寒地木結(jié)構(gòu)景觀建筑的設(shè)計(jì)初探

孫天澤 張成龍

（1.吉林建筑大學(xué)建筑與規(guī)劃學(xué)院， 吉林 長春 130118）

0 引言

目前，我國建筑業(yè)主要采取的結(jié)構(gòu)方式是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，然而這種結(jié)構(gòu)體系不利于節(jié)約能源，而且材料損耗大，因此難以適用于當(dāng)今人居環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。而且由于寒冷地區(qū)冬季漫長，不利于鋼筋混凝土建筑的施工。木結(jié)構(gòu)建筑具有綠色節(jié)能的特點(diǎn)，同時(shí)具有工廠化預(yù)制、現(xiàn)場裝配、施工周期短、安全系數(shù)高等優(yōu)勢，因此符合我國綠色生態(tài)發(fā)展的國策。

景觀建筑具有服務(wù)和觀賞性功能，是自然與城市環(huán)境中的重要景觀要素，能夠?yàn)槿藗兲峁┦覂?nèi)外活動(dòng)場所。在發(fā)達(dá)國家木結(jié)構(gòu)景觀建筑得到廣泛應(yīng)用和推廣。尤其是日本、加拿大等國家，木結(jié)構(gòu)建筑材料及建造技術(shù)相對(duì)成熟，對(duì)我國寒地建筑業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。因此，筆者試圖總結(jié)木結(jié)構(gòu)景觀建筑的優(yōu)勢，并分析國外寒地木結(jié)構(gòu)景觀建筑的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對(duì)我國寒地發(fā)展木結(jié)構(gòu)景觀建筑進(jìn)行可行性探索。

1 寒地木結(jié)構(gòu)景觀建筑的優(yōu)勢特征

1.1 寒地建筑氣候適應(yīng)型特征

按照《民用建筑設(shè)計(jì)通則》的建筑氣候區(qū)劃，寒地分為嚴(yán)寒地區(qū)和寒冷地區(qū)。其中我國東北的絕大部分區(qū)域處于嚴(yán)寒地區(qū)。寒地建筑在氣候適應(yīng)性方面存在以下三個(gè)問題：

1）低溫條件對(duì)建筑保溫的影響。寒冷地區(qū)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(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部添加保溫層。目前，寒冷地區(qū)多采用外保溫技術(shù)。外保溫技術(shù)的節(jié)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(gòu)造設(shè)計(jì)以及建筑外觀設(shè)計(jì)等方面給予重視。

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

3）溫度變化對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響。寒地氣候一年內(nèi)變化幅度較大，外界環(huán)境溫度變化對(duì)于鋼筋混凝土的影響較大，會(huì)引起材料的熱脹冷縮，從而增加鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全隱患，同時(shí)施工過程中產(chǎn)生的裂縫，也會(huì)影響工程建設(shè)進(jìn)度，并增加施工難度和周期。

1.2 木結(jié)構(gòu)景觀建筑在寒地的比較優(yōu)勢

木結(jié)構(gòu)是中國歷代傳統(tǒng)的建筑體系，但由于材料單一，大量使用未加工的原木，對(duì)森林資源造成嚴(yán)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(yīng)現(xiàn)代城市環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的形勢要求。當(dāng)今，木結(jié)構(gòu)建筑制作工藝越來越現(xiàn)代化，材料更加多樣化。因此，寒地木結(jié)構(gòu)景觀建筑在寒地發(fā)展有以下幾方面優(yōu)勢：

1）木結(jié)構(gòu)景觀建筑的氣候適應(yīng)性優(yōu)勢。木材是一種綠色的節(jié)能材料，由于具有大量微孔結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)熱系數(shù)低、熱阻值高，具有天然的隔熱、保溫性能。木結(jié)構(gòu)建筑屋頂、墻體等熱阻值都遠(yuǎn)高于混凝土建筑。在相同節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)條件下，木結(jié)構(gòu)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(shí)木材又是一種可以回收利用、自然降解的材料。

