建设地点：日本栃木县芳贺郡茂木町

建筑设计：内田文雄+龍环境计画画

结构设计：山田宪明构造设计事务所

用途：复合设施（图书馆、美术馆、体验馆、咖啡厅）

建筑面积：2 977.74 m²

建筑规模：地上2层

建筑结构：木结构+混凝土+钢结构

建成时间：2016

“茂密的森林”是一座占地面积2 977m²，以两层木结构图书馆为中心的文化交流建筑（图1～3）。项目所在地为日本枥木县茂木町，当地公共建筑总是以充分利用本地木材为前提，如茂木中学等新建木结构建筑及一些现存建筑的内部装饰都是木结构或者“木质化”的优秀成果。城市对木材和木结构的使用意识很高，从方案阶段开始就会强烈要求设计人员将活用本地木材列入设计计划之中。而市政府对木材的采购和品质的管理也操作娴熟，事先通过先行分类订单，从城市区域内的林场采购木材，而在枥木县林业中心，木材的含水率计测等程序也会尽早安排进行。

根据当地木材调配的日程表，被用作主要结构材料的原木材被砍伐的时间是在方案设计阶段（2013年，即平成25年）的冬天，而那个时候整个建筑的木结构体系及杆件尺寸都还没有确定下来。这些被提前砍伐的原木材大多直径约200～300mm，长3～4m，有少部分木材长度可达6m。从这些已被砍伐下来的原木材尺寸出发，实际能裁得的结构木材截面为120mm×180～240mm，长4m左右。因此，结构设计也会基于这个尺寸的木材进行深化。

一方面，本案作为地区的文化交流设施，集图书馆、画廊、研修室、咖啡馆等多种用途于一身。为了满足防火规范的设计要求，将本案作为普通木结构房屋设计，需要使用混凝土结构将木结构建筑进行分隔，将每个区域的面积控制在1 000m²以内，则可以不需要对每个木结构部分的区域进行高等级防火处理，由此将整个建筑分成5个部分，每一个部分的房屋屋顶造型各异，不同高度和宽度的房间也造就了整个建筑的多样性。基于这样的原因形成的屋顶和房间的形状、尺寸等，将成为结构设计的基础条件，根据各个部分的房间用途来设计和选择相应的木材尺寸，不仅可以满足整体建筑的统一性，也展现了各部分建筑空间的特殊性和独立性。

另外，本案在结构设计上的另外一个重点是对现有建筑物的充分利用。基地内包含一座拥有300年历史的酒店用地，其中残存了许多木结构的设施，受1986年8月的10号台风造成的大洪水的影响，建筑的许多结构构件和墙壁早已严重受损，如果想要再利用的话，预计会需要大量的修缮经费，所以大部分建筑物不得不做出拆除的决定。可以修复的部分包括两座受损较轻的200年历史的仓库，而修缮之后将作为美术展览馆再次展现在人们面前。但是为了能更好地判断现存建筑材料再利用的可能性，并适应现行规范及法规，需要将老旧建筑落架拆解大修，这也是一项繁重而艰难的课题。

居民画廊是位于建筑用地东侧的一层建筑，是从大马路方向走过来人们最先看到的建筑。建筑的平面为8.1m×25.8m的细长形布局。位于居民画廊北侧的是将原有仓库经过修缮改建而重新设计的“展示画廊”，南侧的屋檐下设置长廊，而位于长廊和展示画廊之间的原当铺仓库被改建成“收藏画廊”。

设计的主要限制条件是屋顶的高度。由于“居民画廊”的屋顶需要位于“展示画廊”的屋檐以下，所以只能设计为坡度1.5/10的较平缓单坡屋顶（图4）。而如何在保证跨度的同时保证室内空间便成了重要的课题。

如果在梁间方向的8.1m跨度上设置桁架或张弦梁，则无法确保室内空间的净高。经过设计分析，最终决定采用“交叠梁”结构，即使结构高度较小，也能顺利实现大跨度的设计需求。具体设计如下，从“展示画廊”边缘设宽度为2.1m的走道，在走道边缘设置一排立柱，走道一侧的屋顶主梁以及南侧连廊部位的屋顶主梁分别向中间挑出，中间采用约5m长的木材作为屋顶梁的主要构件（图5～7）。这样不仅可以用短于6m的木材来实现屋顶的跨度，同时在弯矩和变形方面也实现了更优化的结构体系。

将截面尺寸为60mm×240mm的窄小木材作为垂木排列在600m跨度的屋顶主梁之上，从屋顶到外侧连廊依次排列，能够抑制雪荷载和风荷载造成的不对称变形，同时也能使接合部位的节点简单而统一。在靠近“展示画廊”的一侧，结构节点选择在弯矩几乎为零的位置，也有效地简化了节点的复杂程度。在抵抗水平方向荷载时，尽量确保各画廊外围墙壁以构造用合板组成剪力墙，这些剪力墙也是抵抗地震荷载的最重要结构构件，同时也可以保证室内空间的开放性。

“交流广场”是平面尺寸为12.6m×10.8m的平屋顶建筑，屋顶是角度为4.5/10的尖顶双坡设计。基于使用功能的需求，内部设计为无立柱的开放空间。为了确保侧墙采光率，如何尽可能地开设窗口成为了重要的设计课题。

