木结构建筑

1.2　木结构建筑

1.2.1　概述

1.2.1.1　概念

一般认为，由木材或主要由木材组成的材料为承重结构的建筑称为木结构建筑。

木材是天然生成的建筑材料，它有一些天然缺点，如各向异性、天然木节、裂缝、斜纹等，天然尺寸受限制、易腐败、易蛀、易裂和翘曲。因此，木结构要求采用合理的结构形式和节点连接形式以保证结构具有足够的可靠性和耐久性。

1.2.1.2　成因及发展背景

建筑的发展是与新技术、新材料的发展紧密联系在一起的。纵观人类的建筑历史，如果说西方的建筑史是用石头书写而成的，那么，中国的建筑史就是用木头写成的。中国人用“土木”二字来表达他们对建筑的理解。在《康熙字典》里，从木的字有1 413个，其中有400个和建筑有关。在西方石构建筑之外，形成了独立的土木营造体系，在世界建筑史册上奠定了东方木构体系为世界三大建筑体系之一的地位。可见木结构建筑在中国扎根之久远，影响之深入。

随着现代建筑技术和材料的发展，钢材、玻璃、石材、钢筋混凝土等新型建筑材料纷纷登上历史舞台，扮演日益重要的角色，现代建筑结构创新和工业化施工技术也不断进步，木材在建筑中作为结构材料应用所占份额所剩无几。然而随着人们越来越关注自然、生态，认识到地域文脉对建筑的深刻影响，同时伴随着应用现代科技进步对木材和其他多种材料复合技术的技术支持，木材作为建筑材料又焕发了新的活力。

对木材的新技术研究，目前在发达国家和地区特别是北欧、加拿大、美国、日本等已经形成了自己一套成熟的研发机制和应用市场。随着我国建筑市场的蓬勃发展，大中城市社会消费水平的提高，在积极吸收国外现代木构建筑先进的建造技术和运作的成功经验后，加入中国木构建筑的传统精髓，中国木结构建筑产业必将蒸蒸日上。

1.2.1.3　历程和现状

我国的木结构建筑历史可以追溯到3 500年前，木结构建筑的产生、发展、变化，贯穿整个古代建筑的发展过程，也是我国古代建筑成就的主要代表。浙江余姚河姆渡遗址的“干阑式”木构，是我国已知的最早采用榫卯技术构筑的木结构房屋，距今约六七千年，被誉为华夏建筑文化之源。我国木结构建筑到唐代趋于成熟，明清繁盛。

解放后，我国木桁架结构由传统的设计与加工技术，逐步进入现代胶合木结构的设计与加工技术阶段。到20世纪80年代，由于可用于木结构建筑的木材资源紧缺，木结构建筑发展基本停滞。近年来，随着木结构建筑环保优势的凸显，木结构设计和加工技术的发展，人工林开发为木材供应提供了保障，以及木结构建筑相关法规的建立，我国木结构建筑市场又逐渐活跃。

20世纪90年代中期，我国引进了一批国外成熟和先进的木结构建筑，标志着木结构建筑在我国开始了新的发展。从1996年起，在北京、上海等大城市逐渐出现了面向外国人出售的高档木结构别墅。由于这些木结构住宅大多从北美整体进口，价格昂贵。

直到2001年，我国加入世界贸易组织后，由于木材进口零关税，进口优质结构用材数量逐年增加，美国、加拿大等国向我国大力推广其木结构产品及技术，又恰逢国家建设部住宅产业化促进中心亦在推广进口优质木材建造住宅，推进了木结构建筑在我国的发展。随着我国木结构建筑市场的扩大，木结构住宅的价格不断趋于合理。

此后，随着GB 5000522003《木结构设计规范》的出台，越来越多的国内外企业看好我国木结构建筑市场，从事木结构房屋及其材料的生产和销售的公司纷纷涌现。轻型木结构建筑成为建筑业一道亮丽的风景。

1.2.2　木结构建筑的结构分类与特点

木结构发展到今天，在建筑中的应用主要有“梁柱结构体系”(Post and Beam Construction)和“轻型木结构体系”(LightWood Frame Construc-tion)2种结构形式。

梁柱结构体系是一种传统的建筑形式，它是由跨度较大的梁柱结构形成主要的传力体系，无论竖向荷载还是水平荷载，都由梁柱结构体系承受，并最后传递到基础上。梁柱结构体系中又分为传统木梁柱框架结构和现代新型木梁柱框架结构。

