寒地木結構景觀建筑的設計初探

孫天澤 張成龍

（1.吉林建筑大學建筑與規劃學院， 吉林 長春 130118）

0 引言

目前，我國建筑業主要采取的結構方式是鋼筋混凝土結構，然而這種結構體系不利于節約能源，而且材料損耗大，因此難以適用于當今人居環境的可持續發展。而且由于寒冷地區冬季漫長，不利于鋼筋混凝土建筑的施工。木結構建筑具有綠色節能的特點，同時具有工廠化預制、現場裝配、施工周期短、安全系數高等優勢，因此符合我國綠色生態發展的國策。

景觀建筑具有服務和觀賞性功能，是自然與城市環境中的重要景觀要素，能夠為人們提供室內外活動場所。在發達國家木結構景觀建筑得到廣泛應用和推廣。尤其是日本、加拿大等國家，木結構建筑材料及建造技術相對成熟，對我國寒地建筑業的現代化發展提供了寶貴的經驗。因此，筆者試圖總結木結構景觀建筑的優勢，并分析國外寒地木結構景觀建筑的實際經驗，對我國寒地發展木結構景觀建筑進行可行性探索。

1 寒地木結構景觀建筑的優勢特征

1.1 寒地建筑氣候適應型特征

按照《民用建筑設計通則》的建筑氣候區劃，寒地分為嚴寒地區和寒冷地區。其中我國東北的絕大部分區域處于嚴寒地區。寒地建筑在氣候適應性方面存在以下三個問題：

1）低溫條件對建筑保溫的影響。寒冷地區冬季氣溫低，以哈爾濱為例，最冷的1月份平均氣溫可降至-15℃到-30℃，最低氣溫曾降至-52.3℃。寒地建筑為抵御低溫氣候的不利影響，將外墻結構的內部或外部添加保溫層。目前，寒冷地區多采用外保溫技術。外保溫技術的節能效果在很大程度上受到材料的影響，因此，需要在材料選擇、建筑構造設計以及建筑外觀設計等方面給予重視。

2）持續低溫對施工周期的影響。寒冷地區冬季低溫持續時間長，以長春為例，一年有幾個月的平均氣溫低于-10℃以下，給建筑施工帶來很多困難，同時還增加施工周期。尤其是鋼筋混凝土施工過程中，會遇到更多問題，如混凝土在低溫條件下容易凍結；鋼筋焊接條件相比其他季節更加困難等。還需注意冬季特殊氣候引起的其他各項安全隱患。

3）溫度變化對建筑結構的影響。寒地氣候一年內變化幅度較大，外界環境溫度變化對于鋼筋混凝土的影響較大，會引起材料的熱脹冷縮，從而增加鋼筋混凝土結構的安全隱患，同時施工過程中產生的裂縫，也會影響工程建設進度，并增加施工難度和周期。

1.2 木結構景觀建筑在寒地的比較優勢

木結構是中國歷代傳統的建筑體系，但由于材料單一，大量使用未加工的原木，對森林資源造成嚴重破壞。而且未加工的原材料在耐火、防腐等方面性能都較差，難以適應現代城市環境可持續發展的形勢要求。當今，木結構建筑制作工藝越來越現代化，材料更加多樣化。因此，寒地木結構景觀建筑在寒地發展有以下幾方面優勢：

1）木結構景觀建筑的氣候適應性優勢。木材是一種綠色的節能材料，由于具有大量微孔結構，其導熱系數低、熱阻值高，具有天然的隔熱、保溫性能。木結構建筑屋頂、墻體等熱阻值都遠高于混凝土建筑。在相同節能標準條件下，木結構景觀建筑可以減少許多保溫材料，從而減少墻體厚度，增加更多的可利用空間。同時木材又是一種可以回收利用、自然降解的材料。

2）木結構景觀建筑的裝配化優勢。木結構景觀建筑的形式多樣，可以采用裝配式技術搭建完成，其承重構件、木組件等在工廠預制完成后，運輸至施工地點，進行現場組裝，規模較大的木結構景觀建筑可采用吊裝拼接完成。裝配化建造可以縮短施工周期、并降低對環境的污染，從而減少冬季施工帶來的各種問題。

3）木結構景觀建筑的結構“韌性”優勢。木結構建筑構件之間采用“柔性”連接，使建筑結構在承受較大荷載的同時，允許通過形變來吸收地震產生的能量，“對于瞬間沖擊載荷和周期性疲勞破壞，有較強的抵抗能力”[1]，因此具有良好的抗震性能。而且木材對熱脹冷縮系數變化或應力有一定適應性，可以減少寒地由于溫度變化對建筑產生的影響。

4）木結構景觀建筑與環境融合的優勢。木材源于自然，能表現建筑與自然的和諧關系。而其他材料形式的建筑在這方面有許多不足，“現代建筑簡潔理性的結構形式與鋼筋、混凝土、玻璃材質的人造意味很難讓人們將其與自然環境聯系到一起”[2]。木材的自然肌理特征，能表現出優雅的品質，并給人們帶來溫暖感和親切感 。這種特征使景觀建筑能夠與自然密切融合，尤其是在寒冷的環境當中。

