建筑师的木结构建造实践

转载于

《建筑技艺》杂志

木结构展厅主入口

天津中加生态示范区展示中心位于天津市滨海新区内的中加（中国和加拿大）生态示范片区，基地是一片待开发的填海地，毗邻国家海洋博物馆，以中加合作开发为背景。

加拿大拥有丰富的森林资源，林木业已成为加拿大的符号。天津中加生态示范区展示中心的设计构想旨在进一步凸显木材在建筑中应用的基础之上，体现建筑的生态、宜居特点，打造一个集体验、游乐、交流、销售于一体的楼盘展示销售中心。

在占地面积不到5000㎡的条件下，业主要求建筑同时满足体验展示、儿童活动、楼盘销售三个功能。根据业主的初步设想，我们设置了体验展示区、活动区、销售区三个部分，将三者按照形式追随功能的原则做了分离，并根据实际使用需求确定每个体量的大小。之后，将每个体量进行旋转切割，让出各个方向的主入口和中心庭院。

概念与形体生成过程分析

总平面图

为了契合加拿大首次和中国开发商合作建设低碳、环保社区的设计理念，业主要求销售中心所售楼盘中一部分为轻型木结构住宅，同时还提出将位于地块东南角的展厅设计为重木结构建筑，让建筑在陈列展品的同时其自身也能成为独特的木结构展品。这一结构形式的定位设定了“以结构表现形式，凸显木材在建筑中的应用，体现建筑生态、宜居特点”的设计理念。

目前常见的木结构建筑形式主要分为

重木结构、轻型木结构和原木结构

三种。

展示中心主入口

重木结构一般是胶合木结构，即用胶粘的方法将木料或木料与胶合板拼接成具有整体木材效能的构件和结构，结构基础一般采用钢筋混凝土结构，墙体采用轻型木结构、玻璃幕墙、砌体墙及其他结构形式。轻型木结构是由采用规格材、木基结构板材或石膏板材制作的木骨架墙体、楼盖或屋盖组成的结构体系。原木结构是将经过原木屋制模机加工处理后的原木堆砌榫卯而成的结构形式。轻木结构可以理解为墙体承重体系，不适合于大型开敞空间，经常用于住宅的建造；原木结构工艺偏传统，对施工工艺要求较高，造价高，常见于风景区、旅游景点、休闲场所或者酒店等设施的建设中；重木结构外观挺拔雄伟，适用于柱跨较大、形象高敞的公共建筑类型，并且由于重木结构有比较成熟的构件加工厂家，所以在展厅的结构选择上最终我们选用了重木结构体系。

1.结构表现力

在木结构展厅内部空间的设计上，建筑师简化了空间构成要素，削减与场景无关的功能性空间或过渡空间——如门厅、卫生间、休息室等，充分利用不可再减的必要结构、空间、交通、家具，构成一个意义明确的空间场所。展厅内部的大部分空间为两层通高，一条敞开的楼梯将一层主入口与二层平台相接。

斑驳梦幻的中庭

楼梯既承担了交通功能，也是休憩场所和展柜空间。围绕空间中心的位置设计了伞状结构木柱，6根斜柱发散至屋顶与顶部的主、次梁相连并让出一个矩形采光天窗。作为参与结构计算的一部分，木柱不仅是结构构件，也是一个具有精神象征意义的展品。天窗由露明的主、次梁和红雪松木板构成，建筑师并没有在结构梁底之下做吊顶，而是仿照中国古代建筑屋顶“彻上明造”的做法，让梁架结构完全暴露，人们站在室内的任何地方都能清楚地看懂整栋建筑结构的交接逻辑。由于不做吊顶，减少了其占据的室内空间高度，使空间更为高敞，梁柱间构件交接的划分成为室内顶部空间的装饰手段，阳光透过天窗向两层通高的室内倾泻而下，室内光线被自成一体的梁柱及伞状柱打碎，创造出斑驳梦幻的光影体验。

木结构展厅剖轴测图

1 木结构次梁；2 木结构主梁；3 树状柱；4 底靴；5 混凝土基础；6 面层；7 混凝土垫层；


8 混凝土底板


；9 螺栓对穿；


10 普通螺栓；


11 金属件；


12 预埋底板；


13 抗剪缝；


14 双螺帽；


15 地脚锚栓

木结构展厅伞状柱连接节点

在室内墙面的设计5上，将木梁、木柱真实地暴露在外，只在梁柱之间填充了白色的内墙饰面用来包裹轻木结构墙面。由于木结构良好的保温性能，故将梁柱暴露的设计逻辑也应用于外立面，外立面板材同样以“填充”的方式置于梁柱框架之间。展示厅的外墙挂板被设计成了具有厚度感的木饰面造型，并利用不同角度的切削面制造光影，进一步强化了木材的厚重感。