轻型木结构体系是由构件断面较小的规格材均匀密布连接组成的一种结构形式，它由主要结构构件(结构骨架)和次要结构构件(墙面板、楼面板和屋面板)共同作用，承受各种荷载，最后将荷载传递到基础上，具有经济、安全、结构布置灵活的特点。随着轻型木结构体系的发展，又派生出新型复合木结构。

1.2.2.1　结构分类及特点

以下对各种结构进行分类简要解析。

1.传统木梁柱框架结构

中国的传统木结构建筑一般采用梁柱结构作为屋架的结构形式，木构梁架的每一檩相当于现代框架结构的一榀框架。由于木柱梁框架承受了屋顶的全部重量，使得墙壁只起分隔和保护作用，于是可以较充分地满足人们使用房屋的不同要求，梁柱结构实现了“墙倒屋不塌”的抗震功能。力的传递简洁而明确，从上至下沿着屋顶→檩条→梁→柱→基础→大地。传统木梁柱框架结构的生命力就在于把构建空间的实用价值和表现力学的美学意义统一起来，所以经久不衰。(如图1.10(a)、(b)所示)

图1.10(a)　中国古建木梁架结构

2.现代新型木梁柱框架结构

现代木框架结构建筑一方面承续了传统木梁柱框架结构的形式和意义，力学意义依然真实，同时纳入了现代技术和新材料的应用。现代胶合木和集成材技术使木材突破了自然生长的品质限制，使木材在尺寸、跨度、强度、色泽等方面可以人工制作得更加优良。人们可以更加简洁地实现对木结构的建造需求，木结构构件之间的连接也不再局限于榫卯等传统技术，出现铆接、销接、嵌套、粘接等多种选择，即使采用榫卯，企口的形式也更加简洁，制作更精准。(如图1.11(a)、(b)、(c)所示)

图1.10(b)　中国古建彩画

图1.11(a)　现代木结构搭接方式

3.轻型木框架结构

轻型木框架结构体系就是将间距紧密的规格木材部件和覆盖层联合使用，形成建筑物的结构骨架，达到足够的刚性，能为内装修和外饰面提供支撑，并为放置保温材料、穿越各种管线留出空间。(如图1.12所示)

这种结构的建筑特点如下。

1)材料利用率高

木材在加工过程中可用其不同长度、不同断面同时生产多品种和规格的材料。轻型木结构能够用各种不同规格、等级的木材，从而提高材料利用率，减少材料浪费。轻型木结构还能利用“速生材”生产的“定向刨花板”作为其墙板、楼板，从而进一步降低结构造价。

图1.11(b)　木框架结构建造中

图1.11(c)　表现日本传统木构架民居风貌的现代木结构建造

图1.12　轻型木框架住宅结构轴测图

2)施工安装方便

木结构房屋施工简便，木结构房屋所用的结构构建和连接件都是在工厂按标准加工生产，再运到工地，稍加拼装即可建成。远远快于传统混凝土和砖石结构建筑，大大缩短了工期，节省了人工成本。

3)个性化室内设计

室内设计完全可以依据个人的喜好，按照不同时期的需求改变房屋内的空间组合，可采用开放式或传统隔板，门窗可以安装在任何方便使用的地方，这也是其他建筑结构所无法相比的。对追求空间灵活、个性化的家庭极具诱惑力。

4)良好的抗震性能

木结构房屋有良好的抗震性能。由于自身重量轻，楼板和墙体体系组成的空间箱型结构使构件之间能相互作用，所以在地震时大多纹丝不动，或整体稍有变形却不会散架，具有较强的抵抗重力、风和地震的能力。

4.新型复合木结构

所谓复合结构是综合几种不同的材料或结构形成的一种结构形式。它可根据需要集合各种结构的长处，使其有明确的分工，具有广泛的适应性。最常见的集成材复合结构是木结构、钢结构和钢筋混凝土结构结合形成的复合结构。其结构分工通常是:木结构作为主体和主要表现形式，决定建筑的整体结构形式和空间造型特点;钢结构作为辅助结构穿插于木结构之中，保证主体结构的稳定。

