現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑屋頂?shù)目臻g表現(xiàn)初探

徐 強(qiáng) ，高 靜 （吉林建筑大學(xué)，吉林 長春 130118）

目前在建筑行業(yè)中，綠色、環(huán)保、節(jié)能已成為人們關(guān)注的主流趨勢。越來越多的綠色節(jié)能建筑開始在各大城市中林立。而現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)這一典型的低碳環(huán)保型建材，在中國才剛剛興起，無論是構(gòu)造形式、建造技術(shù)還是體系規(guī)模，與國外完備的工業(yè)化體系相比都還有很大差距。因此，對現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的發(fā)展還要做更深刻的研究。

1 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑屋頂空間表現(xiàn)概述

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)相對于古代木結(jié)構(gòu)而言，從材料和建造技術(shù)上有了更先進(jìn)的做法，是將各種原木、鋸木等經(jīng)過加工處理成人造板材，并以木質(zhì)構(gòu)件或鋼構(gòu)件為連接材料建造的房屋。這些經(jīng)過處理的板材，結(jié)構(gòu)性能以及防腐、防火性能都遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)天然原木[1]。

從目前國內(nèi)木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展來看，大部分建筑形式單一、呆板，模仿國外風(fēng)格樣式的較多，結(jié)構(gòu)大多采用梁柱、框架、桁架形式。大型建筑中比如體育館、機(jī)場中沒有使用現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)的優(yōu)秀案例。而對比國外眾多優(yōu)秀的木結(jié)構(gòu)建筑，尤其是大跨度建筑，屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式和空間表現(xiàn)力成為凸顯建筑整體美感的關(guān)鍵因素。

2 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑屋頂空間表現(xiàn)影響因素

2.1 功能因素

傳統(tǒng)建筑屋頂?shù)墓δ苄问奖容^單一，只用于遮風(fēng)擋雨以及承重等基本需求。隨著技術(shù)發(fā)展和人們需求的提高，屋頂空間功能由單一向多元化轉(zhuǎn)變，不同的功能形成不同的屋頂空間形態(tài)。尤其是有特殊功能或者是大尺度空間中，屋頂?shù)目臻g表現(xiàn)形式更為具體。例如教堂建筑中，常通過超高的尺度、直指蒼穹的形態(tài)來體現(xiàn)宗教建筑的神圣與曠達(dá)。在體育館、游泳館等大型建筑中，大面積連續(xù)的運(yùn)動場地造就了大跨度屋頂空間的需求，因此對木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式和建造技術(shù)有更高的要求。拱結(jié)構(gòu)、懸索、薄殼等結(jié)構(gòu)技術(shù)備受大尺度屋頂空間的青睞，也成為形態(tài)表達(dá)的中堅(jiān)力量，形成豐富的、極富動感的屋頂空間形態(tài)。

2.2 環(huán)境因素

建筑屋頂?shù)幕竟δ芫褪钦陲L(fēng)避雨，使人們免受外部多變的氣候。我國地域南北緯度跨度較大，因此南北方氣候差距較大。北方地區(qū)干旱少雨且冬季寒冷，對屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)主要以保溫隔熱和承受風(fēng)雪荷載為主，屋頂坡度小且出檐較短。因此建造一般厚實(shí)沉重，采用厚重的原木、方木來建造的方式居多。南方地區(qū)溫和多雨且夏季漫長，屋頂設(shè)計(jì)主要考慮通風(fēng)遮陽、防濺雨水和加速排水等因素，因此屋頂以大坡頂和深遠(yuǎn)出檐居多。