2.表皮与光影

虽然其他两栋单体没有继续采用木结构，但在建筑外观上均植入了由木材构成的立面元素。木材具有很高的灵活度和可塑性，因此在立面形式上做了很多尝试。

木结构展厅外墙红柏木挂板异形墙

用建筑形状表现光的各种可能性

在儿童活动中心、销售中心的立面上，采用了纯木面树脂板的格栅，通过变换板材尺寸与安装角度，制造出多元的光影效果；在展厅、销售中心的女儿墙上也采用了纯木面树脂板，但板材形状和安装方式与墙面格栅有很大区别，通过设计创造出波光粼粼的质感；展厅外墙使用了加拿大红雪松外墙挂板，用不同角度的切削体现木材的厚度和质感。

除了展厅以外，销售中心和儿童活动中心这两栋单体由于业主并没有使用木结构的倾向，所以我们以空间功能和建筑师自身的想法为出发点，分别将它们设定为混凝土框架结构和清水混凝土结构，而连接三个功能单体的室外连廊被定义为连接“完形”建筑之间的“负形体”，平面形状极不规则，因此采用了可塑性较强的钢结构。在整个项目中，建筑师希望各栋单体建筑选择适宜的结构形式而不必强制统一，几种不同的结构体系混搭在一起产生了有趣的对话，同时这也给结构设计过程带来了多重挑战。

室外平台

1.特殊结构与研发

销售中心三层的室外平台与展厅的屋顶平台由一座架空的室外连廊连接，连廊又通过一部钢结构楼梯与二层室外平台相连，连廊和楼梯不仅解决了销售中心的疏散问题，也成为通往展厅屋顶的路径。为了保持与展厅统一的形式语汇，将支撑连廊的钢柱设置在靠近销售中心的一端，并取消了邻近展厅一侧连廊下的钢结构支撑。

连接木结构展厅和销售中心的钢楼梯

在受力计算的过程中，连廊会因受到较大风荷载影响产生较大位移而释放力，同时钢结构与木结构的刚度相差较大，所以钢、木两种结构无法直接连接，故须采用特殊的处理办法，否则将严重破坏刚度较弱的木结构。经过反复的方案对比，最终植入了一种特殊的结构连接构件——单向滑移支座，将连廊受到的风荷载力传导到展厅木结构梁的受力方向上去。

滑移支座分析图

不同于传统意义上桥梁底座与桥面连接处的支座构件，单向滑移支座强调力在一个方向上做滑移时另一个方向上的运动受限。经过多方咨询，找到了一家愿意根据设计要求订做此种支座的厂家，在结构团队和厂家多次修改之后，最终直到连廊施工时才生产出支座成品。

2.报批审核阶段的压力

国内现行建筑规范在木结构建筑类型的相关规章制度并不完善，而且国内木结构建筑案例较少，导致审核部门的相关审核经验也相对不足，因此该项目也遭遇了在建筑报批、审核环节上的限制。在设计的中后期，结构工程师和最终的审核部门在木结构的结构计算体系上产生了不小的分歧，分歧点在于是否要将木结构体系简化归纳成钢结构体系。与建筑师配合的专业木结构设计厂家认为木结构有其自身的受力逻辑和自成一体的计算体系与交接方法，但传统的设计院以及审核部门并不认可厂家的经验数值，因此最终还是要求把重木结构等同于钢结构来处理。无奈之下，只能在木梁与木柱之间增加了斜向的钢拉杆以增强整体结构的受力性能，用这种混合的结构方式使整体结构刚度达到报审要求。此次实践也说明了目前国内建筑行业在木结构建筑的相关标准规范以及认可体系方面还有很大的空白。

借助此次建筑实践，我们了解了现代重木结构的特性，并探索了不同结构交接的构造方法，感悟和思考颇多。纵观混凝土框架结构、砖混结构、混凝土剪力墙结构等传统结构类型，通过结构本身来表达建筑形象目前还具有一定的局限性，一般都会在主体结构外再穿上一层“外衣”来展示建筑的外观。如果想要暴露结构和展现结构美学，必须要把经过结构计算的构件尺寸重新优化，才能具有一定的艺术表现力。

室外平台大台阶

中心广场

木结构天然的材质特性使其本身既可作为结构也可成为装饰，带给人温暖、怡人的感觉，同时木结构建筑不需要做任何尺寸的约束调整就能具有很强的艺术表现力，因此可以极大拓宽建筑师的设计思路。与此同时，在建筑物的全生命周期中，木结构建筑的能源消耗明显小于其他类建筑，符合时下低碳、环保的能源理念。虽然中国传统建筑几千年来一直使用木构，但是在当代追求快速生产与廉价建造的时代背景下，国内对于木结构建筑的应用及推广至今还没有达到应有的深度和高度，需要整个社会对木结构建筑给予更多关注和推广，这样更多的木构实践才能得以展开。

项目信息：

业主：北科泰达投资发展有限公司

建设地点：天津滨海新区

建筑设计：悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司渐进工作室

项目负责人：孙远、梅扬

设计团队：万卓瑶、赵冀川、许悦、刘思昱、宋帅、孙利

结构：钢筋混凝土框架结构、钢结构、木结构

材料：红柏木、炭化防腐木、纯木面树脂板、清水混凝土等

建筑面积：3419㎡

设计时间：2016.01~2016.06

建成时间：2016.09

摄影：何震环（存在建筑）

作者&建筑师

许悦 

悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司渐进工作室