2）木結(jié)構(gòu)景觀建筑的裝配化優(yōu)勢。木結(jié)構(gòu)景觀建筑的形式多樣，可以采用裝配式技術(shù)搭建完成，其承重構(gòu)件、木組件等在工廠預(yù)制完成后，運(yùn)輸至施工地點(diǎn)，進(jìn)行現(xiàn)場組裝，規(guī)模較大的木結(jié)構(gòu)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(duì)環(huán)境的污染，從而減少冬季施工帶來的各種問題。

3）木結(jié)構(gòu)景觀建筑的結(jié)構(gòu)“韌性”優(yōu)勢。木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件之間采用“柔性”連接，使建筑結(jié)構(gòu)在承受較大荷載的同時(shí)，允許通過形變來吸收地震產(chǎn)生的能量，“對(duì)于瞬間沖擊載荷和周期性疲勞破壞，有較強(qiáng)的抵抗能力”[1]，因此具有良好的抗震性能。而且木材對(duì)熱脹冷縮系數(shù)變化或應(yīng)力有一定適應(yīng)性，可以減少寒地由于溫度變化對(duì)建筑產(chǎn)生的影響。

4）木結(jié)構(gòu)景觀建筑與環(huán)境融合的優(yōu)勢。木材源于自然，能表現(xiàn)建筑與自然的和諧關(guān)系。而其他材料形式的建筑在這方面有許多不足，“現(xiàn)代建筑簡潔理性的結(jié)構(gòu)形式與鋼筋、混凝土、玻璃材質(zhì)的人造意味很難讓人們將其與自然環(huán)境聯(lián)系到一起”[2]。木材的自然肌理特征，能表現(xiàn)出優(yōu)雅的品質(zhì)，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(huán)境當(dāng)中。

2 國外寒地木結(jié)構(gòu)景觀建筑的啟迪

木結(jié)構(gòu)景觀建筑在國外寒冷地區(qū)應(yīng)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(qū)相似。加拿大木業(yè)在加拿大處于材料市場主導(dǎo)地位，木材被廣泛應(yīng)用于建造公共建筑、住宅小區(qū)、商業(yè)建筑等。木結(jié)構(gòu)建筑的制造工藝、安裝技術(shù)、材料應(yīng)用都已經(jīng)非常成熟。因此，加拿大木結(jié)構(gòu)景觀建筑對(duì)我國寒冷地區(qū)發(fā)展景觀建筑具有借鑒意義。針對(duì)長時(shí)間低溫條件對(duì)建筑的影響，加拿大主要有以下幾個(gè)方面經(jīng)驗(yàn)：

1）注重發(fā)展節(jié)能技術(shù)。加拿大木結(jié)構(gòu)節(jié)能技術(shù)非常先進(jìn)，如節(jié)能木墻技術(shù)、木框架雙層隔熱門窗等。節(jié)能木墻體系在墻體龍骨空間內(nèi)填充保溫材料,因此保溫、隔熱等效果好且成本低。同時(shí)，預(yù)制節(jié)能木墻作為非承重內(nèi)外圍護(hù)構(gòu)件，廣泛應(yīng)用到混凝土及鋼結(jié)構(gòu)高層建筑中，從而提升其保溫及節(jié)能效果。研究顯示：節(jié)能木墻隔熱率達(dá)到90%，而熱橋損失僅為10%。節(jié)能木墻能夠適應(yīng)所有氣候條件，而且生產(chǎn)市場供給完善，構(gòu)件及配件的標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、商業(yè)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(shù)。加拿大擁有豐富的木結(jié)構(gòu)裝配化技術(shù)。木結(jié)構(gòu)建筑的墻體、屋頂、樓板等構(gòu)件都采用工廠預(yù)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(jié)構(gòu)進(jìn)行固定。同時(shí)木材自重輕，因此運(yùn)輸成本低，易于維護(hù)、改造。

