现代井干式建筑界面重构设计方法研究_赵亚敏.pdf
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1、102建筑设计与理论研究 ResearchonArchitecturalDesignandTheory一、研究背景井干式,作为木构建筑的主要类型,曾在传统营建体系中发挥重要作用。井干式在当前仍具有市场,一方面在于其传统文化性及自然感突出的形式,另一方面也在于该木构类型易于实现模块化设计与建造。然而,传统井干式结构形式塑造单一,突破界面的固有模式是对其创新设计的路径之一。目前我国木构建筑逐渐复兴,井干式得到一定规模应用,然对其研究多聚焦于构造优化层面;在设计层面,如何突破传统井干式单一界面形式的探索则相对较少。事实上,随着木工业技术的发展、国外先锋建筑师的探索,现代井作者:赵亚敏,重庆大学建筑城
2、规学院助理研究员、博士后。基金:中央高校基本科研项目(2022CDJXY-014)。录用日期:2022-7摘要:文章以井干式建筑的现代创新设计为视角,研究其界面重构方式。首先剖析井干式界面调控的传统方式,明晰既有设计模式局限性;进而提出“段状构件介入”“格构化编织”“透明性调节”三种针对井干式界面的重构设计方法,并结合相关典型案例论述相应的关键构造技术及其应用注意问题;揭示出该木构类型突破传统固有模式上的可能性,以期为我国现代井干式建筑的多元化创新设计提供参照。关键词:井干式、层叠界面、重构、设计方法、建造技术Abstract:From the perspective of modern in
3、novative design of Modern log-construction building,the paper studies the reconstruction design method of its interface.Firstly,the traditional design methods of log-construc-tion interface are summarized.Then,three reconstruction design methods,segmented member intervention,lattice weaving,transpar
4、ency adjust are proposed,and specific structural technical characteristics and application attention issues are discussed.The research reveals the innovative design method of log-construction interface,provides a reference for the modern innovation practice of log-construction in my country.Keywords
5、:Log-construction,Laminated interface,Reconstruct,Design method,Construction technology中图分类号:TU201.1文献标志码:A文章编号:1001-6740(2023)02-0102-11DOI:10.12285/jzs.20220320001现代井干式建筑界面重构设计方法研究Research on the Reconstruction Design Method of Interface of Modern Log-construction Building赵亚敏 ZHAO Yamin干式在界面重构方面衍生
6、出一系列创新作品,并广泛应用于中小型的住宅建筑、展览建筑、景观建筑等类型中。文章针对井干式界面提出了三种重构方法,同时论述其关键构造技术与应用注意问题,以期为我国现代井干式建筑设计的多元创新提供思路。二、传统井干式界面塑造方式以森林为主要建筑材料来源的地域,基本形成以木杆件为主的结构体系。在生产工具落后的时代,用原木水平堆叠形成围护结构要比用其竖向搭接形成框架结构容易,因而井干式广泛存在103建筑设计与理论研究 ResearchonArchitecturalDesignandTheory于世界各地早期木建造之中,并一直延续至今。忽略井干式在不同地域上的风格差异,其建造本质具有相似性。首先,构件
7、组织方式:该结构类型将线性构件视作砌体材料,通过“水平叠压”与“端头互锁”的构法自下而上逐层搭建而成,一层界面兼具围护、支撑、表现多重功能。构件截面大小适中,制作工具较为简单、施工快捷。其次,细部互锁方式:由于井干式建造过程较为简易,因此采用“二维榫卯”(如凹凸榫、燕尾榫)便能完成端头连接。此外,井干式的构件叠压可根据端头榫卯的开口方式进行调节,进而形成“平层”“错半层”等搭接效果。传统井干式层叠界面的塑造常通过改变木构件截面形式进行(表1)。(1)截面为圆形、鼓形的木构件叠压时端头互锁相对简单,形成的界面外观具有很强的线条感,清晰的纹理有一定装饰作用。例如我国南方传统井干式多采用原木,加工制
