當代木構建筑設計——以山東建筑大學雪山書苑為例

劉長安，仝暉，劉甦

(1.山東建筑大學 山東省建筑節能技術重點實驗室，山東 濟南 250101;2.山東建筑大學 可再生能源建筑利用技術教育部重點實驗室，山東 濟南250101;3.天津大學 建筑學院，天津 300072)

0 引言

在人類文明進化的過程中，木材同石材一樣，曾經是最古老和最為普遍的建筑材料之一。早在新石器時代就出現了最早的木構建筑雛形，古人類利用樹干和枝條搭建簡易的房屋以躲避風雨和野獸侵襲?？v觀建筑發展的歷史，木構建筑是世界建筑體系的重要組成部分，也是公認的最為原始的建筑原型之一。

工業革命以來，隨著現代建筑運動的興起和材料工業的蓬勃發展，以鋼材、混凝土為代表的新材料受到建筑師的青睞，使得現代主義的鋼筋混凝土、玻璃幕墻建筑在世界范圍內盛行一時，并逐漸取代了木構建筑的地位。直到近幾十年來，木材工業的快速發展使得木材的種種缺陷得到了不同程度的彌補:規格材、膠合木、結構復合木材等工業木材的出現，化解了以往木材跨度、斷面尺寸不足的難題;通過物理或化學處理的方式，可以提高木材在變形、防火、防腐、防蛀等方面的性能;熱成型技術則賦予木材可塑性，提供了更多創意可能;加工工藝與數字技術的發展也使得木材加工擺脫了人工的限制，使效率與精度相比以前有了質的提升;而人造板材的出現，可以充分利用木材加工的廢料，將樹木的利用率從實木產品的60%提高到工業木材的95%［1］，在一定程度上緩解了木材浪費的現象。

在這樣的背景下，沉寂多年的木構建筑重返人們的視野，并逐漸普及。在美國、加拿大和日本等發達國家，當前木構住宅已處于市場的主導地位。2000年美國新建獨戶別墅約111.4 萬幢，其中約90%采用木結構［2］;除了住宅，木結構還廣泛應用于學校、旅館、體育館以及廠房等公共建筑。

1 木材的建筑特性及其當代價值

由于木材自身的特性，木構建筑與常見的鋼筋混凝土、磚石結構建筑相比具有施工簡易迅速、平面布置靈活、抗震性好、安全耐久以及得房率高等諸多優勢。此外，從更深層次的材料性來看，木材還具有下列人工建材所不能比擬的優越性:

1.1 木材是自然的、可持續的建材

近年來，環境惡化、全球變暖等一系列問題使人們愈發意識到盲目發展所帶來的嚴重生態后果。1992年，《從搖籃到搖籃》一書的作者，威廉·麥克唐納(William McDonough)與邁克爾·布朗嘉特(Michael Braungart)為漢諾威世博會共同撰寫了核心為“設計服務于可持續發展”的“漢諾威原則”，提出了人與自然在可持續的條件下共存的觀點，引起國際社會廣泛關注。對于建筑師而言，這意味著我們必須使用自然的、可持續的材料來建造。

木材是完全可再生、自然生產的建筑材料，因而使用木材建造不會影響到環境和生態平衡。同時它還是易于回收利用的材料，廢棄的木材可以用來生產人造板材或造紙，不產生難以處理的建筑垃圾;木材的可持續性能還體現在其易降解性上，木材可分解成再次進入自然循環系統的成分，減少殘留物對環境的污染，促進整個生態系統的良性循環。

