浅谈当前木构空间结构创新

来源:用户上传      作者: 彭鹏

　　摘要：本文从建筑表现的视角切入对木构建筑的研究，探讨材料与形式之间的逻辑关系。引发对基于木材材料特定属性的建筑形式与建筑表现的思考，并主要就当代木构空间结构创新进行了分析。
　　关键词：空间；结构；创新
　　中图分类号：TU-024；TU366.2
　　文献标识码：A
　　文章编号：1008-0422(2011)01-0079-02
　　
　　1、结构表现的空间追求
　　
　　1.1　结构与建筑
　　结构，作为“支持及承担外力作用的部分”，一方面，结构体系为空间需求提供了物质载体和技术支持；另一方面，结构体系也树立了建筑形象的原始轮廓。结构既在一定程度上是实现建筑造型的技术约束，其自身的不断拓展又给予了建筑造型自由的认知领域和表达空间。结构除了支撑体系的功能，也包含了建造本身的行为方式，这涉及到广阔的技术因数，如技术手段、构造组织、建造逻辑，表达层次等。因此结构不仅是空间实现的手段，也应是建筑设计所包含的过程和最终目标的重要组成。在建筑理论领域，结构造型设计早已突破纯粹的技术范畴，而开始向建筑空间论发展，技术所拥有的理性和秩序形成了新的美学观念，受到建筑界广泛瞩目。
　　结构具有以下几个特点：
　　A结构是建筑上产生形态与空间的首要且惟一的工具。由于具备此功能，结构是塑造人类物质环境的基本手段。
　　B结构依据的原则受自然科学法则所影响，所以，在实现建筑设计的各种约束中，结构是绝对的准则。
　　C结构在它与建筑形态的关系中，仍拥有无限地进行阐释的余地。结构能完全隐藏于建筑形态之内，亦能变成建筑形态本身。
　　D结构体现了设计者使形态、材料及力量一体化的创造性意图，于是，结构为塑造与体现建筑物而提供美学及创造性的手段。
　　
　　1.2　结构表现及其空间意义
　　1.2.1　结构表现
　　在建筑设计中，结构的能动作用有着几种不同的升华境界：强制结构、忠于结构、表现结构和结构表现。以结构构思为基础的建筑设计方法，远不满足于把结构作为配合实现建筑造型设想的辅助手段；也不满足于忠实地反映结构：甚至也不满足于表现结构；而是着眼于建筑艺术性和结构有效性的完美结合一即结构表现。结构表现的具体含义是：结构在建筑设计中的作用不再仅限于构成建筑物的骨架和支撑建筑物的力学范畴，而成为构成建筑形式的主要元素，表达建筑思想的主要手段。
　　结构表现是在建筑设计中以结构构思为基础的设计方法，它着眼于建筑艺术性和结构有效性的完美结合，是结构在建筑设计中能动作用的最高境界。它逾越了反映结构的直白乏味，也突破了表现结构所带有的形式主义的意味。结构表现的运用是以深刻认识结构的力学规律为前提的，充分开发结构体系的有效性为基础，深刻挖掘建筑造型的艺术性则是升华，建筑内在的结构逻辑性赋予了建筑形象深厚的内涵美，创造出建筑与结构浑然一体的逻辑性的和谐之美。
　　木结构设计的发展不拘泥于建造效率和手段的变化，而更关注由此所引发的木结构表现的思考。把结构构思作为一种设计方法，理解结构表现的意义，研究结构构思的观念、方法和规律，具有相当的现实意义。结构表现的意义在于把结构作为一种建筑自觉表现的源动力。对此，奈尔维曾说过：“建筑师是masterbuilder，他可以在结构语言中为自己的艺术表现找到必须的词汇，正像掌握了某种语言的人可以用它来写诗一样。”
　　1.2.2　结构表现的空间意义
　　结构表现的艺术不仅要求结构经济有效，而且还要符合建筑形式美的原则。结构和视觉表现是追求结构艺术极为关键的两个因素，平衡和协调两者的联系是结构构思。结构构思一方面根据空间需求的总体目标，提供力学高效能的结构方案，另一方面综合考虑结构体系的外在表现与建筑学和美学方面的平衡，从而达到整个建筑的协调，设计意向的清晰。结构表现的真正含义就在于此。在建筑结构构思中，利用设计技巧和方法，使结构形式既能显示其最优化的原理、又能平衡各结构材料应力的分配，达到建筑形式和功能在美学与力学的统一，是建筑师们共同追求的目标和方向。