8、作粗放。又因构件相交伸出的端头长短不一,使结构形式不呆板,如同国画一样表现出写意手法,风格豪放(表2-a、表2-b)。(2)截面为三角形、六边形的木构件叠压时端头互锁相对复杂,界面形成尖锐内凹的缝,外观上看棱角分明,具有鲜明的层次与阴影关系。例如日本东大寺“本坊经库”采用三角形截面的木构件进行建造,尖角朝上放置并依次层叠,形成了锯齿状外立面和平整的内表面(表2-c、表2-d)。从工程学角度上看,尽管三角形截面细边之间的叠压并不是十分稳妥,但在干燥的环境中,构件之间会产生狭小裂缝,这样可保证空气能穿透裂缝起到通风透气效果;而在潮湿环境中,木材膨胀使得裂缝闭合,防止了外部湿气对建筑内部的影响。(3
9、)若采用矩形截面的构件,垒叠后间缝的“消隐”使得界面平整,犹如一体。在瑞士现代井干式住宅中,常采用机械预制板片构件,加工精细,故而层叠形成的界面较为平整光滑,更能体现出现代木结构的精致性。不同截面构件塑造的井干式表 2截面结构整体细部节点圆形或鼓形ab三角形cd传统与现代井干式常用构件截面形态与尺寸范围表 1日吉神社宝库长197mm 宽130mm70mmb120mm90mmb150mm90mmb150mm90mmb150mm90mmb150mm95mmb150mm70mmb150mm95mmb150mm95mmb150mm150mm260mm90mmb180mm150mmb300mm150mm
10、b260mm150mm300mm130mm正仓院北仓长宽290mm唐招提寺宝库长宽212mm多家神社宝库长宽172mm截面形式与尺寸类型现代方木现代胶合原木现代胶合原木一层组合二层组合南方传统原木日本传统校仓造150mm150mm此外,界面肌理的表现与构件截面大小也密切相关。截面较小的细长构件叠压可形成密集的网格间缝布局,具有细腻的视觉效果;当采用宽度较大的板片时,间缝网格就变得相对稀疏。层状肌理的精致度又与构件加工相关联,例如采用精细加工的构件将形成笔直的间缝网格,建构表现较为精致;构件越粗糙,间缝越参差不齐,显示出粗犷自然之感。总之,传统井干式通过改变截面形状对界面肌理进行调控,但无论截面
11、形状如何变化,均生成密实且单一的水平线性层状肌理。在现代传承中,对界面肌理的重塑是创新设计的重要方向。104建筑设计与理论研究 ResearchonArchitecturalDesignandTheory三、层叠界面的段状构件介入从立面上看,传统井干式构件的交接节点呈现于界面的两个端部,中间夹着横向连续的水平纹路,形成“点线点”固定而单一的节奏。重构设计中,在横向构件间嵌入点状构件,或是将横向构件全部打断并进行重组,将改变传统井干式单一的节奏。1.段状构件与线性构件混叠该重构方式将紧密叠压的构件通过密度调节形成一定宽度的间隔,继而在间缝处以一定的规律嵌入大量“点式”段状构件。具体操作中,段状构
12、件间隔的疏密程度、构件尺寸、相对位置等对肌理的表现效果影响较大。如图1所示,当段状构件均匀地嵌入,且宽度与线性构件接近时,立面上的点线分布效果较为均质化;若水平间隔加大,嵌入的段状构件高度也较大,界面就越通透;当段状构件截面越小,嵌入间距越小,立面将呈现密集点状的特征,更显精致。嵌入方式可分为对位式嵌入和交错式嵌入。(1)对位式嵌入在横向间缝中将段状构件以上下对位方式嵌入,在立面上形成正交网格的肌理。例如,由卒姆托(Peter Zumthor)设计的汉诺威世博会瑞士馆“共鸣箱”,其层叠墙体采用了对位式嵌入的设计手法。在每组层叠墙 面 中,使 用 截 面 为100mm200mm的预制长木梁模块以
13、双层平行装配建图1:段状构件与线性构件混叠方式示例图2:界面肌理重塑的实践a)汉诺威世博会瑞士馆共鸣箱b)弗林村仓谷建筑造形成9m高的墙体,同时用规格为45mm45mm544mm的预制短木等间距嵌入每层构件间,并向外出挑一定长度,上下层短木构件严格对位,从正立面上看形成点线交织的正交网格(图2a)。(2)交错式嵌入在横向间缝中将段状构件以上下错位的方式嵌入,在立面上形成点线错动的肌理。相比于“共鸣箱”,由吉翁A卡米纳达(Gion A.Caminada)设计的“弗林村仓谷”将构件进行错位式嵌入的方式,使界面肌理的塑造更为有趣(图2b)。该结构采用方形截面木材通过端头间隔式叠压形成间缝,继而在间缝