复合木结构除了具有轻型木结构的优点外，还具有以下特点。

1)广泛的适应性

由于集合了各种材料和结构的长处，具有广泛的适应性。小到普通木结构住宅，大到大跨度展厅、会堂、体育馆等都可以运用。

2)分工明确

木结构承担主体结构，钢结构作为辅助结构，以扩大空间尺度，提供多种节点样式(如图1.13所示)，而钢筋混凝土结构则为建筑提供了坚实的基础。

1.2.2.2　木结构构造特点

木材具有质轻、强度较高、容易加工的优点，但木材属天然材料，与钢筋混凝土构造或钢构造等人工材料之结构不同。木材在顺着其木纤维的方向上有很强的承载力，而在垂直的方向上则很弱。在进行木质构造设计及施工时需要充分了解其特性，如木纤维的异向性、木材含水率与环境的变化、木材收缩膨胀造成材料干裂等问题。《木构造建筑设计及施工技术规范》中说明木材料具有下列构造特性。

图1.13　混凝土支柱为弯曲木梁结构提供了稳定的支撑

(1)木材无明显之降伏点且伸长量亦小，意味着木材至破坏为止能量吸收较少，有可能发生脆性破坏，即木材柔性形变不明显，易发突发性刚性形变，预警时间较短。

(2)使用木材料所建造的结构体，属非韧性构造体，由此需要利用接合部的变形以获得一些韧性(如图1.14所示)。即木材构造脆性强，韧性弱，尤其交接结合部强度较弱，易破坏，需加入其他材料(如金属)节点以加强强度。

图1.14　受拉之结合部

(3)木质构造会有接合部存在，或多或少均会变形(变位或滑动)。因此，木材料交接结合部节点固定方法需注意，如铆接、嵌固等。

1.2.3　木结构建筑材料及发展

1.2.3.1　主要材料

轻型木结构的主要材料包括规格材、特殊木材产品、工程木产品、木基结构板材和连接件。

1.规格材

多用于建造轻型木结构房屋的厚度在40(±2)毫米～90(±2)毫米的木材称为规格材。规格材生产过程是先将已去皮的原木纵向切割为板块或方料，然后将这些粗制产品切边后，再次进行切割至特定的规格及长度。

机械应力分级材(MSR)是强度取值经过机械应力分等设备定级后的规格材。每根木材都经目测检查并用机械方式来测量其刚度。国外已有相应的标准出台。机械应力分级材比目测分级材的设计强度取值要高。

2.特殊木材产品

包括方木、指接材和防腐材，均是经过特殊人工加工的木材产品，具有相应的用途。

(1)方木。方木一般用于梁柱式木结构而不是轻型木结构，其最小厚度为140毫米。中等木材均可用于制作方木，但是尺寸较大的方木往往只限于采用花旗松、落叶松或者铁杉、冷杉。

(2)指接材。指接是对材料进行充分利用的加工方法。指接材是将较短的规格材末端加工成指形并胶合在一起制成的。每根指接材的长度不限，可以在特殊和重要的场合应用。

(3)防腐材。防腐材是指用化学防腐剂经加压处理可抵御真菌和包括白蚁在内的昆虫侵袭的木材。适用于户外或有防腐耐久要求的场所。

3.工程木产品

工程木产品是经二次加工的木材产品和构件，它比传统的结构用木材有更广泛的用途。一般来讲，工程木产品的木材利用率高，并且更为坚固，可以加工成长度较长的构件应用于跨度较大的建筑中。工程木产品的设计和生产可以满足特殊的性能要求。工程木产品包括如下几种。

1)结构复合木材

结构复合木材有旋切板胶合木(LVL)和平行木片胶合木(PSI)两种。旋切板胶合木是将经超声波定级的旋切单板顺木纹层叠胶合热压而成。平行木片胶合木是将经选择的旋切木片再顺木纹胶合热压而成。

这类木材产品的抗弯强度和刚度分别是普通木材的3倍和1.3倍，其含水率较低，故安装后收缩很小。通常在轻型木结构和梁柱式结构中用作梁、过梁和柱。

目前这些复合产品没有统一标准，每件产品都有各自的设计指标。制造参数和产品质量由制造商确定和控制，必须经第三方认证机构进行质量审查。

2)工字形木格栅

工字形木格栅由腹杆(用定向木片板或胶合板制成)和上、下翼缘(用目测分级木材、机械应力分级木材或旋切板胶合木制成)组成。工字形木格栅具有产品尺寸稳定、强度高、质轻、工程特性已知等特点。

