业主:榆林沙漠林克斯体育运动有限公司

建设地点:山西省榆林市

建筑设计:哈尔滨工业大学建筑学院地域建筑与现代木建筑研究所

项目负责人:徐洪澎

设计团队:纪云成、鲍程远 (建筑) ;赵斌 (结构) ;林阳 (水暖) ;王文英 (电气)

施工单位:大兴安岭神州北极木业有限公司

总建筑面积:1 127.68m²

设计时间:2018.05

建成时间:2018.09

摄影:刘丕林、徐洪澎、鲍程远

图片版权:哈尔滨工业大学建筑学院地域建筑与现代木建筑研究所

作为世界六支古老的原生建筑体系之一^[1], 中国木建筑曾经具有辉煌的发展历史和技术成就, 然而受到社会经济和资源供给的影响, 在20世纪60～90年代这三十年间经历了发展的真空期。在此期间, 北美、欧洲和日本等地区的木建筑建造水平迅速发展, 木结构建筑被大量应用于多、高层和大跨等结构类型的建筑中, 木建筑应用受资源、结构、防火等限制的观念几乎被彻底打破, 其绿色、健康、抗震、适合标准化和工厂化生产与建造等诸多优势也得到充分体现^[2]。与之相比, 我国的木建筑从技术水平到应用情况都明显落后。

随着国内木材加工技术的提高和对现代木结构建筑认知程度的加深, 近年来木结构建筑的建设量呈上升趋势。现阶段国内建造的木建筑的结构类型主要是轻型木结构和重型井干式结构。这两种木结构形式在国外经过长久的发展, 其技术与外观已经趋于成熟, 然而各自的弱点却一直难以解决。轻型木结构由于其结构被防火面板包裹, 因此不能很好地表现出建筑的木材质特征。重型井干式建筑对木材的消耗量大, 且由于墙体的承重问题, 建筑立面的门窗面积受到一定限制。因此, 在我国现代木建筑建设量激增的契机下, 尝试多种木结构类型的实践显得尤为重要。

榆林沙地景区游客服务中心便是一次力求发挥胶合木框架结构建筑特征的实践。根据景区规划, 在园内沙丘之间一处平坦的空地内修建这座建筑, 为游客提供接待、休息、餐饮等服务。基地南侧为平地, 东北侧被延绵低矮的沙丘环抱, 西侧为一处人工湖, 沙地草场景观独特, 充满野趣。基于人们对当地雄鹰的喜爱和敬畏, 以“大漠雄鹰”为设计立意, 在建筑与环境有机融合的前提下, 营造景区的标志性景观。该项目建成后, 被认为较好地实现了设计意图, 其中发扬胶合木框架结构的优势和精细化设计的理念至关重要。

现代木结构的类型多样, 包括胶合木框架结构、正交胶合木剪力墙结构和模块化砌体结构等, 每一种结构类型都具有独特的优势, 如何使其充分表现出来成为设计的重点。胶合木框架结构在易建性、灵活性和适应性等方面优势明显, 这也是其在国外现代木结构建筑实践中被普遍应用的原因。

胶合木框架结构采用工厂加工的胶合木梁柱, 在现场通过连接构件组装成整体结构, 已经形成了相对成熟的工厂化生产和装配式施工技术。促使生产和建造实现快速完成的原因包括:胶合木梁柱的生产工艺属于胶合木构件基本的加工技术;梁柱构件尺寸多数符合常规运输要求;梁柱构件数量可控, 且对安装器械和施工技术要求不高。

榆林沙地景区游客服务中心被要求以最快的速度完成设计和施工。因此, 设计之初便确定了胶合木框架结构形式, 进而采取一系列设计措施以节省工期。首先, 所有梁柱构件采用直梁、直柱, 梁统一为120mm×300mm、160mm×400mm、200mm×500mm和200mm×600mm四种规格, 柱截面尺寸统一为300mm×300mm和450mm×450mm两种规格, 通过降低加工难度和减少构件类型来压缩生产时间;其次, 通过结构布置保证梁柱构件尺寸全部在正常运输要求的范围内;另外, 采用易于安装的钢连接节点节省安装时间, 尽管施工期赶上异常的多雨天气, 但项目从接到设计任务至建成投入使用历时不到5个月, 其中基础施工到项目完成只用了3个月的时间。

与钢框架结构类似, 胶合木框架结构具备突出的形态灵活性, 可以通过梁的曲直变化适应各种曲线建筑形体, 或者通过柱子的高低调节实现不同的倾斜屋面形态, 也可以通过悬挑等方式实现外廊或屋面的多种变化。

为了体现榆林沙地景区游客服务中心“大漠雄鹰”的建筑主题, 结合框架结构形态灵活的优势, 通过倾斜、悬挑形成的屋面形态来模仿雄鹰展翅的姿态和动势, 通过形体的变化来表现立意并呼应环境。作为建筑形态的视觉焦点, 中间和两侧的悬挑屋面分别隐喻雄鹰的头部和翅膀。在形态塑造中, 建筑师更重要的考量在于协调周边富有特色的自然环境:变化的轮廓线和悬挑形成的外部灰空间, 呼应并融合了周边起伏的沙丘、平整的绿地和宁静的水面, 实现了建筑与环境的相得益彰, 与此同时也形成了游客最喜爱的观景和休息空间。

