木結構的藝術
——常州市武進區淹城初級中學體育館設計

藍健 杜東風 LAN Jian,DU Dongfeng

南京市建筑設計研究院有限責任公司

業主：常州市武進區淹城初級中學

建設地點：江蘇省常州市

建筑設計：南京市建筑設計研究院有限責任公司

聯合設計：南京工業大學建筑設計研究院

項目負責人：藍健

設計團隊：藍健、孫艷、杜東風

總建筑面積：3 899.10m2

設計時間：2018

建成時間：2020

攝影：姚力

常州市武進區淹城初級中學體育館由南京市建筑設計研究院有限責任公司與南京工業大學建筑設計研究院共同合作完成，項目地塊位于常州市武進區虹西路以北、西園路以東、淹城初級中學內西側用地，緊鄰學校體育場。項目總建筑面積3 899.10m2，高度約18.10m，為單層大跨木結構與鋼筋混凝土框架結構組合體系，體育館建筑等級丙類。項目的木結構部分采用預制裝配式建造技術，通過BIM技術實現精細化加工和安裝。木結構裝配部分的預制裝配率達90%以上，裝配建筑面積2 842m2，跨度30.55m，是國內目前建成的跨度最大的木結構體育館。該體育館的建成將填補常州市武進區淹城初級中學體育教學空間的空白。

1 設計概念

常州市武進區淹城初級中學體育館為木結構建筑示范項目，木材的可再生性使其成為重要的綠色、低碳、環保型建筑材料。隨著木結構建造技術的提高，其應用越來越廣泛。現代裝配式木結構通過預制膠合木承重構件、預制鋼制連接件的應用，實現了標準化設計、工廠化制作、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應用等目標。

木結構是中國傳統建筑文化的重要載體，設計團隊希望通過對傳統文化的研究與結構材料美學的設計，將建筑、結構和材料完美結合，從而實現以木結構為新材料、新技術的示范目標。

6.利用多種德育載體，拓寬德育教育渠道。一是加強德育網站建設，創建和豐富學校德育網站，利用網站對學生進行德育教育和網絡道德教育。二是樹立榜樣和典型，發揮模范作用。三是加強社團建設，豐富學生校園文化生活，拓寬德育教育渠道。

常州市武進區淹城初級中學位于淹城遺址公園北側，因“春秋淹城”而得名。淹城古稱“奄”國，據考古確認建于春秋晚期，距今有2 500余年的歷史。遺址為春秋時期所筑，是國內保存最完整、形制最獨特的春秋地面城池遺址。春秋時期的建筑為臺榭，臺榭的基本特點是以階梯形土臺為核心，逐層架立木構房屋，最終形成高臺式土木混合結構的龐大建筑物。當時發明的磚瓦等建筑材料與斗拱等結構形式奠定了中國古典建筑的基礎，形成了傳承數千年的獨特建筑形式。

基于上述思考，我們在體育館造型中汲取了春秋時期臺榭建筑的土臺、木構、屋頂三段式造型元素：基座采用外掛豎向灰色鋁板，密拼窄縫形成厚重感；中部為十根支撐屋面的巨型拼接木柱，通過與基座的虛實關系，強化了屋面的懸浮感；屋頂采用現代簡約的平屋面，檐口層層出挑，似斗拱的倒錐形，古典形制與現代構造相結合，形成新的木結構審美。

2 結構體系

體育館功能包含比賽館、訓練館以及配套輔助用房，而按照《建筑設計防火規范》第11.0.4條規定，木結構體育館應為單層木結構建筑。由于場地狹小，配套功能用房采用單層布局難以滿足使用要求。因此，為符合規范要求，本項目將單層大跨木結構與鋼筋混凝土框架結構結合，主場館為單層大跨木結構體系，輔房為鋼筋混凝土框架結構體系，木結構與鋼筋混凝土結構之間完全脫開并采用防火分隔，滿足《建筑設計防火規范》第11.0.12條規范要求。

體育館中比賽館尺寸為35m×31.2m，訓練館尺寸為31.2m×15.2m。比賽館、訓練館以及主入口門廳的結構形式為大跨裝配式木結構，木結構東西向為一跨，柱跨30.55m，南北向為五跨，柱跨13.9m。裝配式木結構范圍尺寸為57m×31.2m，檐口懸挑6.1m。

木結構設計采用預制構件裝配式技術，裝配式木結構采用木柱與木桁架組成的主體結構，十根異形拼接格構柱支撐上部屋蓋，屋蓋采用主次木桁架形式，基礎類型為獨立基礎。木柱為異形拼接格構柱，由四根400mm×400mm木柱組合而成，中部設置100mm×100mm鋼管作為連接核心。格構柱底部采用裝配式螺栓節點，與基礎半剛性連接。在主體結構中，四根格構柱與若干150mm×400mm的木梁疊合，形成由現代斗拱組合而成的木結構豎向承重體系，這種體系沿用了傳統木結構的特征，將傳統建筑藝術融入了現代柱梁結構體系中，受力合理，為國內首創。