14、处以上下层相互交错的方式叠加短木构件,在立面上形成有趣的点、线、面构成。该构法的关键构造技术在于段状构件与线性构件间的锚固处理,操作方式分为三类。其一,段状构件不开榫卯,将其与线性构件直接叠合。为了加强构件叠压的稳定性,可在其预制时预留孔洞,在组装过程中使用螺钉或是钢筋将相互层叠的构件进行串联。该构法刚性强、制作简约。需要注意的是,贯穿金属构件可使结构整体更稳固、变形更小。按此原理,锚固金属构件越多越能提供更大的刚性。但实际上应根据构件截面的大小确定使用金属的数量。例如段状构件若为截面较小的木材,穿透的金属构件过多反而会破坏木材,因而单筋(单螺钉)起到的效能优于多筋(多螺钉)。105建筑设计与
15、理论研究 ResearchonArchitecturalDesignandTheory其二,在段状构件上下面切开与线性构件等宽的槽口,通过槽口进行卡接。为了提高结构稳定性,可采用螺钉或钢筋进行加强锚固。此外,对段状构件上所开槽口深度的调节可形成“封闭”与“半封闭”的界面:槽口越深,构件交接越紧密,界面越封闭;槽口越浅,构件交接越松弛,界面越开放。需要注意的是,开槽深度不宜过大,否则木材容易开裂。其三,在界面之外介入钢索拉结体系,从外部施加约束力,形成复合墙体构造(图3)。例如上文提到的汉诺威世博会瑞士馆设计时在线性构件间介入大量段状构件,纵横交叠的构架未采用榫卯进行稳固,而是在木垛底部设置混凝
16、土基础与30mm厚沥青层、顶部设置钢板,之后在外贯穿直径为16mm的不锈钢拉竿与弹簧将其加压束缚在一起。该创新的构造在墙体收缩变形的情况下,可通过拉竿上的弹簧构件进行适应性微调(图4)。需要注意的是,针对不同形态的线性构件,需采用适宜形状的段状构件进行匹配。例如,截面为方形(矩形)、鼓形的线性构件间嵌入的段状构件可采用方形不同截面的线性构件匹配的段状构件示例表 3截面a方形截面b方形截面c方形截面d方形截面线性与段状构件交叠匹配的段状构件形态截面e鼓形截面f圆形截面g矩形截面h三角形截面线性与段状构件交叠匹配的段状构件形态(矩形);若是采用榫卯卡接,则段状构件截面为倒“工字形”;若线性构件截面
17、为圆形,嵌入的段状构件可处理成“蝴蝶形”短木,以便贴合上下层构件(表3)。2.段状构件错动交叠该方式将井干式原本叠压的通长杆件打断为大量段状构件,继而将其进行有规律的错动扭转与交叠,连接成线性构件后再进行层叠。段状构件交叠的方式较为多元,例如可将其扭转一定角度,以同一维度将构件首尾交接,形成“波纹状”图3:拉杆外侧锚固示例图4:瑞士馆共鸣箱墙体或“折叠状”肌理,再加上木质纹理的变化,界面的肌理效果十分丰富(图5)。由Galletti&Matter事务所设计的“瓦莱斯农庄”(Satarma Valais Grange)系旧建筑改造,原建筑为传统井干式,粗糙的构件形成横向线性肌理。在局部改造中,建
18、筑师采用大量小尺度板片,将其旋转一定角度后首尾相接形成线性构件,继而再层层垒叠,最后创作出如竹篮编织般的新型井干式建筑。重构的界面与原界面形成鲜明对比,十分富有趣味(图6)。“段状构件错动交叠”的关键构造技术在于大量离散构件间的交接。该构法106建筑设计与理论研究 ResearchonArchitecturalDesignandTheory图5:段状构件错动交叠图6:瓦莱斯农庄传统模式间隔层错动交叠整体错动交叠原立面与改造立面对比段状构件交叠的锚固表 4a方式:构件首尾叠合平剖示意b方式:构件首尾卡接平剖示意中,多采用小尺度板片,其锚固需要通过水平与垂直维度互锁相互配合。首先,水平维度锚固:根
19、据段状构件错动交接的方式适宜地选择互锁机制,例如构件首尾叠合,可在其接触面通过射钉锚固;若构件成“V”形组合,可在其首尾交叠处开槽口相互卡接。其次,垂直维度锚固:结构中横向或纵向均由大量较短的构件组合,单纯依靠端头互锁无法进行结构整体稳固,故而需要在垂直向进行强化。第一种方式可在界面内侧的构件交接处增加竖向木条进行辅助支撑,通过螺栓将其与层叠的构件锚固,从而加强结构的整体性。第二种方式可在段状构件制作时预留孔洞,在相互卡接过程中插入钢筋或拉杆,将离散的构件拉结为整体(表4)。此外,段状构件的交叠虽然在外立面取得一定的表现效果,但是在室内一侧无法形成平整的界面。若将该构法应用于居住建筑中,为了满
20、足对内界面平整度的需求,可在墙体内侧再增加一层界面,形成具有空腔的双层表皮。建造中可在空腔内设置保温层、电线绝缘层、防潮层、管道等,从而形成“能量交换层”。该做法对于居住建筑具有较好的适用性,例如上文提到的瓦莱斯农庄便是对该构法的应用(图7)。四、层叠界面的格构化编织传统井干式由线性构件叠压形成二维界面,层化效果明显、统一,具有高度的结构“自明性”。“格构化编织”构法则是改变构件单一维度的叠压,转而通过错位穿插、多向交叠进行建构。该构法将传统井干式二维界面推向三维网格式结构。操作时既可以纵横正交叠压形成规则的格构形态,又可进行多角度斜向叠压,进而塑造出更加错综复杂的结构。1.规则型格构化界面构
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