1.2 木材是更為節能和環保的建材

材料的節能環保是保證建筑節能環保性的基礎，而我們通常所說的建筑節能與環保通常需要研究不同材料與形式的房屋在全壽命周期中的能耗及其對環境的影響。

在材料的物化階段，樹木在成長過程中進行光合作用，每生長1t 木材可吸收1.6t 二氧化碳，并產生1.1t 氧氣，從而將碳元素固定在樹木中形成纖維材料。這種固碳作用和造氧機能是其它材料所不具備的，對地球生態平衡有著重要作用［3］。再者，木材生產過程簡單，自重也相對較輕，因此在生產階段和運輸階段的能耗均遠遠小于人工建材。在建筑運行階段，木材的多孔結構使之具有良好的保溫隔熱性能，因而木構建筑具有良好的節能效果。根據清華大學的研究，北京地區木結構房屋采暖空調能耗比輕型鋼結構房屋低9.43%，比混凝土結構房屋低10.92%;上海地區木結構房屋采暖能耗比輕型鋼結構房屋低8.79%，比混凝土結構房屋低7.33%［4］。

綜合物化階段與運行階段的能耗和環境影響表明，木材具有與生俱來的生態學屬性，是一種環境友好的綠色材料，因而使用木材建造在能耗、環境影響方面較人工建材均具有巨大優勢。

1.3 木材具有更佳的裝飾性與可加工性

自古以來，木材便是最常用的裝飾材料。隨著工藝發展和技術進步，木材的裝飾性得到了進一步的開發，為建筑師帶來了無限可能。它既可以橫向、豎向排列形成韻律，也可以縱橫交錯形成特殊肌理;既可以制作具有各種紋理的板材，也可以形成百葉使光線穿透;在用材上，木材既可以用作表皮裝飾材料也可以用作結構用材;同時，它還可以與玻璃、鋼材等多種材料進行組合，創造出靈活搭配、造型多變的表皮處理方式。

木材還具有極好的可加工性，它的物理屬性幾乎使每個人都覺得可以對其進行一定的加工。正如格羅皮烏斯所言，木材是一種完美的柔韌材料……它適用于建筑的所有結構部分，它可以很容易的通過鋸、切、鉆、釘、碾、拋光、上漆和著色等等一系列的工序進行加工。在他看來，甚至木材被木蟲蛀蝕都變成有趣的事情，因為這正是木材優于人造建材的特性——完全的自然屬性。

1.4 木材是人類感知世界、與自然環境對話的絕佳物理媒介

“從現象學角度來看，材料性是人們感知世界的方式。在這個概念范疇下，沒有人的感知就無所謂對世界的理解……物質世界并非我們借助科學發現的世界，而是通過個體體驗而感知到的世界?！保?］與大多數人工材料不同，木材具有良好的感官特性，它可以通過諸多方式來影響人類感官，因此木材或許是最令人感到親近的材料。

近幾年，一些美麗鄉村規劃被認為形同虛設，存在與土地利用規劃不銜接、對農民意愿和習慣不夠尊重、鎮村干部主動謀劃參與不夠、大比例尺地形圖無法精準落地等問題，故美麗鄉村規劃設計陪伴式服務這一方式的應用是解決問題的重點。各縣（市）區試點村先行，并按需求分片區針對性開展，同步嘗試完成片區性、特色性等不同類型的美麗鄉村規劃，進一步為福州市乃至福建省打造美麗鄉村示范典型。同時，市、縣（市）區、鄉鎮各級規劃建設主管部門對美麗鄉村規劃的編制單位（設計團隊）、鎮村干部進一步加強培訓，落實美麗鄉村規劃工作相關規定和政策。

木材具有生物結構，其獨特的光澤、顏色，多變的花紋，從視覺上給人以自然美和藝術享受;通過對木材顏色與人的心理感覺的關系測驗得知，木材能使受驗者產生溫暖感和親近感［6］。木材還影響人們的嗅覺，各種木材因含有不同的揮發性物質而氣味各異，而大多數的氣味經研究有益于人類健康并可以保持身心愉悅;與合成材料帶來的有害氣體相比，木材所固有的自然氣息如同原野、森林的味道一般令人向往。合上雙目靜靜體味，惟有木材是可以感知的建材:淡淡的木材清香，是來自大自然的恩賜;撫摸木制器具，其多變的紋理與溫潤的手感是人造材料所不能給予的;走在木制的地板上，偶爾的嘎吱響聲往往能夠觸動人們內心的最深處。

