家具的木工活复杂，回收木料里钉子多，不如新木料好用，还会损坏工具；故改为切成单元块，去钉打磨后用于景观草地挡墙上的坐凳面板。成为开放空间中共享的日常资源。

意外的是，最终竹构师傅实现了我们用回收材料做家具的愿望。现场施工竹材的余料，被竹匠们巧手做成了好几张约3m长的竹凳，成为茶青市场里独特的活动家具。

▲材料回收利用施工过程 ? 素朴工作室

▲回收的材料 ? 素朴工作室

▲外部景观 ? 褚英男

细部建构，美且有用

1） 建筑排水的细部设计(屋面、天沟、地沟）

屋面的雨水排水借助屋面的整体造型，路径明确清晰，所以我们将关注点集中在汇集之后的屋面雨水如何优雅地排入到整体场地里。这里涉及两个环节，一是屋面末端的天沟和水舌的细部设计，另一个环节是把水导入地面景观的细部设计。

建筑特殊的屋面造型，让北侧屋顶只有两处凹槽低点，于是我们选择了水舌作为凹槽的尽端的收尾处理，水舌导引的水落入北侧对应的雨水湿地，让下雨天的建筑与景观能多点互动的乐趣。南侧屋面则是整个屋面的最低处，因此我们设置了通常的金属天沟水槽，既收雨水，也收屋面端头的构造。天沟在每一根柱子的对应处设计了方钢引流管，同时用于支撑，一举两得。工业化加工高精度的金属天沟与落水管和粗糙简陋的混凝土，以及手工搭建的竹构屋顶，形成视觉上的反差。

引流钢管将雨水导入钢筋混凝土结构柱上的水槽，槽口既是排水路径，也让粗糙的乡建混凝土有了更耐看的细部。水槽往下，汇入广场暗沟。暗沟的构造形成地面的铺装肌理，便于地面石板的收边处理。屋面和场地的雨水经暗沟最终汇入山谷的地表径流，给村里的雨水管网减少负担。在高效处理雨水问题的同时，借工匠之手，实现了一些有趣耐看的建构细部。

2）自然采光与通风的细节设计

大跨空间除了关注结构问题，还要关注空间里的采光问题。能将自然光引入当然最好，既能丰富空间内的光影，还能省去白天室内的照明。故在最初的设计中，我们就在这些“编拱桥”之间留下了数道缝隙，用竹篾编制成网，再覆以有机玻璃，让编竹拱被置于太阳的光影下，工艺之美得以充分展现。同时更让大空间得到充分的日照，满足白天各种活动的照明需求。自然通风也是借了屋面的态势。编竹拱屋面有上下两层，而整体建筑外围，南侧开阔通透，北侧借夯土墙而封闭，借此挡住冬季的北风侵扰。但架高的北侧屋面又提供了南北通透的风路，保证了茶青市场内有效的自然通风，为后续疫情期间茶青市场用作防疫设施提供了保障。

▲光照分析 ? 素朴工作室

▲风环境 ? 素朴工作室

▲屋顶细部 ? 褚英男

▲建造过程 ? 王文武

在地性与可持续的反思

低成本的材料获取、本地工匠的参与、当地建造经验的借鉴，使得这个项目就像是从土地里长出的树一样，扎根在这里。村民被调动积极性后，不仅能发挥他们的特长，还能从劳动中获益。完整的大跨空间，让茶青市场在茶叶交易以外，还能作为农贸市场、村民大会、文艺体育活动、青少年课外教育、婚丧嫁娶、周末影院等多功能的社区活动场所。老乡们干完农活来此休息，儿童在此玩耍，村民们可以在前广场晒茶。开敞屋顶良好的通风和自然采光，让建筑的日常使用成本很低；在疫情期间也发挥了积极作用，成为防控指挥、核酸检测、医学观察的场所；更是在后疫情时期，成为高山马拉松和音乐节等文化推广活动的阵地，作为竹管垅的名片，吸引更多的公众关注和参与。

▲建成后使用 ? 孙菁芬

茶青市场依托本地居民、本土技术、本土材料，用最少的环境和资源代价，让乡邻们从人文、经济、健康、教育等多方面获得最大的可持续的公共利益。在地性让建筑从立项启动的那刻起，就和周边乡邻的生产、日常生活发生了千丝万缕的联系；无论是前期建造，还是后续使用，建筑都是乡村社会中密不可分的一员。可持续与在地性，同样都体现在精细化的善待资源上：自然资源、本地丰富的物料资源和社会人力资源，将他们充分地调动起来。通过这次全过程的可持续建造实践，让我们体验了一次用方法导向结果的设计试验。对可持续的关注，既是我们看待设计的世界观，也是处理现实问题的导则，其蕴涵的工作方法不因对象是城市还是乡村，是富庶还是贫穷而有所差别，更不是只在面对资源匮乏时才迫不得已祭出的法宝。

▲夜景 ? 褚英男

▲夜景局部 ? 褚英男

▲场地地图  ? 素朴工作室

▲场地总平 ? 素朴工作室

▲场地平面  ?素朴工作室

▲立面  ?素朴工作室

▲剖面  ?素朴工作室

▲材料来源  ? 素朴工作室