　　路易斯・康强调了解材料特性，充分发挥其自然属性和力学性能，应是建筑师力学意识的基本组成部分。由于材料性能的差异，不同的材料适用于不同的结构体系与形式。
　　胶合木技术及计算机辅助设计的应用，解决了一些由木材料建造的大跨度结构和超大空间结构等长期困扰建筑界的结构问题，建筑师们拥有了更广阔的创作空间。技术对建筑的贡献是革命性的，它对于技术意识和经济效率追求的同时，也在发展着自己的美学意识。在复合结构方面，单纯的结构性方案是远远不够的，建筑师还要通过调整各部分的比例，充分发挥材料的承载能力，使结构成为一个完整的有机体。
　　
　　2、大跨度木结构建筑作品解析
　　
　　在建筑结构发展史中，无论在哪个阶段，最优秀的大跨度建筑往往是那个时代最先进结构技术的集中代表之一。大跨度的出现和发展给建筑界带来令人震惊的力量美和结构表现力，为此本文将着重探讨结构构思中这种极具代表性的类型――大跨度建筑中木结构的创新运用。
　　现代木结构大跨度建筑的出现是近几十年的事情，结合钢材的现代钢木复合结构因其灵活的可组性，运用在大型公共建筑中的结构形态丰富多样。在一些体育馆、展览等大型的建筑中，钢木复合结构不仅仅立足于结构的承载机理，以多样结构形态的探讨丰富着建筑的空间表现，而且对于极限跨度的挑战也是一直不曾减弱过。
　　本文所列举的大跨度木结构建筑都具有明显的结构艺术特征，结构的形式已经不再局限于对钢结构形式的简单模仿，而是充分发挥木材在抗弯抗压以及材料可塑性上的优势，并结合相应的施工手法创作出全新的大跨度木结构体系。这些个性的结构不仅来自技术概念的积累，也是工程师创造力与想象力的直接演化。
　　
　　2.1　张力作用木结构
　　悬挂结构
　　由于木材自身抗拉性较好，通过钢节点的连结可以形成抗拉强度较好的结构构件。悬挂结构在外力作用变化的情况下，木材可以适应一定的结构形变，使内部应力分配更加合理。
　　M之波――长野市奥林匹克比赛馆
　　长野冬奥会比赛馆的“木造半刚性悬挂式屋顶”是采用当时世界上史无前例的结构用太尺寸层板胶合木来建造的。在造型上，比赛馆完全摆脱了以往常见的圆弯式屋顶，代之以峰峰相连，一字排开的悬挂式屋顶。在空间上，建筑师采用了信州落叶松木制作的结构用大尺寸层板胶合木，并以很大的垂度密排起来，构成动感十足的悬挂式屋顶，展现给人们一个别开生面的内部空间。
　　
　　
　　2.2　推力作用木结构
　　线性拱结构
　　将悬索形态反转即得到均布荷载下只传递轴向应力的拱结构形态。拱在外力的作用下应力分布均匀，能充分利用材料强度。同时，又以截面内轴向压力的竖向分力来平衡结构的整

体剪力，使结构内部剪应力极小。因此，拱结构十分适用抗压材料构建大跨结构。木材优良的抗压特性十分适用于拱结构。
　　智利博德加斯葡萄酒厂
　　这座富于美感和表现力的建筑是对于木材应用的一次华丽表现。外部蜿蜒曲折的胶合层木柱子支撑着外挑的屋顶，材料是智利主要的种植树木――辐射松。屋顶联接了西南到东北走向的两座建筑，结构的规模和形式都化繁为简，一对对层压木曲梁逐渐变小消失于一点。挑出的屋顶自建筑联合体的中线向上逐渐起坡，在它的下边有一个可以看得到的栅格木结构(图1)。这些栅格在建筑中间的开口处紧密地连接在一起用以满足更大跨度的需要。从它的每个长边看去，这个联合的建筑主要是由外挑的屋顶和胶合层压木制梁构成。这一由屋顶保护下的非凡结构只能从另外的端部才能看到。每个建筑都由两个筒形拱的形式组成，并从一边延伸到另一边，全部的木材都由相对较小的木构件包裹。
　　网格结构
　　推力网格结构通过将线性拱交叉，改善了线性拱结构易平面失稳的结构缺陷，并且在结构交叉部位，由于木结点设计与施工的简便性，使该结构应用十分广泛。
　　瓦隆大区水利林业发展局
