工業化竹材廊屋設計探析
——以梅口埠廊橋為例

皇甫子玥 （南京大學建筑與規劃學院，江蘇 南京 210000）

1 工業化竹材與體系化建筑

1.1 工業化竹材特性與類型

工業化竹材是將原竹分解為不同細小單元之后，再經過一系列膠合壓制工藝經改性強化成型的竹質新材料，這種先分解后合成[1]的方式，有效克服了原竹較快老化、難以達到結構性材料斷面、建造持久性的材料學問題，大大擴寬了竹材的應用范圍。工業化竹材根據構成單元和加工工藝的不同，可將其分為竹集成材、竹重組材、竹篾層積材[2]，其中，竹重組材的室外耐久性最好，集成材次之。同時，作為建筑用材從受力角度可分為結構材和非結構材，作為非結構材可應用于許多大型公共建筑場所的圍護材料、室內外裝飾材料、竹墻板地板甚至家具，作為結構材也可以構建起整個建筑系統，建造屋架、樓板等承重鋼構件。

1.2 工業化竹材體系化發展現狀

在探索高度和跨度的發展過程中，工業化竹材一方面逐漸呈現從材料、構造到結構上的技術復合趨勢，竹與木、竹與鋼、竹與混凝土等不同材料優勢互補；另一方面則呈現體系化、預制裝配化。雖然中國竹建筑行業具有顯著的資源優勢和市場前景，但是由于相關建造系統、結構體系、建筑技術和理論研究尚處于探索和實驗階段，還沒有建立一套完整的工程類標準和行業規范，大部分都是參照工業化木材應用標準來操作[3]，要將其發展為結構材料以達到真正現代工業竹裝配式建筑，實現建造持久性和規模化應用仍任重道遠。當下面對日漸增多的公路橋改建為步行橋需求，例如，中里廊橋[4]、石門廊橋的現代化改造，通過“廊屋設計”嫁接工業化竹材與建筑應用的橋梁，是實現工業化竹材創新發展的契機。

2 梅口埠廊橋設計背景

2.1 橋體基本概況

梅口埠橋橫臥于福建南平松溪縣梅口村古埠頭，是一座建設于90年代的普通車行公路橋梁，全長195.4m，橋面凈寬3.9m、總寬4.9m，整體為連續簡支梁結構，采用預制T字梁方式建造，共有8個橋墩，每個橋墩之間的跨度為20m，無廊屋（圖1）。隨著周邊村鎮的建設和其他道路的發展，此橋的交通運輸功能逐漸弱化且略顯荒涼，而近年來梅口古埠4A級旅游綜合景區的建設，給這座橋的未來帶來了轉機，開發者提出要在現有跨河橋體結構上增設廊屋，將其改造為一座兼顧景觀和實用意義的步行廊橋，使之不僅能成為梅口古埠景區的一個重要景觀節點，更能成為當地居民休閑、娛樂和社交的公共活動場所。

圖1 松溪梅口埠橋場地實景圖

2.2 廊橋設計需求

梅口埠橋在功能上將由公路橋改變為步行橋，現有的橋體結構狀況良好，基本可以保持不變，只是原公路橋設計資料無可查詢，出于安全考慮，對橋體結構的干擾和增加的荷載應盡可能減少。如果使用木材營建傳統木結構廊屋，其荷載過大容易危及橋體結構安全。如果采用輕質高強、結構自重輕的工業化竹材作為橋面以上廊屋的主要材料，并通過竹裝配結構和局部鋼結構加固支撐來展開廊屋設計，那么將極大降低新增廊屋重量。另外，松溪當地有豐富的竹林資源，就地取材也可極大節省成本，工業化竹材在當地的運用能起到深刻的生態示范意義。

在實用需求上，梅口埠河流上游不遠處有另一座跨河公路橋可滿足大部分車輛通行，梅口埠橋對車輛通行需求不高，在橋面建造滿鋪廊屋更需考慮適宜人體的高度。所以，對通行車輛類型和高度做了相應限定，只允許小型農用車、摩托車通行，限高為3.3m，凈寬保持原來的3.9m，橋頭和橋面兩側分別增加休憩空間。

在景觀需求上，廊橋的整體形象在與周邊的自然環境協調的同時，也要突出自身的廊橋建筑特征，橋頭建筑也是梅口埠廊橋形象的重要展示面，連系著橋面和橋下空間，是人們最容易匯集的場所。

3 廊屋基本模數與標準屋架

在設計之初，根據工業竹材料特性選定一套基本模數，是實現建筑構配件、組合件能夠預制、互換、拓展以達工業化生產和裝配式安裝的基礎，廊屋設計基礎主要包括確定工業竹用材模數、斷面選用以及廊屋平面模數、梁架尺寸的確定，從而構建出一榀標準屋架，并由標準屋架拓展出多種屋架變體，最終形成一個互相關聯的整體。