工字形木格栅可以用来替代实木格栅，特别是对于楼盖系统，对屋盖系统来说，也可用工字形木格栅来替代椽条。工字形木格栅的规格很多，长度可达20米。在轻型木结构房屋中适合用较长的格栅和椽条。

4.木基结构板材

木基结构板材有胶合板(Plywood)和定向木片板(OSB)两种，可用作轻型木结构房屋的楼面板、墙面板和屋面板。这两种板材均采用薄木板或薄木片热压胶合而成，它们的规格相同，均使用防水结构胶，都属于经二次加工的木材产品。

1)胶合板(Plywood)

胶合板是薄木板层叠热压胶合而成的。通常薄木板的木纹方向在胶合板中心线两侧是平行的，胶合板的每一层(由单层或多层薄木板组成)与其相邻层交叉垂直放置(如图1.15(a)所示)。胶合板每层之间交叉垂直放置，使其在纵向和横向两个方向上都有良好的强度和刚性，并且具有极好的尺寸稳定性。

用作覆面板的胶合板的厚度通常为9.5毫米、12.5毫米、15.5毫米和18.6毫米。最常见的胶合板尺寸为1 220毫米×2 440毫米。

2)定向木片板(OSB)

定向木片板(如图1.15(b)所示)是将白杨薄木片分层定向铺装，经热压胶合而成。面层薄木片的定向与板材的长度方向一致，使板材在纵向具有更大的强度和刚度。

定向木片板的四边在工厂涂上保护层起防潮保护作用。定向木片板用作屋面板时，其粗糙的一面是为了提供一个安全、可靠的防滑表面。定向木片板在轻型木结构房屋中用作覆面板时，其使用方法基本上与胶合板相同。

5.连接件

轻型木结构房屋中，金属连接是最主要的连接方式。连接件是房屋设计和房屋总体结构性能的一个基本部分。

轻型木结构中最常用的连接件有钉子、螺钉、U形钉、螺栓、框架连接件和锚栓。底层墙体通过螺栓锚固于混凝土基础上，屋面板、墙面板通过钉子固定在规格材上，楼面板用钉子或螺钉，通常也结合结构胶加以固定。房屋框架各构件之间通常用钉子以及各种规格的金属连接板连接。

图1.15(a)　胶合板(Plywood)

图1.15(b)　定向木片板(OSB)

1.2.3.2　材料的发展方向和趋势

1.新型木材复合技术应用

新型木质材料的研究开发必将有力地推动新型木质建筑的发展。新型木质材料主要指木质复合材料，指其由集成材、木质复合板材等其中一种或两种以上的木质复合结构材料所构成。而木材的复合技术并不仅限于木质材料之间，其他材料与木材的复合加工工艺也不断成熟，并呈现更加广阔的空间。

2.新型木质复合材料创新

木质复合材料是指采用化学的、物理的或机械的诸多方法加工或处理木材和木质材料。有的先把整体变成碎料、再由碎料结合成整体，从而赋予这些材料某些新的性能，或改良它们的某些缺点，或满足某种特殊用途的需要，由此产生了与原材料性质大有不同的材料。新型材料不断研发出台，改良了木材的某些性能，如强重比大、环保性能好、质感细腻等。通过科学的复合工艺，赋予了材料更高的品质和更卓越的工程性能。随着木质复合材料的研发，农作物的秸秆、废弃纸张、天然竹材等木质材料的新型复合产品不断涌现，呈现绿色、环保、节能、生态的新趋势。

木塑复合材料是一种新型复合材料，由于其兼具木材和塑料的优点，且具有价格低、可重复使用、可生物降解、木纤维资源丰富和材料高强度、高硬度等特点，最近几年里倍受关注。木塑复合材料的出现，使得自然资源能够更加充分地利用起来，大大地减轻了由于废旧塑料和废旧家具等带来的环境污染。正因为如此，其应用范围非常广泛，主要应用在建材、装饰材料方面。