由于框架结构是柱子而非墙体承重, 因此这一结构类型可按照建筑室内的营造意向灵活设置楼板和墙体, 任意分隔室内空间且门窗尺寸不受限制。无论是内部的功能适应、氛围营造, 还是外部的形象塑造, 这一优势都为建筑师提供了更广阔的设计空间。

榆林沙地景区游客服务中心的功能要求对空间的制约性不强且环境景观资源丰富, 因此设计了开敞的空间界面。同时大厅内以家具和隔断分割的功能区域、嵌套布置的二层空间、表里如一的屋顶界面都吸引着游客的到来。游客服务中心的南侧没有视线遮挡, 拥有良好的视觉景观, 建筑界面采用落地、无窗棱的大玻璃界面, 为两侧的休息厅和餐厅带来了充足的自然光和开阔的景观视野。

木结构建筑设计的难点和重点是由木材的结构、构造和材料问题引发的, 其形象特征表达的主要途径也是通过对结构、连接节点和材料技术的真实表现而实现的。

木建筑的结构设计需要从方案构思阶段就重点考虑。一方面, 结构体系需要与空间和形态形成良好的整体性;另一方面, 结构的关键部位需要符合技术的合理性。这些内容都应在形态中尽可能展现出来, 以突出木结构建筑的特质, 因此要求建筑师具有一定的木结构知识。

游客服务中心的空间界面严格地对应了胶合木框架的结构, 力图让观赏者由外到内感受真实的木结构体系。为此, 设计尽可能将墙面和屋顶的结构外露, 包括屋面檐口也是由结构边梁自然形成, 而没有采用常规檐口装饰盖板的做法。为了实现“雄鹰”舒展、轻盈的姿态, 在主入口和两侧分别出挑8.1m和6.2m, 同时也给结构设计带来了难度。设计结合钢管支撑的办法解决了结构难题, 钢、木结合的结构形态也增强了建筑的现代感。为了保证方案的实现度, 设计前期进行了初步结构计算, 经过多轮的对比优化才最终确定设计方案。

连接节点是现代木结构建筑工艺美的重点表现部位。一方面, 其在工艺上有着更精确的要求, 所有构件均由工厂预先加工后在现场组装, 基本不具备再修改的条件;另一方面, 由于结构的差异, 几乎每一个建筑都会存在不同的连接问题, 也少有标准图集可以参照, 导致设计难度增大, 但也带来了多样性和个性化的细部呈现^[3]。

游客服务中心采用了高效、常规的钢连接件的节点形式, 但是由于结构形态的变化, 钢连接件多达20余种。其中, 屋面中心12根梁汇聚的节点、入口两侧立柱与屋面双向边梁汇聚的节点以及建筑两侧多个钢支杆汇聚于柱子的节点是重点处理的部位。为了实现安装作业, 构件之间必须留有将钢栓钉入木梁的操作空间, 因此屋面中心处连接节点的钢连接件至少需要1.9m宽的平面尺寸, 方案结合其位置设计了类似钻石的节点形态;入口两侧立柱与屋面双向边梁汇聚的节点采用钢套筒固定, 增加结构刚度的同时丰富了界面的层次;在两侧多根钢管汇聚的节点处也同样采用套筒式连接来代替钢栓穿孔式连接, 避免了为连接钢支杆使木柱局部穿孔过多, 从而导致其强度减弱的情况。除上述尺度较大的悬挑位置外, 建筑屋面还存在多处尺寸在2m左右的小距离悬挑, 其节点处均采用挑梁穿过节点的构造形式, 利用梁的自身强度来实现屋面的出挑。略有遗憾的是在实际建设中, 由于国产连接件在快速加工的情况下工艺无法达到较高的美观要求, 所以节点通常被包上木饰板或进行弱化处理。

木材本身具有强烈的表现力, 其自然又充满文化气息的质感深受人们的喜爱。同时, 通过色彩或肌理的变化可以进一步丰富木材的表现方式。此外, 通过仿真模拟及问卷调查等方法研究表明, 建筑外部形态采用木材覆盖表皮的比例并非越多越好, 大众审美接受的最佳比例在60%～75%之间^[4]。

一般来说, 视觉信息的丰富程度是影响人们审美接受的主要因素, 榆林沙地景区游客服务中心的形体关系已经形成了较强的视觉冲击力, 对材质肌理不必再做过多的变化, 以免造成视觉信息过量。因此, 在比较了不同颜色倾向的木蜡油之后, 内、外墙木挂板和结构都选择了透明的木蜡油, 最大限度地显示木材本色, 与周边自然环境相融合。为了使室内空间拥有最大限度的外部景观视角, 玻璃的大面积运用恰好避免了木质的单调, 通过计算, 正立面玻璃的占比为38.4%, 木材占比为61.6%, 符合大众最佳的接受比例。

木材作为传统的建筑材料之一, 几乎伴随了人类文明的整个发展历程。现代木结构建筑因其丰富的表现力和生态环保等因素, 近年来发展迅速。随着木结构建筑技术水平的日益提升, 木材作为建筑材料的创造力将得到更深层次的发掘。通过对榆林沙地公园游客服务中心的设计解析, 我们可以了解胶合木框架结构建筑的诸多优势:多变的结构形态、快速的生产装配过程和开放灵活的空间构成。在设计阶段充分发挥木结构建筑的优势, 同时从结构、连接节点、材料表现等方面进行把控, 是精细化设计和施工的保障。