建筑木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

DIALOGUEOFARCHITECTUREDIALOGUEOFARCHITECTUREAND﹃建筑建筑結(jié)構(gòu)巔峰對(duì)話結(jié)構(gòu)成就建筑之美﹄結(jié)構(gòu)成就建筑之美﹄GeraldEpp/Partner/Fast+Epp代表作品：華盛頓競(jìng)技場(chǎng)舞臺(tái)、2010

現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展催生新材料、新結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)，諸如鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、薄殼結(jié)構(gòu)、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)等，使得人們漸漸地淡忘了木材。而我們Fast+Epp事務(wù)所雖然也會(huì)用很多不同的材料建造建筑，但在過(guò)去的15年里我們一直在迎接木結(jié)構(gòu)帶給我們的各種挑戰(zhàn)，不斷地將木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)推向世界，并因此收獲成功和喜悅。我們的核心設(shè)計(jì)理念是盡可能多地暴露優(yōu)美的木結(jié)構(gòu)體系，并使用盡可能少的裝修來(lái)體現(xiàn)建筑的原始美。雖然鋼和混凝土依然是現(xiàn)代社會(huì)中的主流材料，但是我們希望木材能夠成為下一個(gè)主流。木結(jié)構(gòu)不像大家想象得那么簡(jiǎn)單，它有很多的變數(shù)，存在著耐久性、防火、防潮等諸多問(wèn)題，因此木構(gòu)建筑必須得到更好的管理和控制。這些限制性因素對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，既是挑戰(zhàn)，也是樂(lè)趣所在。木頭是如此美麗，她可塑、靈活、潛力巨大，有望運(yùn)用于新的或者更加復(fù)雜的建筑和結(jié)構(gòu)之中，以至于我們做出多大的努力都值得。針對(duì)木材的一些缺點(diǎn)和不足，木材供應(yīng)商對(duì)其進(jìn)行了一些改進(jìn)，我們將改良后的木材稱之為“工程木”。這種材料在市場(chǎng)上已經(jīng)銷售了很多年，諸如膠合木、膠合板之類的材料是我們常用的建筑材料。要完成一項(xiàng)好的設(shè)計(jì)作品，設(shè)計(jì)時(shí)必須理解材料的特性，這既是工程師的責(zé)任，也是建筑師的義務(wù)。我將通過(guò)Fast+Epp事務(wù)所近年來(lái)的一些實(shí)踐案例來(lái)具體談一談我們?cè)谀窘Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的探索?；驹瓌t進(jìn)行木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要遵循以下幾項(xiàng)基本原則：第一，簡(jiǎn)單為上，越簡(jiǎn)潔越好。這同時(shí)也是建筑師的準(zhǔn)則，要設(shè)定好建筑規(guī)則，這樣可以讓施工更為簡(jiǎn)便。第二，當(dāng)你有很多木零件時(shí)，不要浪費(fèi)它們，因?yàn)椴煌慕孛婧图?xì)節(jié)上都會(huì)用到這些零件，你需要它們共同支撐起整座建筑。第三，嘗試將具有自身獨(dú)特特質(zhì)的木材與其他材料結(jié)合，比如鋼、混凝土，這種復(fù)合型材料的搭配使用可以搭建出非常美麗的建筑。第四，木材非常具有美感，不要在視覺上用其他材料來(lái)破壞木制的美感，包括一些機(jī)械的或者聲學(xué)的結(jié)構(gòu)，可以將這些結(jié)構(gòu)巧妙地隱藏在木結(jié)構(gòu)當(dāng)中。最后，作為一名工程師，我建議不要過(guò)度設(shè)計(jì)，要嘗試做最簡(jiǎn)單的嘗試，安全至上，可以稍微保守一些，尋找安全和經(jīng)濟(jì)的平衡點(diǎn)，同時(shí)在考慮安全的同時(shí)也要考慮美感?？傊煌南拗埔蛩卦诠こ桃?guī)則方面都是非常重要的，需要把方方面面都結(jié)合起來(lái)考慮，才能創(chuàng)造出一個(gè)動(dòng)人的作品。里士滿奧林匹克速滑館橢圓形木穹頂里士滿奧林匹克速滑館位于加拿大溫哥華里士滿River61112010年冬奧會(huì)建造的比賽場(chǎng)館。該館建筑面積33000m2包括一個(gè)20000m2的大廳（400m賽道），可容納8000名觀眾。它的獨(dú)特之處是有一個(gè)木穹頂，現(xiàn)已成為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑。速滑館是由2400m3（用于波浪木屋面板）、1900012m24m松膠合板（主要用于屋面）2400m3花旗松膠合梁（用于屋面拱）70m3黃柏膠合木柱（用于室外支撐柱）構(gòu)成。