木塑复合材料是将废旧塑料和废旧木材，包括锯末、木材、稻壳、农作物秸杆等以一定的比例，添加特制的黏合剂，经高温高压处理后制成的结构型材。这种新型木塑复合材料具有5大特点:①机械性能好，98%的原料为废旧材料，且价格便宜;②可制成各种截面形品，而且使用维修简单;③可锯、可刨、可钉;④产品可100%回收再塑;⑤产品不怕虫蛀、不长真菌、抗强酸强碱、不吸水分、不易变形等。这种木塑新型复合材料是一种性能优良的、可以充分利用木质部分可完全降解性能的新型“绿色”复合材料。

木与金属复合建材，用于与金属形成复合材料的木材可以是实体木材，也可以是木纤维。在实体木材表面覆上一层金属可以提高木材的耐温性、耐磨性及强度。金属丝与木纤维混合后压制成的整体复合材料具有较高的耐温性和强度，并同时具有金属材料的韧性。混有金属纤维或复合有金属孔板(网)的木纤维复合材料可以模压制成各种制品。在木材金属复合材料中，无论是金属板还是纤维与木材的复合，都可以提高木材结构材的耐腐性、耐候性、抗冲击性及耐疲劳性等物理力学性能，而同时这种材料又保持了较轻的重量。

木与玻璃纤维复合建材，由于掺入了大量木纤维，可以降低制品的重量。利用轻质木材为心材，外侧复合上玻璃纤维树脂所形成的复合材料具有较高的强度/重量比，可以用作结构材料。利用玻璃纤维增强木材的强度及刚度是一个经济上可行的技术方案。玻璃纤维的加入可增加复合材料的抗弯、抗拉强度，降低其吸水厚度膨胀率。

竹木复合建材，外观是竹材，但其强度、加工特性、施工性等是普通竹材不能相比的。竹木复合建筑材料的加工方法也较简单，即将竹节内部的节板去除，把事先加工好的圆形木棒插入竹筒作心材，竹筒与心材之间的缝隙用树脂填充，使二者构成一体。

1.2.4　木结构建筑与设计方法

1.2.4.1　木结构建筑的应用范围和主要类型

由于木结构建筑的特殊表现力，木构建筑多应用于对形象和质感有要求的建筑类型。随着现代木构建筑技术的提高，木构建筑的适应范围不断扩大。在公共建筑、住宅建筑和一些有特殊要求的建筑中均有上佳的表现。

1.公共建筑

学校、图书馆、展厅这些传统上不采用木结构的建筑类型如今也有了新型木结构建筑的用武之地。

美国的比佛敦市有一座著名的象征性建筑——比佛敦市立图书馆。它犹如一座由胶合梁所构成的森林建筑，与城市周围环境完美地融合为一体。该建筑由托马斯·哈克建筑师事务所和冒克建设公司分别负责设计及施工。设计该建筑时，受到生长在图书馆门前高大梧桐树的启发，四根高约8米的弯曲型胶合梁柱以参天大树的形态，支撑起图书馆主要房间内的天花板，营造出酷似森林的景象。设计者托马斯·哈克建筑师希望读者在图书馆内聆听书页翻动及人们低语声的同时，感受到馆内与众不同的独特风格;同时也为图书馆营造出类似在住宅发展区中的社区型俱乐部、商店及其他公共建筑物所特有的开阔、自然的气氛。负责此工程的专案经理解释道:“设计团队在确定以‘树’为主要设计理念后，对于如何运用大型、弯曲型梁柱来建造出森林外观的意念考虑了数种方案。运用薄型胶合板所加工制造成的胶合梁，不但能够达到规定的结构要求，还显现出雄伟壮丽的景象。”这些由胶合木梁所搭建而成的“树木”中还精心安装了轻型的固定装置。(如图1.16所示)

在自然植被良好的环境中建造学校，采用传统的建造手段，面临大型设备进驻、需要大面积开挖、堆放等一系列难题，对自然的破坏在所难免。新型木结构建筑则有效地解决了建设和环境之间的矛盾。在德国乌尔姆市规划的乌尔姆大学校园，由德国建筑师奥托·施泰德勒规划，学校建筑群除地下室和基础部分外全部采用木结构体系。木结构建筑很好地结合了周边的生态环境，创造出鲜明的建筑个性。