一般情况下，对于坡度较大的双坡尖屋顶，利用屋顶形状在横剖方向设计三角桁架是比较普遍的做法。由于下弦的高度主要由坡屋顶与外侧墙壁交点的高度决定，整个室内空间将受到较大的影响。因此，特将纵向的主要结构都设计成阶梯式桁架结构，横向则根据阶梯高度设置常规桁架，在保证屋顶结构体系完整合理的同时，尽可能保证室内空间的高挑（图8,9）。

上下弦的木材无法用一根完整木材完成10.8m的跨度，因此要在梁跨中间设置节点。另一方面，由于木结构节点抵抗较大轴向拉力的强度相对较差，因此下弦节点应设计在轴向拉力不是很大的部位较为合适。因此，在横向的常规桁架结构中，斜拉杆件采用截面为圆形的实心钢索。这样的设计使得下弦左右两侧的端部几乎没有轴力，节点可以采用较为简单的榫卯连接方式，也实现了全部使用4m以下的固定尺寸木材，完成10.8m跨距的大屋顶设想。同时，由于上弦材内力主要是轴向压力，节点的设计也较为简便。而纵向阶梯状的截面设计可以有效地辅助横向桁架结构的稳定性，防止下弦出现平面外的摆动导致整体结构的失稳（图10,11）。

对水平方向荷载的抵抗，以及作为抗震的重要结构组成，是位于建筑两端的混凝土结构防火墙（山墙），水平方向的荷载可以通过屋顶平面布置的构造用合板将力传递至混凝土山墙之中。由此，“交流广场”整个建筑的侧墙，不再必须具有抗侧力的功能，而只是负责通过立柱来传递垂直方向的荷载，因此在侧墙上设置较大开口的采光窗计划也得以顺利进行。

图书馆为27.0m×16.2m的长方形建筑，采用金属板屋顶，1.5/10的单坡屋顶，室内空间的高度要求较高。二层大部分面积为挑空，而为了支撑位于二层的书架，同时保证墙壁抗侧力的强度，只能将从基础到二层地板高度以下的部分全部设计为混凝土结构，而这样也使得屋顶的结构设计成为了最大的难题。

在图书馆中间部位，将一部分二层楼板边缘的栏杆直接通顶，以减小屋顶桁架跨度的方案也曾被考虑过。不过，鉴于外墙下部混凝土结构刚度和强度的优越性，将力直接传递至混凝土结构上仍然是值得期待的方案，因此最终决定尝试采用16.2m整垮的木结构桁架体系。

从建筑剖面的设计来看，屋顶最上部为水平设计，因此首先考虑的是将桁架设计为中部下凸的抛物线形状，用悬空柱连接上下弦。但是这样的设计，屋顶仅能承受均匀分布的屋面荷载，而雪荷载、风荷载以及部分设备产生的活荷载往往都是不均匀分布的荷载工况。为了能够更好地满足不均匀分布荷载工况，尝试了对下凸桁架结构的完善和加固。不过并不是简单地在悬空柱之间增加斜拉索，而是重新设置一根上拱的弦材，按照下凸的下弦进行镜像布置，配合形成完整的桁架体系，成为了屋顶结构主体的一部分。拱形弦材可以更加顺畅地将屋顶的竖向荷载传递至下部结构中（图12）。

由于下凸弦材与拱形弦材在跨中间有交叉点，因此将承载轴向压力的拱形弦材截面设计为120mm×180mm的单根木材，而将主要承载轴向拉力的下凸弦材设计为一组两根截面尺寸为60mm×120mm的形式，从而解决了两根弦材交点相互干扰的问题（图13）。两种弧形弦材都采用长度为2m的直线木材，通过组合形成近似抛物线的折线结构（图14～16），这一结构体系也可以理解为大跨度“类张悬梁”与拱形结构体系错位结合的组合结构。

被设计为展览馆的原采购仓库，外立面立柱腐蚀损毁严重，为了与新建建筑融为一体，我们决定将整个仓库落架检修，全部拆解之后再判断原有木材是否具有再利用的价值。在所有设计施工人员参与分析讨论之后得出结论，除了立柱外，其他所有木材全部可以复原再利用。但是，由于柱脚和登梁端部严重腐朽，在设计中采用了全新的木材以衔接修复的方式展现（图17,18）。而外侧立面几乎全部都设计为抗震必须的剪力墙结构，采用结构用合板建造。

被设计为“收藏画廊”的原当铺仓库，在设计阶段被认定为保存状态较好，仅需实施局部性的修理，总体上原有的立柱、土墙以及其他结构均可直接利用。但是，修缮保养工作开始之后，当外墙遮挡被拆除之后，先前被认为保存良好的墙壁内部以及立柱底部，仍然暴露出严重腐朽的状态，需要现场重新审查讨论修复计划（图19,20）。特别是外圈立柱的端头和底部，截面积一半以上几乎已经腐朽殆尽，所有立柱也都出现了摇摇欲坠的情况。因此，在使用原来土墙的基础上，利用较厚的土墙空间，用截面尺寸为4寸的正方形木材制作新的框架结构，来承受竖直方向的荷载，同时增加结构用合板来承受水平方向的荷载。这样的修缮方式，不仅最低限度地控制了时间和经费，同时更加完整地保持了原有建筑的外形和风貌（图21）。