　　该设计综合运用了高新技术和传统的材料与技术。出于当代对使用传统弯木材和刨花料的情有独钟，选择了双层线性双曲拱结构(图2)，这也为频繁地重复使用外形上完全相同的材料(由工业烘干、蒸煮弯扭的木材)提供了方便，有利于降低建筑施工和装潢成本。
　　这种结构由一系列不断发岔的双层拱构成两层横向拱和两层纵向拱。所有横向拱都有着相同的半径，而纵向拱的汽径则按照它们在屋顶上位置的不同而变化，纵向拱和横向拱之间成直角相交。双层拱由纵向布置的屋脊加固，下接建筑的基脚，与独立部分的混凝土地基相交会。每扇拱与地面保持垂直，随着拱势趋于水平而变得越来越宽，并渐次分岔为两个、三个和四个部分。木材的截面一般呈方形，用蒸汽压弯到一定的曲度。为了防腐，采用昆虫杀虫剂和杀真菌剂进行了浸泡处理，其表面硅胶粘结了反光的、柔和的玻璃瓦。在圆屋顶之下是沿纵向延伸至全长比屋顶稍小的混凝土结构楼房。这种结构使建筑的中央部分更显突出，同时起着辅助支撑双层拱的作用。
　　
　　2.3　树形支撑空间结构
　　树形结构的基木原理是把各分散的荷载集中起来，通过枝权传到支撑点上，这个支撑点通过反作用力来提供整体的平衡，所有构件只受轴向压力。但通常情况下建筑荷载是复杂的非单一的，必须考虑构件中的弯曲应力，特别是在节点上。作为支撑结构的树形结构具有如下构造和受力特点：
　　A结构有规律地分叉，从一点或几点向空间伸展，形状恰似树枝。
　　B构件轴向受力为主，具有良好的空间受力性能。节点多采用铸钢节点，具有较高的强度。
　　C枝权顶端与屋面结构连接，构成整体受力，屋面为各枝权提供稳定支撑。
　　D屋盖多采用轻型屋面体系。
　　西伯利厄斯会堂
　　芬兰的西伯利厄斯会堂为树形支撑空间结构形式的典型代表。会堂的设计宗旨即为建筑寻求一种木材使用的新途径，借以宣扬芬兰主要的自然资源。设计小组通过将这一综合体分解简化为各不相同的几部分，创造了业主要求的多功能建筑。该综合体的主体空间是一个可容纳1100人的音乐厅兼会堂。作为一种木构技术的优势展示，该建筑呈现了从粗糙的工业预制构件到质地精美表皮的各类建构技术。被建筑师形容为“森林大厅”的公共门厅，是整个综合体的中心所在，它将老式建筑与新式的音乐厅联系了起来。九根厚重的柱子是成片的云杉木用胶粘合而成的，它们撑起了一大片复杂的空间构架，也就是“树叶”，搁置其上的则是轻质的屋面材料层。带点原生的粗糙感的庞大弓形木构架支撑起了整片玻璃幕墙，并同湖泊建立起了视觉上的联系。构架由于所用木材的方形断面的厚重尺度感，使会堂充满了一种粗犷朴实的农夫气息。
　　在当代建筑设计中，我们常常看到一个普遍的现象：追求至轻量、通透的空间设计。建筑在极力消退自身的素材感和存在感，追求“非物质化”，然而唯有木构建筑却在逆这种潮流而动，大胆地展示自身的素材感。木质材料密切着人与自然和建筑的关系。新的结构技术在不断发展，本文对木构建筑的结构与空间表现讨论更多的目的是为了展示给建筑师们一个全新的木结构概念，引导建筑师回归原始质朴材料的设计原点，开始重新思考自然材料和建筑设计的关系。
　　
　　3、结束语
　　
　　现代复合木结构建筑设计的前沿作品，或者是通过材料加工取得进步的方式，或是通过建筑结构的优化组合，或是引入计算机技术，采用特殊的施工技术使得各种新型结构得以实现，它们更多地强调表现结构的逻辑性，创造性和追求细节的完美表达。建筑技术的变化正把这种结构表现与节点造型表现朝着建筑师乐于采用的、且前景日益广泛的方向推进。
　　
　　参考文献：
　　[1]唐・格里菲特著，鸥欣译“M之波”奇迹，长野，日本[J]，世界建筑，2007(09).
　　[2]菲利普・萨米著，赵晓波译，瓦隆林业中心，比利时[J]，世界建筑，2007(09).
　　[3]于尔约・苏翁托著，赵晓波译，西贝柳斯音乐厅，拉赫蒂，芬兰[J]，世界建筑，2008(09).
　　[4]曹伟著，生态建材・生态建筑・发展战略[J]，新建筑，2001(05)：P25―26.

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