图1.16　比佛敦市立图书馆

2.观演建筑

提起观演建筑，人们的印象是由钢、混凝土、玻璃组成的大跨度的高技派建筑。

在令人叹为观止的技术与造型面前，总缺少些人情味。木结构在建筑上的运用改变了这一状况，在体现建筑人性化的同时，也体现了现代高科技的精密。

日本长野奥林匹克纪念竞技场，又名“M之波”，是一座新型木结构大跨度建筑。独特的屋顶，其剖面让人联想到名称中的字母“M”，由15个单元组成，最高处43.28米，然后回落下来，仿佛在完成一个波浪的图案。作为世界上最大的悬挂式钢木混合的屋顶，其空间跨度达79.86米，厚度仅仅30.48厘米，却能起到很好的保温防寒、抵御风雪的作用，并带来轻盈的设计效果。虽然悬吊式屋顶通常都有支撑构件以增加屋顶的稳定性并抵抗风力和侧面负荷，但是长野奥林匹克纪念竞技场相反，它仅仅利用成对的胶合木与钢板混成梁和胶合板承梁板来抵抗这些负荷。悬浮的薄板拱形的天花板和格子状的墙壁向下和向外伸展形成了一个内部空间，空间里面的部分是动态的，由于木材的使用而具有保温性。一对半圆形可移动的看台沿竞技场的长轴移动，而且起到将空间隔开的作用。这大大增强了大型场地使用的自由度，提高了比赛场的外围观众对大型活动的视听觉效果，从而使这个设施达到最佳使用效果。除了固定座位之外，还有一些移动式座位、一个不停运行的悬挂式且装有扬声器的指挥棒和一个可再定位的木地板，因而随时让该设施适合各种活动，如滑冰、曲棍球、足球、橄榄球、网球乃至音乐会。(如图1.17(a)、(b)所示)

3.住宅建筑

住宅建筑是膜结构建筑应用最广泛的领域。样式之多、品类之广是其他领域无可比拟的。目前流行的木结构住宅建造体系主要有实木房屋、梁柱式木结构住宅、框架式木结构住宅。框架式木结构住宅具有节省木材、结构稳定性强、密闭性好、保温隔音、防火抗震、施工简捷、可以工厂预制等优点，是木结构建筑体系中最为科学合理的建筑方法。

木结构现代住宅在设计手法上已经超越了传统的表达，造型可以丰富，亦可简约。“漂浮木盒子”即是一个造型采用简洁几何体空间同时更具人情味的木结构住宅建筑。“漂浮的木盒子”是由德国建筑师德尼尔·绍特在德国康斯坦斯湖边建造的，体现了两个完全不同的生活理念:底层是通透、开敞的，象征着与周围环境共生;二层的木盒子给居住者脱离森林，独立于外界环境之外的特权。这种开敞与封闭、虚与实的对比，还体现在材料的选择上:厚的板材墙面沿地板一直延伸到天花板的玻璃窗上，透过玻璃窗能看到瑞典与瑞士边界的山脉全景。如此出众的造型来自于完美的设计与预制构件，而不是昂贵复杂的建造方式。理性严谨的网格式设计方法以及清晰的设计原则使得大体量的木结构单元可以在工厂预制。设计师、工程师以及施工人员很好的团队合作使得建筑仅仅3个星期就竣工了，比同类型的建筑减少了30%的耗资。(如图1.18所示)

图1.17(a)　“M之波”内景

图1.17(b)　“M之波”外景

图1.18　漂浮的盒子

4.景观建筑

景观建筑种类繁多，街头的报亭、广场上的售楼展厅、公园中的小教堂，甚至一座桥、一个公厕、一个廊架，都属于景观建筑的范畴。

北加利福尼亚空中玫瑰教堂(Skyrose Chapel)是由建筑师法琼斯和玛瑞斯杰尼在1997年设计建造的。这座完美的礼拜堂建筑一共用了16千米长的木料，看似易碎实际很坚固。太平洋建筑施工组采用了纹路清晰、生成质量极佳的红木、花旗松以及平整光滑的橡木完成如此瞩目、协调优美的设计创造。在该建筑的任何位置都能感觉到这一点。为了要达到令人耳目一新的设计效果，在建筑内外的改建加建中，也采用了一些创新性的手工艺技法，如约3.6米高的入口以及漂浮着的散发钻石光芒的玻璃边柱。这所教堂任何一个部件只需要两个人就可以抬动，这样可以减少对机械化的依赖程度。(如图1.19所示)

