木結(jié)構(gòu)的藝術(shù)
——常州市武進(jìn)區(qū)淹城初級中學(xué)體育館設(shè)計(jì)

藍(lán)健 杜東風(fēng) LAN Jian,DU Dongfeng

南京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司

業(yè)主：常州市武進(jìn)區(qū)淹城初級中學(xué)

建設(shè)地點(diǎn)：江蘇省常州市

建筑設(shè)計(jì)：南京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司

聯(lián)合設(shè)計(jì)：南京工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：藍(lán)健

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)：藍(lán)健、孫艷、杜東風(fēng)

總建筑面積：3 899.10m2

設(shè)計(jì)時(shí)間：2018

建成時(shí)間：2020

攝影：姚力

常州市武進(jìn)區(qū)淹城初級中學(xué)體育館由南京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司與南京工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院共同合作完成，項(xiàng)目地塊位于常州市武進(jìn)區(qū)虹西路以北、西園路以東、淹城初級中學(xué)內(nèi)西側(cè)用地，緊鄰學(xué)校體育場。項(xiàng)目總建筑面積3 899.10m2，高度約18.10m，為單層大跨木結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)組合體系，體育館建筑等級丙類。項(xiàng)目的木結(jié)構(gòu)部分采用預(yù)制裝配式建造技術(shù)，通過BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化加工和安裝。木結(jié)構(gòu)裝配部分的預(yù)制裝配率達(dá)90%以上，裝配建筑面積2 842m2，跨度30.55m，是國內(nèi)目前建成的跨度最大的木結(jié)構(gòu)體育館。該體育館的建成將填補(bǔ)常州市武進(jìn)區(qū)淹城初級中學(xué)體育教學(xué)空間的空白。

1 設(shè)計(jì)概念

常州市武進(jìn)區(qū)淹城初級中學(xué)體育館為木結(jié)構(gòu)建筑示范項(xiàng)目，木材的可再生性使其成為重要的綠色、低碳、環(huán)保型建筑材料。隨著木結(jié)構(gòu)建造技術(shù)的提高，其應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)代裝配式木結(jié)構(gòu)通過預(yù)制膠合木承重構(gòu)件、預(yù)制鋼制連接件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化制作、裝配化施工、一體化裝修、信息化管理、智能化應(yīng)用等目標(biāo)。

木結(jié)構(gòu)是中國傳統(tǒng)建筑文化的重要載體，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)希望通過對傳統(tǒng)文化的研究與結(jié)構(gòu)材料美學(xué)的設(shè)計(jì)，將建筑、結(jié)構(gòu)和材料完美結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)以木結(jié)構(gòu)為新材料、新技術(shù)的示范目標(biāo)。

6.利用多種德育載體，拓寬德育教育渠道。一是加強(qiáng)德育網(wǎng)站建設(shè)，創(chuàng)建和豐富學(xué)校德育網(wǎng)站，利用網(wǎng)站對學(xué)生進(jìn)行德育教育和網(wǎng)絡(luò)道德教育。二是樹立榜樣和典型，發(fā)揮模范作用。三是加強(qiáng)社團(tuán)建設(shè)，豐富學(xué)生校園文化生活，拓寬德育教育渠道。

常州市武進(jìn)區(qū)淹城初級中學(xué)位于淹城遺址公園北側(cè)，因“春秋淹城”而得名。淹城古稱“奄”國，據(jù)考古確認(rèn)建于春秋晚期，距今有2 500余年的歷史。遺址為春秋時(shí)期所筑，是國內(nèi)保存最完整、形制最獨(dú)特的春秋地面城池遺址。春秋時(shí)期的建筑為臺(tái)榭，臺(tái)榭的基本特點(diǎn)是以階梯形土臺(tái)為核心，逐層架立木構(gòu)房屋，最終形成高臺(tái)式土木混合結(jié)構(gòu)的龐大建筑物。當(dāng)時(shí)發(fā)明的磚瓦等建筑材料與斗拱等結(jié)構(gòu)形式奠定了中國古典建筑的基礎(chǔ)，形成了傳承數(shù)千年的獨(dú)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(shí)期臺(tái)榭建筑的土臺(tái)、木構(gòu)、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(shí)關(guān)系，強(qiáng)化了屋面的懸浮感；屋頂采用現(xiàn)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(xiàn)代構(gòu)造相結(jié)合，形成新的木結(jié)構(gòu)審美。