2 國外寒地木結構景觀建筑的啟迪

木結構景觀建筑在國外寒冷地區應用廣泛，尤其是在加拿大、日本等國家。加拿大大部分城市的氣候特征與我國寒冷地區相似。加拿大木業在加拿大處于材料市場主導地位，木材被廣泛應用于建造公共建筑、住宅小區、商業建筑等。木結構建筑的制造工藝、安裝技術、材料應用都已經非常成熟。因此，加拿大木結構景觀建筑對我國寒冷地區發展景觀建筑具有借鑒意義。針對長時間低溫條件對建筑的影響，加拿大主要有以下幾個方面經驗：

1）注重發展節能技術。加拿大木結構節能技術非常先進，如節能木墻技術、木框架雙層隔熱門窗等。節能木墻體系在墻體龍骨空間內填充保溫材料,因此保溫、隔熱等效果好且成本低。同時，預制節能木墻作為非承重內外圍護構件，廣泛應用到混凝土及鋼結構高層建筑中，從而提升其保溫及節能效果。研究顯示：節能木墻隔熱率達到90%，而熱橋損失僅為10%。節能木墻能夠適應所有氣候條件，而且生產市場供給完善，構件及配件的標準化、專業化、商業化程度非常高。高效能門窗除了能保證采光要求，還大大增加保溫隔熱等性能。

2）注重裝配式建造技術。加拿大擁有豐富的木結構裝配化技術。木結構建筑的墻體、屋頂、樓板等構件都采用工廠預制后裝配施工。木材易于鋸切和鉆孔，通過金屬緊固件或榫卯結構進行固定。同時木材自重輕，因此運輸成本低，易于維護、改造。

3）注重對木材性能的研發。加拿大為提高木結構建筑的各項指標，其研究人員不斷進行抗震、防火、防潮等方面的試驗。如2012年加拿大對正交膠合木（Cross Laminated Timber,CLT）內墻、樓板等構件分別進行了抗火試驗研究。通過試驗發現，經過特別設計的CLT墻體和樓板能達到3小時以上的阻燃效果，遠高于加拿大本國防火安全法規中對結構用材耐火極限的規定。

3 寒地木結構景觀建筑設計原則

1）采用標準化構件。我國寒地發展木結構景觀建筑，應結合當地的氣候特點，借鑒加拿大寒冷地區的發展經驗，盡量采用標準化構件，如節能木墻、高效能門窗等。使景觀建筑設計達到低能耗標準，提高室內保溫性能，并且便于工廠預制、縮短工期、減少材料消耗、提高建造精度等。

2）明確木建筑結構體系。由于木結構景觀建筑墻體主要是非承重結構，不受結構受力特征限制，因此木隔墻布局靈活，可以滿足對空間的不同需求。并且在抗震方面，體現了“韌性”特征，類似我傳統木結構建筑中“墻倒屋不塌”的特點。在寒地木結構景觀建筑設計中，應注重承重結構體系和非承重結構體系的關系，以及區分承重結構和圍欄結構。

3）空間功能單元化。建筑歷史上有很多模塊單元類型建筑，如日本的艙體大樓、加拿大的空間綜合體住宅Habitat67等，由于很多原因，這樣類型的建筑難以推廣。而木結構建筑自重輕，運行成本低、材料綠色環保，因此相比其他混凝土建筑，這種模塊化更容易實現。通過預制成單元后，現場組裝，為單元式空間裝配化施工提供了有利條件。由于這些單元在工廠預制，其保溫、抗震、耐火等性能比現場施工更加精準，整體建筑安全性更高。

4）突出木結構建筑的形態特色。由于木材本身易于切割、掛釘，以及便于和金屬構件結合。因此，木結構景觀建筑外立面可以根據不同的地域文化、不同建筑風格，通過與多種其他材料相結合，使木結構建筑外形更加豐富多彩。筆者通過嘗試，以不同材料和木結構建筑外立面進行結合。如圖所示，建筑外立面采用了木質掛板，使整個建筑有一種森林感，而且刷漆后可以增加木材的自然紋理；采用聚乙烯基塑料掛板，整個建筑會體現出一種現代簡約的風格；采用水泥纖維板，可以使建筑體現出田園質樸的美觀；使用石料砌面或磚貼面與木結構建筑外立面進行結合，使建筑體現出一種古典優雅的氣息;結合合成灰泥或硅酸鹽水泥灰泥的木結構建筑，可以體現建筑堅實厚重，并且外墻可以任意更改顏色。

4 結語

在建筑行業與建筑技術飛速發展的今天，特別是寒地建筑預實現節能環保、安全可靠、高效快捷等方面的目標，木結構建筑是重要的發展方向，而景觀建筑是木結構的重要類型。通過寒地景觀建筑中率先采用木結構體系，取得相關實踐經驗后，進一步推動木結構在其他類型建筑的發展，并最終推動我國木結構建筑產業發展。