图1.19　玫瑰教堂

1.2.4.2　木结构建筑的设计要点

木结构建筑的设计要点:①表达木结构的建构之美;②表现木材的自然质感和色泽;③关注节点的连接和精致细部。

以下结合实例对这些设计要点进行解析。

1.西班牙塞维利亚世界博览会日本馆

建筑师:安藤忠雄

建成时间:1992年

安藤忠雄在1992年设计的西班牙塞维利亚世界博览会日本馆，就很好地演绎出将传统建筑与现代木构工艺有机结合所带来的全新形象，重新表达了斗拱的构成美(如图1.20(a)、(b)、(c)所示)。日本馆长60米、宽40米、高25米，是世界上最大的木结构建筑之一，也是安藤忠雄设计的第一座木构建筑。建筑在地面上有四层，由胶合木梁柱构成的框架体系支撑着整座建筑。屋顶是半透明的张拉膜结构。建筑的正面和背面都是条状结构复合木板做成的弧面外墙。在这栋建筑上，安藤对传统木建筑的框架结构进行了重新整合，巧妙地吸取了传统建筑语汇，利用现代技术重新演绎了一个具有浓郁日本中部神殿特色的木构建筑。通过不施油漆的木结构和白粉墙等，有意强调了材料的原本状态，无形之中反映出日本传统文化以及日本人独特的美学精神。

图1.20(a)　西班牙世博会日本馆入口

一座独具传统韵味与象征性的太鼓桥直插入建筑主体，把参观者引入高达11米的观景平台，进而到达展馆内部。在展馆入口是一个硕大的多层开敞空间——两组分别由四根木柱形成的束柱以及其上由截面为265毫米×265毫米的胶合木层层出挑的“斗拱”而构成的柱式门廊。这种利用传统斗拱原理而建的柱式让人们深刻体会到隐藏在这种木构营造方式中的东方传统斗拱意向。外墙面呈弧形的曲翘方式也是对神殿形式的隐约再现(如图1.20(d)所示)。在顶层的展室中，强烈的阳光穿过半透明的特氟隆膜屋顶所形成的均匀漫射光，使得该建筑的木架结构散发着美丽而又柔和的自然光泽，让人不禁联想到日式的木格纸门窗的空间意象。

图1.20(b)　西班牙世博会日本馆对斗拱的重新演绎

图1.20(c)　西班牙世博会日本馆细部

2.德国汉诺威世博会瑞士馆

建筑师:卒姆托

建成时间:2000年

瑞士馆由12组98堵木垛墙构成，每垛墙高7米，长短不一，按照互相垂直的方式组合出一些通道、内院和中庭(如图1.21(a)、(b)、(c)所示)。建筑师卒姆托称他设计的展览馆是一个共鸣体，人们可以在其间嗅到树木的芳香、感触木材的肌理，同时在迷宫般的木结构空隙中，萦绕着瑞士传统乐器演奏的音乐，加之透进来的阳光，把人们从缭乱的视觉世界拉回到纯粹音色的世界。

图1.20(d)　西班牙世博会日本馆外墙面

图1.21(a)　汉诺威世博会瑞士馆模型

图1.21(b)　汉诺威世博会瑞士馆

整个展览馆由37 000块来自瑞士本土的松木条构成的木制墙壁并没有使用钉子、螺丝钉或者胶水来将所有的木头组合在一起，而且所有的木头都没经过多余的加工，所以在展览结束后还可以被拆卸移到它处，甚至可以将其原料变卖用于他处。对此，卒姆托幽默地说:“展览为期153天，正好是从瑞士刚刚采伐的落叶松需要干燥的时间。”他将瑞士馆看作是木料的干燥间，使其成为一个有着明确生命周期的建筑。

图1.21(c)　汉诺威世博会瑞士馆内部

使用红松木作为长向的水平材料，而在中间作为横向分隔的木头为白松木，建筑师卒姆托将其称之为“木之院”。每一个原始且未加工的木料用不锈钢竿与弹簧构件将其加压束缚在一起，而另一个重点在于其木头被良好地干燥且在春天被压缩紧束成墙体，所以结构的高度大约只有120毫米的预期收缩，但在展览期间或多或少都还是会有变形的可能，所以在不锈钢竿上的弹簧构件就可以用来做调整，这种木结构的构件恰是建筑师深入缜密思维的体现。