2 結(jié)構(gòu)體系

體育館功能包含比賽館、訓(xùn)練館以及配套輔助用房，而按照《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第11.0.4條規(guī)定，木結(jié)構(gòu)體育館應(yīng)為單層木結(jié)構(gòu)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(guī)范要求，本項(xiàng)目將單層大跨木結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)結(jié)合，主場館為單層大跨木結(jié)構(gòu)體系，輔房為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，木結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間完全脫開并采用防火分隔，滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第11.0.12條規(guī)范要求。

體育館中比賽館尺寸為35m×31.2m，訓(xùn)練館尺寸為31.2m×15.2m。比賽館、訓(xùn)練館以及主入口門廳的結(jié)構(gòu)形式為大跨裝配式木結(jié)構(gòu)，木結(jié)構(gòu)東西向?yàn)橐豢?，柱?0.55m，南北向?yàn)槲蹇纾?3.9m。裝配式木結(jié)構(gòu)范圍尺寸為57m×31.2m，檐口懸挑6.1m。

木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用預(yù)制構(gòu)件裝配式技術(shù)，裝配式木結(jié)構(gòu)采用木柱與木桁架組成的主體結(jié)構(gòu)，十根異形拼接格構(gòu)柱支撐上部屋蓋，屋蓋采用主次木桁架形式，基礎(chǔ)類型為獨(dú)立基礎(chǔ)。木柱為異形拼接格構(gòu)柱，由四根400mm×400mm木柱組合而成，中部設(shè)置100mm×100mm鋼管作為連接核心。格構(gòu)柱底部采用裝配式螺栓節(jié)點(diǎn)，與基礎(chǔ)半剛性連接。在主體結(jié)構(gòu)中，四根格構(gòu)柱與若干150mm×400mm的木梁疊合，形成由現(xiàn)代斗拱組合而成的木結(jié)構(gòu)豎向承重體系，這種體系沿用了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的特征，將傳統(tǒng)建筑藝術(shù)融入了現(xiàn)代柱梁結(jié)構(gòu)體系中，受力合理，為國內(nèi)首創(chuàng)。

1 總平面圖

2 平面圖

3 夜景鳥瞰

4 體育館側(cè)立面

5 斗拱與柱節(jié)點(diǎn)

6 柱與桁架交接節(jié)點(diǎn)

7 木桁架交接節(jié)點(diǎn)

8 體育館主入口

9 桁架與斗拱構(gòu)件組合

10 檐口轉(zhuǎn)角

11 室內(nèi)屋頂細(xì)節(jié)

12 室內(nèi)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(jié)構(gòu)，桁架之間通過設(shè)置木檁條提高屋面結(jié)構(gòu)的整體性。樓蓋頂棚采用雙向木龍骨格柵作為承重構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)部分未做吊頂，通過暴露結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)一步表現(xiàn)結(jié)構(gòu)與材料的美學(xué)特征，降低木結(jié)構(gòu)的裝修成本，從而讓木結(jié)構(gòu)建筑的綜合建造成本與現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑的建造成本基本相當(dāng)。

3 防火設(shè)計(jì)

