膠合木結(jié)構(gòu)在景觀建筑中的應(yīng)用
——以求索亭為例

王 路 張海燕 張 浩 王佳文 孫小鸞

（1.南京工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，江蘇 南京 211800； 2.南京工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，江蘇 南京 211800；3.南京工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 211800； 4.南京工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，江蘇 南京 211800；5.南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 211800）

木材獨(dú)具的天然紋理和質(zhì)感是其他建筑材料無法取代的屬性[1]，景觀建筑作為公共空間的有機(jī)組成部分，在具有觀賞功能的同時，其自身也應(yīng)該成為環(huán)境中的景觀。如果將木材作為景觀建筑的主要材料，可以大大增強(qiáng)建筑的可觀賞性以及建筑與環(huán)境的融合度。膠合木不僅可以保留住木材原本的美學(xué)特征，還能通過現(xiàn)代加工手段減少木材自身節(jié)子、裂紋等缺陷對其力學(xué)性能的影響，其耐腐性相較于原木也得到很大的提升[2-4]。因此越來越多的建筑師在設(shè)計(jì)景觀建筑時選擇使用膠合木，本文中求索亭（圖1）以膠合木作為主體結(jié)構(gòu)材料，通過綜合考慮多種木材的性能，選擇合適的結(jié)構(gòu)形式，將膠合木的應(yīng)用優(yōu)勢最大化體現(xiàn)。

圖1 求索亭效果圖Fig.1 Effect of qiusuo pavilion

1 求索亭背景

求索亭的建設(shè)是為了保護(hù)與展示一段明清時期通往貢院的古道遺跡（長為5.20 m，寬為3.20 m，厚0.68～0.74 m），項(xiàng)目選址于南京工業(yè)大學(xué)逸夫圖書館報告廳西北方的小型坡地上，背靠校內(nèi)的中央森林公園。用地面積約為1 061m2,場地東側(cè)有一條約為8 m寬的校園主干道，西側(cè)有一條約為4 m寬的登山小道，基地周邊有一座兩層的八角景觀亭，北側(cè)有一方池塘（圖2）。

圖2 基地周邊環(huán)境Fig.2 Map of the surrounding environment of the base

2 材料選擇

2.1 主體結(jié)構(gòu)使用材料

主體結(jié)構(gòu)材料的選擇主要考慮力學(xué)性能、建造方式難易、對周邊的影響度、工期長短、造價以及耐久性等方面。本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目對原木、膠合木、鋼以及鋼筋混凝土這4種材料進(jìn)行分析比較，結(jié)果見表1[5-6]。

表1 主體結(jié)構(gòu)材料各項(xiàng)特性得分比Tab.1 The score ratio of various characteristics of main structural material/%

用地面積約1 061 m2，由于地勢起伏及周邊道路的限制，使得現(xiàn)場施工環(huán)境較為復(fù)雜。如果整體結(jié)構(gòu)選用鋼制或鋼筋混凝土，則對于環(huán)境的影響較大，施工周期內(nèi)可能會造成周邊交通的不便。并且基地靠近圖書館與教學(xué)樓，施工過程會產(chǎn)生較大的噪聲干擾，這對于校園內(nèi)建筑的施工是一個較大的弊端。

建筑整體選用膠合木結(jié)構(gòu)可以很好的規(guī)避對環(huán)境的干擾問題，并且木結(jié)構(gòu)施工環(huán)境相較于一般建筑工地更加整潔，對周邊的影響可以降到最低[7]。場地可操作的范圍比較狹小，使用膠合木結(jié)構(gòu)也能使施工過程更加靈活。綜合考慮多種因素，膠合木結(jié)構(gòu)更適合該項(xiàng)目的實(shí)際情況。

2.2 膠合木樹種選擇

膠合木結(jié)構(gòu)一般會根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求，選擇符合相應(yīng)強(qiáng)度等級的木材。同時考慮使用環(huán)境，應(yīng)選擇具有適合含水率的木材，這樣可以有效降低后期使用過程木材開裂的情況[8]。如表2所示[9]，通過分析比較幾種常見國產(chǎn)木材的基本特性和性能，選出更適合該項(xiàng)目環(huán)境特點(diǎn)的木材樹種。相較于其他木材而言，落葉松具有氣干密度大、強(qiáng)度高、耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，更適合用在室外環(huán)境中。

表2 國產(chǎn)木材基本特性和主要加工性能得分比Tab.2 The score ratio of basic characteristics and main processing properties of domestic wood/%

3 建筑形式

景觀建筑的意境是基于營造這種建筑技巧之上，同時融合建筑景觀以及建筑形態(tài)等具體內(nèi)容。在設(shè)計(jì)中希望體現(xiàn)與周圍環(huán)境的和諧共生，使建筑在整個布局中“順其自然”“融于自然”[10]。如表3所示[11]，綜合分析適用于此建筑功能的建筑形式，選取最優(yōu)項(xiàng)進(jìn)行后續(xù)深化。