2.3 地域文化因素

建筑是一定歷史時期一個民族文化傳統(tǒng)的產(chǎn)物以及精神文明和物質(zhì)文明的重要標(biāo)志[2]。不同的社會環(huán)境以及宗教、習(xí)俗、制度等文化差異必然會對屋頂?shù)目臻g形式產(chǎn)生影響。我國居住形式自古代巢居、穴居到后來發(fā)展到地面上，始終沒有停止對木結(jié)構(gòu)屋頂?shù)奶剿鳎?jīng)過幾千年的封建等級制度及宗法制度，發(fā)展形成了中國獨(dú)特的屋頂形制[3]。與中國制度相似的英國也是以師徒傳授的形式傳承木結(jié)構(gòu)。但后來這種技術(shù)被傳到美洲后，沒有了封建行會制度的木結(jié)構(gòu)成為不受限制的行業(yè)，才使新的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)逐漸興旺發(fā)達(dá)起來。

2.4 技術(shù)因素

在木結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程中，技術(shù)因素起著至關(guān)重要的作用。木結(jié)構(gòu)在我國上世紀(jì)出現(xiàn)斷代并始終沒有發(fā)展起來，究其原因是技術(shù)的停滯不前。人們對木構(gòu)建筑的認(rèn)識也始終停留在木構(gòu)房屋易著火、易受潮生蟲這些老舊的思想上。但現(xiàn)在這些缺陷在國外早已被解決，加工處理后的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)不僅在強(qiáng)度和剛度上有更強(qiáng)的抗彎和抗扭性能，而且其燃燒后在表面形成的碳層能夠保護(hù)內(nèi)部木材不再燃燒。

西方的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑已發(fā)展成為具有高技術(shù)含量的系統(tǒng)和完善的建筑體系。而我國目前高精尖的木結(jié)構(gòu)技術(shù)還遠(yuǎn)不成熟，高層、大跨度等復(fù)雜的木結(jié)構(gòu)建筑技術(shù)還遠(yuǎn)落后于國際水平，所有大型木構(gòu)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)技術(shù)均來自國外的專業(yè)團(tuán)隊(duì)。同時我國木結(jié)構(gòu)建筑體系仍不完善，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范仍明顯落后于實(shí)際需要。但目前中國也開始加緊建設(shè)自己的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)體系，以追趕國際水平的步伐。

3 現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑屋頂空間表現(xiàn)形式

3.1 木材的材料特性表現(xiàn)

屋頂空間的形成，首先依賴于生成空間的界面材質(zhì)[4]。而木材最顯著的特點(diǎn)，就是材料本身的自然屬性，其獨(dú)特的溫暖色彩、或粗糙或精細(xì)的質(zhì)感與肌理，也為建構(gòu)表現(xiàn)提供了深厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。未加工的固有色木材是給人以溫暖感的暖黃色，因此在設(shè)計(jì)中采用本色的木結(jié)構(gòu)，會為整體空間營造一種親切溫和之感。而通過加工的木材被賦予了各種顏色，同種材料不同色彩給材料的表現(xiàn)帶來不同的影響，所營造的空間感受也就不盡相同。

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)屋頂選用木材為體現(xiàn)結(jié)構(gòu)之用，質(zhì)感與肌理往往密不可分。木材天然狀態(tài)下呈現(xiàn)的直紋、橫紋還是加工后形成的特殊紋理，都為材料表現(xiàn)力的挖掘提供了巨大潛力和無窮魅力。比如為了呈現(xiàn)自然原始的空間感受，往往采用表面粗糙且自然紋理外露的原木柱來營造一種原生態(tài)的粗獷感。而大跨度屋頂建造中，結(jié)構(gòu)用木材多為工程木制品，經(jīng)加工處理后的木材表面較為細(xì)膩、光滑且紋理工業(yè)化，因此空間會營造出工整細(xì)致、親切柔和的氛圍。

3.2 節(jié)點(diǎn)的建構(gòu)表現(xiàn)