在單體設(shè)計(jì)中，由于采用單層大跨木結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)組合建造的方式，木結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間需要采用防火分隔，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第11.0.12條規(guī)定，可以分別執(zhí)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》對木結(jié)構(gòu)建筑和其他結(jié)構(gòu)建筑的規(guī)定。本工程木結(jié)構(gòu)部分設(shè)置了自動(dòng)掃描射水高空水炮滅火系統(tǒng)，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》表11.0.3-2規(guī)定，每層防火分區(qū)最大建筑面積為1 800m2。因此根據(jù)木結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的類型設(shè)置了兩個(gè)防火分區(qū)：一為木結(jié)構(gòu)部分，面積為1 578m2；二為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部分，面積為956m2，分別滿足規(guī)范要求。

本體育館為教學(xué)建筑，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第11.0.7.3條規(guī)定，木結(jié)構(gòu)部分按照教學(xué)建筑類型控制室內(nèi)疏散距離，保證房間內(nèi)任意一點(diǎn)至最近疏散門的疏散距離不超過12m。

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，膠合木構(gòu)件的耐火極限為1h，從結(jié)構(gòu)美學(xué)與材料美學(xué)的角度出發(fā)，在本項(xiàng)目中不考慮在木結(jié)構(gòu)材料上刷防火漆，而采用木結(jié)構(gòu)自身的耐火極限進(jìn)行防火設(shè)計(jì)。

4 BIM技術(shù)應(yīng)用

本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中采用全專業(yè)（建筑專業(yè)、結(jié)構(gòu)專業(yè)、設(shè)備專業(yè)）、全過程（方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)）的BIM設(shè)計(jì)，并且利用BIM技術(shù)進(jìn)行綠色仿真模擬計(jì)算。裝配式建筑的核心是“集成”，而BIM技術(shù)是“集成”的重要手段，能夠串聯(lián)起設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工和管理的全過程，服務(wù)于裝配式建筑的全生命周期。

通過BIM技術(shù)進(jìn)行木結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可視化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件模型的實(shí)時(shí)瀏覽與更新，滿足工業(yè)化建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件部品生產(chǎn)工廠化、施工安裝裝配化、生產(chǎn)經(jīng)營信息化以及建筑項(xiàng)目生產(chǎn)集成化等裝配式要求。

本項(xiàng)目木結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程，創(chuàng)建了標(biāo)準(zhǔn)的BIM預(yù)制構(gòu)件庫，既能滿足設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，又能滿足工廠的規(guī)?；⒆詣?dòng)化加工以及現(xiàn)場的高效組裝要求。在完成三維深化設(shè)計(jì)模型后，快速生成構(gòu)件的平、立面圖紙，并對模型任意剖切，準(zhǔn)確生成剖面圖紙，避免了傳統(tǒng)CAD工作模式所帶來的錯(cuò)、漏、碰、缺等問題。利用BIM技術(shù)的三維可視化、一體化協(xié)同平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)、多環(huán)節(jié)的信息共享，使建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、裝修設(shè)計(jì)一體化。此外，基于BIM模型的預(yù)制裝配式構(gòu)件計(jì)算機(jī)輔助加工（CAM）技術(shù)以及構(gòu)件生產(chǎn)管理系統(tǒng)，將BIM信息直接導(dǎo)入工廠中央控制系統(tǒng)與加工設(shè)備對接，設(shè)計(jì)信息與加工信息共享，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、加工一體化。施工現(xiàn)場通過BIM模擬安裝，準(zhǔn)確顯示構(gòu)件的位置和搭接順序，確保施工安裝順利完成，實(shí)現(xiàn)施工安裝裝配化。

5 結(jié)語

在中國建筑師心中，木結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的地位和情結(jié)，因此常常被賦予傳承的使命。但是和傳統(tǒng)的建構(gòu)體系不同，現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)會(huì)面對各種結(jié)構(gòu)計(jì)算難點(diǎn)和方方面面的規(guī)范、規(guī)定限制。如何通過現(xiàn)代技術(shù)將結(jié)構(gòu)計(jì)算與形式美學(xué)完美統(tǒng)一，是現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)所面臨的重要課題。對常州市武進(jìn)區(qū)淹城初級中學(xué)體育館設(shè)計(jì)的反思或許能夠帶我們回歸建構(gòu)的基本問題。