表3 建筑形式方案對比分析Tab.3 Comparative analysis of architectural form scheme

通過比較，使用開敞式的長廊會更有優(yōu)勢。結(jié)合周邊環(huán)境和現(xiàn)有建筑，將長廊稍作變形，其建筑形態(tài)如圖3所示。

圖3 變形后的建筑形態(tài)Fig.3 Final architectural form

4 結(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn)

在確定好建筑形態(tài)以后，需要選擇合適且經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)類型。表4[12-13]對比了類門式鋼架、三角桁架和張弦結(jié)構(gòu)這三種結(jié)構(gòu)類型的特點(diǎn)。

表4 結(jié)構(gòu)方案對比分析Tab.4 Comparative analysis of structural scheme

經(jīng)過分析和比較，選用的整體框架結(jié)構(gòu)類型為門式剛架。雖然主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面會變大，但減少了次要桿件的數(shù)量，并且使得整個建筑空間也變得更加干凈和簡潔,同時不影響建筑的廊下凈高。

木結(jié)構(gòu)建筑構(gòu)件間的節(jié)點(diǎn)可通過多種方式進(jìn)行連接，如榫卯連接，釘、螺栓連接，齒板連接等。各部分構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)連接很大程度上決定了木結(jié)構(gòu)建筑的承載力[14]。在此項(xiàng)目中，綜合考慮實(shí)用性和外觀等因素，選擇使用螺栓連接的方式。這種連接方式使用較為廣泛，具有緊密性好、韌性充分、制作簡單、安全可靠和施工快捷的特點(diǎn)[14]。

如表5所示，整體木框架的梁柱相交節(jié)點(diǎn)使用隱藏式節(jié)點(diǎn)，梁相交節(jié)點(diǎn)使用外露式。隱藏式節(jié)點(diǎn)的一端可以先在工廠預(yù)制好，提前打孔，安裝好螺絲和金屬件，減少現(xiàn)場的工作量[15]。對于梁相交節(jié)點(diǎn)而言，選用隱藏式則安裝較為復(fù)雜，且面外剛度小[16]。因此，選用外露式節(jié)點(diǎn)。

表5 節(jié)點(diǎn)樣式Tab.5 Node style

5 施工過程

主體工程的施工時間約為兩個月，各項(xiàng)任務(wù)完成的時間如表6 所示。合理的前期規(guī)劃，可以有效提高后期施工的效率。同時，膠合木結(jié)構(gòu)的裝配式施工技術(shù)，也節(jié)省了大量人力及物力，對施工設(shè)備的要求也比較低[17-19]。

表6 工程進(jìn)度概覽表Tab.6 Table outlining the progress of the works

亭子上部結(jié)構(gòu)使用的膠合木尺寸，依據(jù)整體承載計(jì)算以及模數(shù)化生產(chǎn)要求定制。其中，主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件包含26 根柱子和50 根梁。柱子和梁有兩種截面尺寸：木柱MZ1，250 mm×250 mm；木柱MZ2， 250 mm×170 mm；木梁ML1，250 mm×170 mm；木梁ML2，150 mm×150 mm。在柱與梁連接的節(jié)點(diǎn)處，需要預(yù)先在膠合木上打孔，給后面金屬件的安裝預(yù)留螺栓孔位。

裝配式木結(jié)構(gòu)大大減弱了施工人員的現(xiàn)場工作量，減少了人工濕作業(yè)，保證了現(xiàn)場組裝的高效與安全[20-25]。同時，提前在工廠預(yù)制好的構(gòu)件，不會在場地內(nèi)產(chǎn)生過多的建筑垃圾，對于周圍環(huán)境的影響較低[26-29]。

6 結(jié)語

通過對深入分析，在短時間且施工環(huán)境較為狹小的情況下，選用膠合木結(jié)構(gòu)是理想的選擇。在本案例中，膠合木結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢主要有三點(diǎn)：1）建造全過程對周圍環(huán)境的影響最??；2）膠合木的使用既能滿足結(jié)構(gòu)承載要求，其自身紋理又具有一定裝飾性，可以省去后期的內(nèi)飾工程；3）膠合木結(jié)構(gòu)預(yù)制和裝配式技術(shù)，大大縮短了工程周期，減少了現(xiàn)場施工的工作量。此外，設(shè)計(jì)與建造的一體化流程，也保證了工程的精準(zhǔn)度和實(shí)際效果的呈現(xiàn)。

隨著數(shù)字化建造的飛速發(fā)展、木結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)類型的逐漸豐富，以及人們對于創(chuàng)新性建筑空間的需求，膠合木結(jié)構(gòu)因其獨(dú)特的優(yōu)勢，在建筑方面的應(yīng)用將具有廣闊的前景。