阿爾瓦·阿爾托對木材懷有深厚感情，他評論道，“人造材料始終無法取代木材的地位。依靠化學過程人工合成的材料丟掉了原木最為重要的一些品質，而這些品質恰恰是人類在人性和心理方面最為需要的?！保?］在提倡回歸真我，重返自然的今天，使用天然木材建造使人類更好地感知自然世界、并與之緊緊地聯為一體，因而可以更好地滿足人們精神方面的訴求。

2 當代木構建筑的主要建造體系

當代木構建筑的主要建造體系可分為梁柱結構、原木結構和輕型木結構等體系。各種體系在木構件的尺寸、組合方式及承重方式等方面有著較大的區別。

梁柱結構體系是一種較為傳統的建筑形式，由跨度較大的梁柱結構形成主要的傳力體系，并最終傳遞到基礎上，我國傳統木構建筑便屬于此類型;原木結構體系則源自北歐的傳統木屋，采用規格、形狀統一的矩形或圓形實木疊合而成，是集承重與維護結構于一體的結構體系，但因耗費大量木材而應用面較窄(圖1)。

圖1 原木結構體系

目前應用較多、技術經驗較成熟的體系是輕型木結構體系。該體系采用小尺寸規格材均勻密布連接組成，由主要結構構件(結構骨架)和次要結構構件(墻面板、樓面板及屋面板)共同作用、承受荷載并傳遞到基礎上。在具體做法上，將小斷面構件按照一定的間距等距排列成框架，然后在框架外根據受力需要，覆蓋木基結構板材或石膏板，形成建筑的墻體、樓蓋及屋蓋等組成部分，這些部分通過與框架等主要結構構件共同作用而獲得結構的強度。這種結構體系因其構件斷面較小，從而被稱為“輕型木結構體系”，具有施工安裝方便、材料利用率高、安全經濟、布置靈活等特點，因而在歐美大量運用于住宅建筑和中小型公共建筑中(圖2)。

圖2 輕型木結構體系示意圖(07SJ924《木結構住宅》)

3 山東建筑大學雪山書苑木構建筑設計

雪山書苑是建于山東建筑大學校園內的集會議、接待于一體的小型建筑(圖3)。整個建筑全部采用木材建成，是一次難得的木構建筑實踐機會。

建筑基地用地規整，局部落差較大。用地南側為學校圖書館，西側緊鄰校區內雪山，東臨學校主干道，北側為校園綠地，周圍尚有鳳凰公館、建筑平移技術展館、海草房等小型建筑。總平面布置綜合考慮了建筑與雪山及校園道路之間的關系，主入口設于南向，并結合入口設置了小廣場和停車位;建筑周圍結合地形合理組織了綠化和水池、疊水等景觀，營造出綠樹成蔭、流水潺潺的氣氛，成為主體建筑重要的烘托(圖4)。

圖3 雪山書苑實景照片

圖4 雪山書苑與周圍水景

因功能與面積所限，書苑布局緊湊。首層平面中入口處為貫通兩層的門廳空間，衛生間、值班室等輔助房間位于西北側，主要的接待室與會議室位于景觀朝向最佳的東向，并可通過房間到達東側懸挑的觀景平臺上。二樓的功能以會議和接待為主，并依據景觀的分布，分別在北側綠地和西側朝向雪山的位置設置了觀景露臺，用“借景”的手法最大限度地將周圍美景納入建筑內部。