3.1 用材模數和斷面形式

工業竹桿件長度一般限制在7m，斷面尺寸模數化[5]，每榀廊屋梁架均為標準組件，才能利于構件加工和安裝。廊屋設計根據需求選用了5種由大到小的工業竹斷面尺寸60mm×180mm、60mm×120mm、60mm×60mm、80mm×80mm、40mm×40mm，其中：在垂直方向上使用60mm×120mm作為主柱、80mm×80mm截面組合四柱，水平方向上以60mm×180mm作為主梁、60mm×120mm作為縱向連系梁和檁條尺寸，40mm×40mm為扶手欄桿等次級結構。采用組合柱梁系統[6]，將大尺寸的單柱單梁分解成小尺寸的雙柱、四柱組合，以達成相同的結構強度（圖2），類似于“一根筷子易折斷，一捆筷子抱成團”的方式，將水平桿件構件夾于內側，這種方式較之于單梁單柱系統,一是用材小且密度高、節約材料；二是提高結構整體剛度的同時，減輕結構自重；三是利于結構用料斷面的小型化，易于拼接，方便生產、運輸。

圖2 組合柱梁斷面可能性、節點原型和組合變體

3.2 標準屋架和變體屋架

單元模塊工業竹桿件斷面尺寸和組合柱梁系統作為基礎，繼而需要統一定義廊屋屋架和橋體原始坐標系，再通過平面模數和梁架尺寸的確定來建立標準屋架。原始坐標系包括X、Y、Z三個方向，開間（面闊）發展方向即橋的長向定義為X方向，步架（進深）發展方向即橋的橫向定義為Y方向，標準屋架即是在Y方向軸線上，垂直于X方向由立柱、縱橫向桿件組成的一榀梁架。

標準屋架的基本模數是根據現有橋體尺寸推導敲定的，現有橋體的平面參數一定程度上決定了廊屋梁架X、Y、Z三個方向的尺寸，廊屋的坡度大致采用福建當地居民屋頂坡度和木拱廊橋23°的坡度，X方向由橋墩間距決定，Y方向由橋面寬度決定。

①標準屋架的設計依據是現存的Y方向橋體尺寸，原橋面寬3.9m，兩側有0.5m的凸起懸挑，在既有條件上將3.9m的橋面作為中間主要步行區，主體屋架在兩側落地為主柱，劃分為0.975m的四步架，同時借助橋體原有0.5m的凸起，結合局部鋼結構，兩側各懸挑出0.8m寬的休息觀望區、局部設置座椅(圖 3)。

②X方向是廊屋整體形態的重要展示面，以8個橋墩點擱置高起的廊屋，呼應橋體本身的結構韻律，根據每20m跨度的橋墩，將橋頭橋尾之間的廊屋劃分為9段，各段開間數均為3個，每開間尺寸在3.55m左右。

③Z方向廊屋的高度會引起橋體重心的變化，重心變化進而導致整體力學性質的變化，屋架高度的控制尤為重要，主梁到橋面限高3.3m，也利于廊橋在寬度、高度上尋求合理的人體尺度感和比例關系，高度的發展能演化出B-2“重檐”屋架（圖3），在視覺上看似多層。

圖3 標準屋架A和組合屋架B-1、B-2

變體屋架B的出現是為了打破194.5m橋體全用Y軸線方向屋架冗長單調的形態，通過X軸線方向屋架的置入來實現形態的節奏變化，在諸多傳統廊橋中都有這種運用，例如，重慶黔江的濯水風雨廊橋。如此以來，必然要面臨X方向、Y方向兩種屋架的交接問題，實現屋架連系梁、檁條、檐口順利搭接，這必須由某個共同參數控制，并統一著X方向屋架、Y方向屋架，乃至整個結構單元體，即A屋架與B-1、B-2屋架必須具有相同的基本模數，同時屋頂坡度相同，基于A或B等多種模數的單榀工業竹結構屋架的建立，使得屋架具備了空間上的可拓展能力。

4 結構單元體與類型組合

4.1 結構單元體及變化

相鄰兩榀梁架通過自身的剛度和縱橫拉結桿件形成一個穩定的整體框架體，這樣一個框架體為一個結構單元[7]。結構單元基本都是對稱均衡，因為橋面增加建筑物懸挑可能會引起橋梁整體扭矩的變化，需整體考慮，但對稱扭矩基本不影響。廊屋形態與橋面形態是一個互動的過程，X方向上的兩榀基本屋架再加上縱向連系梁控制X方向的復制拓展，通過調整X方向開間和Y方向步架的參數值和數目實現變體（圖4），追求廊架空間的發展。

圖4 結構單元體

4.2 造型韻律-類型與組合

廊屋由X、Y、Z三個方向多種不同屋架組合成的單元體組合成一個有機體，整體形態有斷有連，一是滿足結構的安全性，倘若整個廊屋全以連貫排架的方式布局，一旦遭受強大的風側推力便會輕易使屋架整體傾倒；二是豐富廊屋形態，借助上部廊屋變化來限定下部休息場地，溶解并軟化原先僵直生硬的形態，增加視覺效果，調動豐富多樣的人群行為活動；三是竹材是結構材，也是裝飾材，能夠既滿足建筑外觀又滿足結構支撐，有效避免了二次裝飾且清晰體現結構邏輯[8]。另外，橋頭建筑也是梅口埠廊橋形象的重要展示面，聯動地面和橋面，通過屋架組合能拓展出不同造型和韻律（圖5）。

圖5 廊橋形態變化

5 總結

傳統的木拱廊橋使用杉木構成其框架結構體，以工業化竹材這種半自然材料，探索廊屋模數應用、體系化設計，在開放的河流樹木等自然要素下，延續并保有了材料自身特質與周圍環境的“共時性”，使得廊屋形態與橋體結構形成有機和諧的關系，也能體現建構之美。