現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)屋頂設(shè)計(jì)的一個重要環(huán)節(jié)就是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。屋頂建構(gòu)表現(xiàn)的魅力就在于各部分連接的藝術(shù)處理，這其中體現(xiàn)了建筑師的智慧和社會的技術(shù)水平。木結(jié)構(gòu)屋頂中的節(jié)點(diǎn)通常都具備結(jié)構(gòu)承重和建筑造型兩種功能。從力學(xué)角度看，節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)體系中將構(gòu)件中的力匯聚與分散的交點(diǎn)，在以合理的力學(xué)邏輯性為前提下，應(yīng)該保證節(jié)點(diǎn)能夠?qū)?gòu)件之間的力流通過簡潔高效的傳遞實(shí)現(xiàn)最終力的平衡[5]。從美學(xué)角度講，節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)形態(tài)轉(zhuǎn)折的過渡點(diǎn)，通過對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行規(guī)則性反復(fù)、突出主次、特殊造型等藝術(shù)處理手段，使屋頂?shù)墓?jié)點(diǎn)呈現(xiàn)出美學(xué)規(guī)律的藝術(shù)效果。

3.3 結(jié)構(gòu)形式塑造的空間表現(xiàn)

在現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)形式是實(shí)現(xiàn)屋頂空間表現(xiàn)的技術(shù)性因素。暴露在外的木結(jié)構(gòu)使建筑的受力狀況、構(gòu)造的邏輯關(guān)系以及整體的外觀形象都展現(xiàn)無余。因此，屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑表現(xiàn)創(chuàng)作的核心內(nèi)容。

結(jié)構(gòu)表現(xiàn)不僅是真實(shí)的反應(yīng)結(jié)構(gòu)，還要以結(jié)構(gòu)力學(xué)規(guī)律為前提，將建筑藝術(shù)性融入到精確合理的結(jié)構(gòu)中。結(jié)構(gòu)形式的選擇，要根據(jù)不同的體量、功能、環(huán)境背景等來確定，不同類型的結(jié)構(gòu)對空間形態(tài)的表達(dá)會產(chǎn)生不同的效果。比如框架、桁架等直線型的結(jié)構(gòu)會給人剛直挺拔的特點(diǎn)，而拱頂、網(wǎng)殼等曲線型結(jié)構(gòu)則給人順和柔美的特點(diǎn)。無論選擇哪種結(jié)構(gòu)形式，都要使結(jié)構(gòu)與建筑整體有機(jī)結(jié)合，充分利用結(jié)構(gòu)形式中對空間表現(xiàn)有利的一面，提高藝術(shù)表現(xiàn)力。

4 結(jié)語

從目前國內(nèi)還缺乏高精尖技術(shù)的大跨度木結(jié)構(gòu)建筑作品來看，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑屋頂?shù)脑O(shè)計(jì)與表現(xiàn)，是展現(xiàn)木結(jié)構(gòu)建筑藝術(shù)美和技術(shù)水平的關(guān)鍵所在。其中材料、節(jié)點(diǎn)、結(jié)構(gòu)形式的選擇和設(shè)計(jì)更是屋頂空間表達(dá)的重要因素。因此在進(jìn)行木結(jié)構(gòu)屋頂設(shè)計(jì)創(chuàng)作時，要更關(guān)注這些因素對木結(jié)構(gòu)建筑屋頂作為文化載體所起的作用。木結(jié)構(gòu)屋頂本就是我國傳統(tǒng)文化的精粹，在繼承與發(fā)揚(yáng)的同時，要科學(xué)合理的將現(xiàn)代與傳統(tǒng)完美結(jié)合。

[1]施煜庭.現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑在我國的應(yīng)用模式及前景的研究[D].南京林業(yè)大學(xué)，2006.

[2]廖巍,魏琪,習(xí)冉,淺談我國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展的影響因素[J].旅游縱覽,2013(3).

[3]郝春榮.從中西木結(jié)構(gòu)建筑發(fā)展看中國木結(jié)構(gòu)建筑的前景[D].清華大學(xué)，2004.

[4]袁靜.當(dāng)代公共建筑屋頂空間形態(tài)設(shè)計(jì)研究[D].大連理工大學(xué)，2013.

[5]劉康.現(xiàn)代大跨度木結(jié)構(gòu)建筑的建構(gòu)研究[D].西南交通大學(xué)，2015.