建筑位于雪山山腳下，故順應山勢采用坡頂做法。沿雪山軸向設置了主要的坡頂，主入口、二層會議室處分別設計了坡頂與之交錯、呼應，使整個形體錯落有致，協調統一。在立面處理上則著重強調木材材質的特征:外墻采用實木板材橫向拼貼，細密的橫向線條賦予建筑舒展的韻律;觀景平臺、樓梯、欄桿等均采用實木制作，雖略顯粗獷，卻更貼近木構建筑的精髓。建筑的開窗形式主要采用豎長窗，結合南立面豎向木柱的處理，能夠更好地與書苑會議、接待的功能相適應(圖5～8)。

圖5 首層平面圖

圖6 二層平面圖

書苑的建造采用輕型木結構體系。建造時首先澆筑混凝土基礎，在其上安裝基礎襯墊和經防水、防蛀等特殊處理的底木;內外墻體分別以木柱骨架以及頂、底木骨架與木基結構墻板一起形成木框架剪力墻作為主要受力體系;屋面則以三角形屋架及復合空間龍骨構成支承體系。人造板材和結構構件間采用鋼釘連接，梁和承重墻體間為金屬件或螺栓連接。結構部分完成后，木骨架間填充保溫材料，隨后在外墻面滿鋪人造板材、做防潮層，最后在建筑外部鋪貼實木板材面層并刷涂防護漆面。(圖9)

雪山書苑的設計從總圖、功能，到造型及室內等各個方面，均建立在對木材材料性深刻理解的基礎上，采用新的手法詮釋了木構建筑的精神。建筑屋頂線腳、梁頭處理、墻面轉角等細部均經過深入推敲，使整個建筑既具有傳統木構建筑的神韻，又展現了當代技術條件下木材建造的現代感。建成以后，書苑成為學校對外交流的重要場所，也與校園環境融為一體，成為校內重要的景觀建筑之一。

圖7 1－1 剖面圖

圖8 南立面圖

圖9 雪山書苑建造過程

4 結語

在人們日益關注生態環保的今天，木構建筑所具有的優勢逐漸凸顯;諸多實踐與實驗證明，木材在可持續性、自然性、環保性以及人文精神等方面均具有超越各種人工建材的優勢。在我國，木結構房屋是傳統建筑的精華，也是傳統文化的載體之一;使用木材建造不但體現了古人天人合一、與自然共生的自然觀與哲學思想，還折射出他們對自然的尊重。

雖然目前木材工業和木構技術在我國剛剛起步，但木構建筑的發展是當前趨勢，必將受到越來越多的關注與青睞，并在建筑市場中占有一席之地。當前，面對森林、土地資源匱乏，消費水平低等現狀，探索適合我國國情的現代木建筑發展之路至關重要。為推動現代木結構在我國的快速發展，我們需要進一步推進木建筑教育、改變傳統觀念并完善木建筑規范與標準，相信綠色、環保的木構建筑必將迎來廣闊的發展前景。

［1］美紙.回歸與重塑:木結構建筑［J］.中國林業，2001(5):30－31.

［2］劉雁，張建新，周寶國，等.現代木結構建筑及其在中國的發展前景初探［J］.江蘇建筑，2005，101(3):5－8.

［3］李順龍.森林碳匯問題研究［M］.哈爾濱:東北林業大學出版社，2006:78－85.

［4］清華大學國際工程項目管理研究院建筑環境與設備研究所.中國木結構建筑與其它結構建筑能耗和環境影響比較［EB/OL］.［2011－05－01］http://ishare.iask.sina.com.cn/f/7167511.html.

［5］HAGAN S.Taking shape a new contract between architecture and nature［M］.Oxford:Architectural Press，2001.79.

［6］李堅.木材的生態學屬性:木材是綠色環境人體健康的貢獻者［J］.東北林業大學學報，2010，38(5):2－8.

［7］PALLASMAA J.The language of wood:Wood in finnish sculpture，design and architecture［R］.Helsinki:Museum of Finnish Architecture，1987，22.

［8］劉甦，亓育岱，趙學義，等.因地、因需、因時的設計:山東建筑工程學院圖書館方案設計有感［J］.山東建筑工程學院學報，2000，15(3):22－27.