3）注重對(duì)木材性能的研發(fā)。加拿大為提高木結(jié)構(gòu)建筑的各項(xiàng)指標(biāo)，其研究人員不斷進(jìn)行抗震、防火、防潮等方面的試驗(yàn)。如2012年加拿大對(duì)正交膠合木（Cross Laminated Timber,CLT）內(nèi)墻、樓板等構(gòu)件分別進(jìn)行了抗火試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過特別設(shè)計(jì)的CLT墻體和樓板能達(dá)到3小時(shí)以上的阻燃效果，遠(yuǎn)高于加拿大本國防火安全法規(guī)中對(duì)結(jié)構(gòu)用材耐火極限的規(guī)定。

3 寒地木結(jié)構(gòu)景觀建筑設(shè)計(jì)原則

1）采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件。我國寒地發(fā)展木結(jié)構(gòu)景觀建筑，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)，借鑒加拿大寒冷地區(qū)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，如節(jié)能木墻、高效能門窗等。使景觀建筑設(shè)計(jì)達(dá)到低能耗標(biāo)準(zhǔn)，提高室內(nèi)保溫性能，并且便于工廠預(yù)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(jié)構(gòu)體系。由于木結(jié)構(gòu)景觀建筑墻體主要是非承重結(jié)構(gòu)，不受結(jié)構(gòu)受力特征限制，因此木隔墻布局靈活，可以滿足對(duì)空間的不同需求。并且在抗震方面，體現(xiàn)了“韌性”特征，類似我傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑中“墻倒屋不塌”的特點(diǎn)。在寒地木結(jié)構(gòu)景觀建筑設(shè)計(jì)中，應(yīng)注重承重結(jié)構(gòu)體系和非承重結(jié)構(gòu)體系的關(guān)系，以及區(qū)分承重結(jié)構(gòu)和圍欄結(jié)構(gòu)。

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(jié)構(gòu)建筑自重輕，運(yùn)行成本低、材料綠色環(huán)保，因此相比其他混凝土建筑，這種模塊化更容易實(shí)現(xiàn)。通過預(yù)制成單元后，現(xiàn)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(yù)制，其保溫、抗震、耐火等性能比現(xiàn)場施工更加精準(zhǔn)，整體建筑安全性更高。

4）突出木結(jié)構(gòu)建筑的形態(tài)特色。由于木材本身易于切割、掛釘，以及便于和金屬構(gòu)件結(jié)合。因此，木結(jié)構(gòu)景觀建筑外立面可以根據(jù)不同的地域文化、不同建筑風(fēng)格，通過與多種其他材料相結(jié)合，使木結(jié)構(gòu)建筑外形更加豐富多彩。筆者通過嘗試，以不同材料和木結(jié)構(gòu)建筑外立面進(jìn)行結(jié)合。如圖所示，建筑外立面采用了木質(zhì)掛板，使整個(gè)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(gè)建筑會(huì)體現(xiàn)出一種現(xiàn)代簡約的風(fēng)格；采用水泥纖維板，可以使建筑體現(xiàn)出田園質(zhì)樸的美觀；使用石料砌面或磚貼面與木結(jié)構(gòu)建筑外立面進(jìn)行結(jié)合，使建筑體現(xiàn)出一種古典優(yōu)雅的氣息;結(jié)合合成灰泥或硅酸鹽水泥灰泥的木結(jié)構(gòu)建筑，可以體現(xiàn)建筑堅(jiān)實(shí)厚重，并且外墻可以任意更改顏色。

4 結(jié)語

在建筑行業(yè)與建筑技術(shù)飛速發(fā)展的今天，特別是寒地建筑預(yù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、安全可靠、高效快捷等方面的目標(biāo)，木結(jié)構(gòu)建筑是重要的發(fā)展方向，而景觀建筑是木結(jié)構(gòu)的重要類型。通過寒地景觀建筑中率先采用木結(jié)構(gòu)體系，取得相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)后，進(jìn)一步推動(dòng)木結(jié)構(gòu)在其他類型建筑的發(fā)展，并最終推動(dòng)我國木結(jié)構(gòu)建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展。