1 總平面圖

2 平面圖

3 夜景鳥瞰

4 體育館側立面

5 斗拱與柱節點

6 柱與桁架交接節點

7 木桁架交接節點

8 體育館主入口

9 桁架與斗拱構件組合

10 檐口轉角

11 室內屋頂細節

12 室內空間

五榀雙拼大跨膠合木桁架與縱向木桁架組合形成屋面主體結構，桁架之間通過設置木檁條提高屋面結構的整體性。樓蓋頂棚采用雙向木龍骨格柵作為承重構件，格柵頂板為膠合木板（OSB）、底部為水泥壓力板，中部空腔填充A級燃燒性能的保溫巖棉。頂部采用木桁架結構找坡，減輕找坡層的自重，木桁架上平鋪膠合木板、防水層和鋁板飾面層，并以此作為屋面。

體育館裝配式木結構部分未做吊頂，通過暴露結構的方式進一步表現結構與材料的美學特征，降低木結構的裝修成本，從而讓木結構建筑的綜合建造成本與現澆鋼筋混凝土結構建筑的建造成本基本相當。

3 防火設計

在單體設計中，由于采用單層大跨木結構與鋼筋混凝土結構組合建造的方式，木結構與鋼筋混凝土結構之間需要采用防火分隔，根據《建筑設計防火規范》第11.0.12條規定，可以分別執行《建筑設計防火規范》對木結構建筑和其他結構建筑的規定。本工程木結構部分設置了自動掃描射水高空水炮滅火系統，根據《建筑設計防火規范》表11.0.3-2規定，每層防火分區最大建筑面積為1 800m2。因此根據木結構與鋼筋混凝土結構的類型設置了兩個防火分區：一為木結構部分，面積為1 578m2；二為鋼筋混凝土結構部分，面積為956m2，分別滿足規范要求。

本體育館為教學建筑，根據《建筑設計防火規范》第11.0.7.3條規定，木結構部分按照教學建筑類型控制室內疏散距離，保證房間內任意一點至最近疏散門的疏散距離不超過12m。

根據《建筑設計防火規范》和《木結構設計標準》，膠合木構件的耐火極限為1h，從結構美學與材料美學的角度出發，在本項目中不考慮在木結構材料上刷防火漆，而采用木結構自身的耐火極限進行防火設計。

4 BIM技術應用

本項目在設計過程中采用全專業（建筑專業、結構專業、設備專業）、全過程（方案設計、初步設計、施工圖設計）的BIM設計，并且利用BIM技術進行綠色仿真模擬計算。裝配式建筑的核心是“集成”，而BIM技術是“集成”的重要手段，能夠串聯起設計、生產、施工和管理的全過程，服務于裝配式建筑的全生命周期。

通過BIM技術進行木結構構件的可視化設計，實現預制構件模型的實時瀏覽與更新，滿足工業化建筑設計標準化、構件部品生產工廠化、施工安裝裝配化、生產經營信息化以及建筑項目生產集成化等裝配式要求。

本項目木結構的設計過程，創建了標準的BIM預制構件庫，既能滿足設計的標準化，又能滿足工廠的規模化、自動化加工以及現場的高效組裝要求。在完成三維深化設計模型后，快速生成構件的平、立面圖紙，并對模型任意剖切，準確生成剖面圖紙，避免了傳統CAD工作模式所帶來的錯、漏、碰、缺等問題。利用BIM技術的三維可視化、一體化協同平臺，實現多專業、多環節的信息共享，使建筑、結構、機電、裝修設計一體化。此外，基于BIM模型的預制裝配式構件計算機輔助加工（CAM）技術以及構件生產管理系統，將BIM信息直接導入工廠中央控制系統與加工設備對接，設計信息與加工信息共享，實現設計、加工一體化。施工現場通過BIM模擬安裝，準確顯示構件的位置和搭接順序，確保施工安裝順利完成，實現施工安裝裝配化。

5 結語

在中國建筑師心中，木結構具有獨特的地位和情結，因此常常被賦予傳承的使命。但是和傳統的建構體系不同，現代木結構會面對各種結構計算難點和方方面面的規范、規定限制。如何通過現代技術將結構計算與形式美學完美統一，是現代木結構所面臨的重要課題。對常州市武進區淹城初級中學體育館設計的反思或許能夠帶我們回歸建構的基本問題。