3.德国汉诺威世博会大屋顶

建筑师:托马斯·赫尔佐格

建成时间:2000年

汉诺威世博会上的大屋顶是运用最新的木结构建筑技术进行的极富创意的设计(如图1.22(a)所示)。大屋顶位于世博会的中心位置，被看作是本次世博会的一种象征。大屋顶由10个构筑物组成，每个结构单元就好比一把巨大的伞，伞盖距离地面高度超过20米，40米×40米的体量使现代技术将木材的结构潜能又一次展现。伞盖由底部起支撑作用的木构架和顶部双曲线形状的菱形木栅格组成。四根长达16米的银枞树干，按一定侧角通过钢构件组成支撑体，木柱之间的斜向稳定支撑组件包括构成框形体系的木梁和里外两面包贴的层压木片，各构件通过钢铆钉紧密结合在一起。木结构塔和伞盖之间通过钢质构件连接，由于形状的关系，钢节点被形象地称为“钢金字塔”。顶部的双曲面屋顶则可以认为是壳体结构木质表达，固定在“钢金字塔”上的悬挑木架由上弦梁、下弦梁以及之间的对角稳定支撑构架组成(如图1.22(b)所示)。如此尺度的木梁都是采用层压胶合的复合结构用材。双曲面形的木格栅同样采用了以软木为基础的复合结构用材，曲面不仅是形式上的考虑，同时形成了空间受力的形式，在整体结构的稳定上也是必不可少的。结构的选型和细部节点的设计在这里尤为重要，赫尔佐格充分展示了他在建筑技术上多年的积累，大屋顶结构也成了现代木结构的一个典范。(如图1.22(c)所示)

图1.22(a)　汉诺威世博会大屋顶局部

图1.22(b)　汉诺威世博会大屋顶结构分析

图1.22(c)　汉诺威世博会大屋顶(图片来自:世博官网)

4.特吉巴奥文化中心

建筑师:伦佐·皮亚诺

建成时间:1998年

位于新卡里多尼亚的特吉巴奥文化中心，以高技术的手段成功地向世人展示了具有原始土著风情的卡纳克斯文化。文化中心的场址位于新卡里多尼亚的半岛，这里远离都市文明，原始的森林、茅草窝棚、土著村落、棕榈、风帆等成为这里的地方特色(如图1.23(a)、(b)所示)。作为文化中心建筑构思的来源，皮亚诺并没有对这些元素做肤浅的形式模仿，而是与人类学家阿尔邦·邦萨合作，探索卡纳克斯文化最本质的内核。最终，皮亚诺从当地原始棚屋的构造工艺上获得设计的灵感。他注意到棚屋的主要肋架是由棕榈树苗所承担，并按照一定的方式进行编织。由于棚屋所处位置的朝向、风力存在不同，当地对应着演化出了许多不同的编织方式。

图1.23(a)　特吉巴奥文化中心

图1.23(b)　特吉巴奥文化中心局部

图1.23(c)　特吉巴奥文化中心钢木结构骨架

图1.23(d)　特吉巴奥文化中心剖面

图1.23(e)　特吉巴奥文化中心自然通风分析

首先皮亚诺在被称为“容器”的建筑单元的结构中大规模地转引了传统的编织工艺:作为原有结构骨架的棕榈树苗被复合结构板与镀锌钢材所置换，形成更为坚固并微弧的桶状肋骨;横向的联系构件可能源自对棕榈树叶叶脉分布的启示，以水平方式牢牢地铆固在肋骨之间取代了原有的编织或绑结技术;为了增强建筑物的抗风抗震能力，沿对角线方向还设有不锈钢的杆件(如图1.23(c)所示)。由于岛屿四季受季风影响，皮亚诺对不同风向的建筑通风形式专门进行设计，横向的联系构件可以根据不同情况灵活开启，并具备调节室内气候的功能(如图1.23(d)所示)。“容器”顶部开放的木肋可以片片梳理迎面的海风，赋予了建筑一种“卡纳克斯村落和森林的嗓音”，将自然与建筑编织在一起(如图1.23(e)所示)。建筑美妙的形态为参观者提供了无尽的想象，有人认为它像卡纳克斯人的棚屋，有人认为像一片片的棕榈叶，还有人认为像昂扬的群帆，但没有人会否认，这个运用仿生理念打造的文化中心，与卡纳克斯文化密切地编织在一起。