速滑館底部?jī)蓪邮乾F(xiàn)澆混凝土，屋蓋由100m跨度的鋼-膠合木復(fù)合拱支撐在巨大的斜向混凝土支墩上，鋼木復(fù)合拱的截面為空心“VV”形的尖部為刃形鋼件，以連接兩邊腹板位置的兩片膠合木拱梁。膠合木拱頂部為H型鋼，型鋼在水平向有橫向支撐連接，該H型鋼在接近拱支座時(shí)升起以支承翹起的屋檐。鋼膠合木復(fù)合拱的空心結(jié)構(gòu)為管線的鋪設(shè)提供了空間，拱身上可以看到有空調(diào)系統(tǒng)的出風(fēng)口。該館的創(chuàng)新在于波浪形木屋面板，它是架設(shè)在兩拱間的空心“V”形桁架，單個(gè)尺寸長(zhǎng)12.8m，寬1.2m，厚660mm，由28mm厚高壓表面處理制成的膠合板連接成3.6m×12.8m的屋面板，并在下部施加拉力來(lái)形成拱形，屋蓋的結(jié)構(gòu)體系有點(diǎn)類似我國(guó)的“雙曲拱橋”。每個(gè)“V”形桁架的坡面由連續(xù)的38mm×89mm的規(guī)格材拼接塊組成。拼接塊之間用釘子和金屬加固條拼接在一起。這些規(guī)格材拼接塊相互錯(cuò)開，縱向長(zhǎng)短不一，從而形成空隙，使結(jié)構(gòu)重量減輕和聲學(xué)性能提高，并提高其抗彎性能。在“V”形桁架內(nèi)部沿跨度方向，三角形的層壓板可以起到提高其橫向剛度和保持其幾何構(gòu)造不變的作用。屋頂結(jié)構(gòu)的“V”形給隱蔽噴淋管線創(chuàng)造了空間，并且使得噴頭可以突出朝向下部空間。建成后的木結(jié)構(gòu)非常有質(zhì)感，如果有機(jī)會(huì)去溫哥華，可以親手觸摸這些結(jié)構(gòu)，會(huì)帶給你非常獨(dú)特的體驗(yàn)。華盛頓劇場(chǎng)該項(xiàng)目為華盛頓中心舞臺(tái)劇場(chǎng)的改造，我們贏得了競(jìng)標(biāo)，參與了整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中，保留了兩個(gè)原有的劇場(chǎng)，其他部分則全部拆除。該項(xiàng)目地處機(jī)場(chǎng)附近，為了實(shí)現(xiàn)隔音降噪的目的，我們將玻璃外殼安裝在建筑外部以阻擋噪音。整個(gè)豎向結(jié)構(gòu)體系為木結(jié)構(gòu)，17m高，跨度達(dá)55m除了自重還要承擔(dān)各種風(fēng)荷載。柱子的剖面是橢圓的，并且有4°的傾斜，連接處也是通用的構(gòu)件，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以在任何角度進(jìn)行連接。這是一個(gè)非常高效的結(jié)構(gòu)，從建筑設(shè)計(jì)的角度來(lái)說(shuō)也是非常體貼的設(shè)計(jì)，彈塑性非常好。上面的玻璃罩是自由的曲面，我們不斷控制這些幾何圖形，確保整個(gè)結(jié)構(gòu)的規(guī)則性。所以整個(gè)空間是非常高敞的，同時(shí)在公共空間運(yùn)用大量的木材也會(huì)帶給人更多的溫暖。萬(wàn)科青島小鎮(zhèn)會(huì)所萬(wàn)科青島小鎮(zhèn)會(huì)所是中國(guó)目前最大的單體重型木結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，前期將作為萬(wàn)科青島小鎮(zhèn)的售樓處，今后將成為青島小珠山公園的游客中心。整座建筑以“筑屋于木”為基本的建造理念，最引人注目的是其三維曲面的木屋頂，整個(gè)屋頂全部采用外觀無(wú)暇的J級(jí)SPF規(guī)格材拼接，與懸索結(jié)構(gòu)支撐起波浪起伏的浮云造型。為了實(shí)現(xiàn)這一效果，我們用93根木柱支撐起整個(gè)結(jié)構(gòu)，用非常規(guī)整的模板組裝出拋物線形狀的木結(jié)構(gòu)，然后用通用的節(jié)點(diǎn)來(lái)平衡不同的坡度需要，實(shí)現(xiàn)自然順暢的連接。最終形成了“木懸索張拉屋頂結(jié)構(gòu)+樹狀重木結(jié)構(gòu)”的獨(dú)特木結(jié)構(gòu)體系，使得建筑真正地融于自然之中。上海金茂崇明凱悅酒店該項(xiàng)目的挑戰(zhàn)是如何體現(xiàn)中國(guó)古代建筑的風(fēng)格，同時(shí)不能有暴露的節(jié)點(diǎn)連接。譬如有一個(gè)12m跨度的桁架是通過(guò)膠合木連接起來(lái)的，并設(shè)計(jì)了一些傳統(tǒng)的中國(guó)建筑元素在里面。為了定制這一構(gòu)件，我們?cè)跍馗缛A的一個(gè)加工廠，也是北美地區(qū)最大的廠，加工那些巨大的木質(zhì)構(gòu)件并運(yùn)到中國(guó)合作方的加工廠，進(jìn)行異地裝配式建造。班芙木橋該項(xiàng)目位于加拿大的一個(gè)旅游景點(diǎn)內(nèi)，離著名的班芙度假勝地非常近。橋身有80m的跨度，是該地區(qū)最大的木橋梁。為了確保不發(fā)生共振和扭曲變形，我們