建设地点:日本岐阜县岐阜市

　　 建筑设计:NIIZEKI STUDIO

　　 结构设计:山田宪明构造设计事务所

　　 建筑面积:120.89m²

　　 建筑规模:混凝土+木结构, 地上2层

　　 建成时间:2012

　　 GFU是一座隐藏在传统瓦屋顶建筑林立的历史性街区中的两层木结构住宅 (图1, 2) 。和街区内相邻的建筑类似, 地块是狭长形平面, 入口位于窄边一侧。建筑物的平面尺寸为5.46m×18.2m, 为了与周围的景观及相邻建筑融合, 瓦茸屋顶的倾斜角度设计为约26.6° (图3, 4) 。建筑基本上是单层构造, 在大的山形屋顶遮盖下, 将每一个房间都设置在箱形的空间里。室内空间不仅没有立柱, 甚至没有通到屋顶的墙壁, 长边方向的屋顶坡面总长度为18.2m。为了实现内部没有立柱和墙的设计概念, 如何建立抗震和抗风等水平力的结构系统就成为了重要的课题。

　　 整栋建筑物的内部空间设计采用结构材料和装饰材料在建筑内紧密结合的方式, 在这个问题上, 我与建筑师新关谦一郎先生进行了设计概念的讨论和分析。也就是说, 在建筑内部空间中出现的结构元素全部作为装饰材料直接呈现。这也使得结构部件需要由较小的杆件来组成, 而不是用桁架梁或者拱形梁等大型结构体系来实现, 使得结构体系可以完全融入空间之中。

　　 (1) 山形无柱空间中山墙的结构

　　 本案建筑拥有斜屋顶山形无柱室内空间, 设计的首要课题就是山墙的构造。因为周围相邻建筑普遍约7m高, 所以从一层地板到屋顶的立柱至少有近7m的长度, 已经超过了市面普通结构木材的常规尺寸。另外, 如果山墙面积很大, 那么受风面积也必然会很大。在垂直方向的压力和水平方向的风荷载的综合作用下, 完全由立柱组成的山墙支承结构容易产生较大的形变 (图5) 。

　　 作为山墙主要承重结构的立柱和墙壁, 通常情况下会使用足够长的胶合木来做立柱材料, 或者用型钢加固承受水平荷载较多的梁和柱等, 但是建造成本和木结构体系平衡等问题很难找到良好的解决办法。因此, 我们选择将混凝土基础上翻, 作为类似山墙一样结构功能的独立墙壁, 以此来缩短柱子的高度。这样的设计可以使用标准尺寸截面和长度的木材, 同时水平力都传递到混凝土墙壁上, 承载能力也不会有严重的负担, 建筑侧面区域也不会被额外过多地占用, 道路也可以更宽阔一点。另外, 通过在混凝土墙壁上设置的小装置, 解决了二层水平荷载的传递问题 (图6) 。

　　 (2) 支承重瓦屋顶的结构

　　 瓦片覆盖的屋顶在重量上要比金属板覆盖的屋顶重数倍。为了支承这个沉重的瓦屋顶, 同时也为了创造纤细的室内空间, 从力学角度考虑, 将跨度为5.46m的短轴方向定为梁的方向。在混凝土矮墙上设立的山墙柱尺寸为60mm×120mm, 横梁尺寸为60mm×270mm, 共同构成门式框架, 框架间隔303mm。这样的结构体系, 在建筑内部形成了纤细横纹的空间效果 (图7~9) 。

　　 为了避免山墙柱因为选用较窄截面的木材以及较长的长度而出现弯曲、扭转或者木节等木材质量问题, 因此要求原木在贝伊松木的原产地采购并在当地工厂加工制作, 从大直径的原木上直接裁剪得到优质的木材, 从而得到具备良好力学特性的优质木材, 在可以安心使用的同时又兼备美观。

　　 靠近纵轴中间部分的山墙柱比较高, 细长比大, 容易发生屈曲。因此特别设计了两个抑制屈曲的细部。一个是在纵轴中间位置立柱与横梁连接的地方设有30mm×30mm×3mm的L形金属片, 置于建筑外侧位置, 用螺纹钉分别与立柱和横梁固定在一起, 减小立柱屈曲长度。另外一个方法是在纵轴中间部分较高的几根立柱下部, 用木质板材固定结构, 加强立柱脚部, 减小屈曲长度。

　　 (3) 保证二层的梁和梁间方向的抗水平荷载强度

　　 室内的二楼在长轴和短轴两个方向都没有立柱和墙的独立空间, 特别是在短轴方向 (梁跨方向) , 确保抗水平荷载的强度是一个重大课题。为了解决这个问题, 需要最大限度地利用山形大屋顶和下部结构的混凝土墙壁。也就是说, 为了巩固屋顶的结构, 需要将屋顶和山墙因为地震和风所产生的水平荷载传递到侧面的混凝土墙壁。作为传递水平荷载的必要结构部件, 门式框架结构之间较为厚实的结构用木质板材加固 (t=24mm) (图10~13) 。

　　 在长轴方向 (梁间方向) , 山墙的木结构部分位于混凝土矮墙之上, 自然形成了类似桁架的三角形结构, 保持整体的稳定性。山墙最上部贴近屋檐的位置 (日语:破風部分) , 在山墙柱之间增加了120mm×120mm的合掌梁 (沿屋顶坡度方向的斜梁) , 将水平力更有效地传递至山墙下部的混凝土墙壁中。至此, 整个山墙部分就形成了没有墙壁和斜撑、仅由玻璃和等间距立柱组成的纯粹结构 (图14~16) 。