当代木构建筑设计——以山东建筑大学雪山书苑为例

刘长安，仝晖，刘甦

(1.山东建筑大学 山东省建筑节能技术重点实验室，山东 济南 250101;2.山东建筑大学 可再生能源建筑利用技术教育部重点实验室，山东 济南250101;3.天津大学 建筑学院，天津 300072)

0 引言

在人类文明进化的过程中，木材同石材一样，曾经是最古老和最为普遍的建筑材料之一。早在新石器时代就出现了最早的木构建筑雏形，古人类利用树干和枝条搭建简易的房屋以躲避风雨和野兽侵袭。纵观建筑发展的历史，木构建筑是世界建筑体系的重要组成部分，也是公认的最为原始的建筑原型之一。

工业革命以来，随着现代建筑运动的兴起和材料工业的蓬勃发展，以钢材、混凝土为代表的新材料受到建筑师的青睐，使得现代主义的钢筋混凝土、玻璃幕墙建筑在世界范围内盛行一时，并逐渐取代了木构建筑的地位。直到近几十年来，木材工业的快速发展使得木材的种种缺陷得到了不同程度的弥补:规格材、胶合木、结构复合木材等工业木材的出现，化解了以往木材跨度、断面尺寸不足的难题;通过物理或化学处理的方式，可以提高木材在变形、防火、防腐、防蛀等方面的性能;热成型技术则赋予木材可塑性，提供了更多创意可能;加工工艺与数字技术的发展也使得木材加工摆脱了人工的限制，使效率与精度相比以前有了质的提升;而人造板材的出现，可以充分利用木材加工的废料，将树木的利用率从实木产品的60%提高到工业木材的95%［1］，在一定程度上缓解了木材浪费的现象。

在这样的背景下，沉寂多年的木构建筑重返人们的视野，并逐渐普及。在美国、加拿大和日本等发达国家，当前木构住宅已处于市场的主导地位。2000年美国新建独户别墅约111.4 万幢，其中约90%采用木结构［2］;除了住宅，木结构还广泛应用于学校、旅馆、体育馆以及厂房等公共建筑。

1 木材的建筑特性及其当代价值

由于木材自身的特性，木构建筑与常见的钢筋混凝土、砖石结构建筑相比具有施工简易迅速、平面布置灵活、抗震性好、安全耐久以及得房率高等诸多优势。此外，从更深层次的材料性来看，木材还具有下列人工建材所不能比拟的优越性:

1.1 木材是自然的、可持续的建材

近年来，环境恶化、全球变暖等一系列问题使人们愈发意识到盲目发展所带来的严重生态后果。1992年，《从摇篮到摇篮》一书的作者，威廉·麦克唐纳(William McDonough)与迈克尔·布朗嘉特(Michael Braungart)为汉诺威世博会共同撰写了核心为“设计服务于可持续发展”的“汉诺威原则”，提出了人与自然在可持续的条件下共存的观点，引起国际社会广泛关注。对于建筑师而言，这意味着我们必须使用自然的、可持续的材料来建造。

木材是完全可再生、自然生产的建筑材料，因而使用木材建造不会影响到环境和生态平衡。同时它还是易于回收利用的材料，废弃的木材可以用来生产人造板材或造纸，不产生难以处理的建筑垃圾;木材的可持续性能还体现在其易降解性上，木材可分解成再次进入自然循环系统的成分，减少残留物对环境的污染，促进整个生态系统的良性循环。

1.2 木材是更为节能和环保的建材

材料的节能环保是保证建筑节能环保性的基础，而我们通常所说的建筑节能与环保通常需要研究不同材料与形式的房屋在全寿命周期中的能耗及其对环境的影响。

在材料的物化阶段，树木在成长过程中进行光合作用，每生长1t 木材可吸收1.6t 二氧化碳，并产生1.1t 氧气，从而将碳元素固定在树木中形成纤维材料。这种固碳作用和造氧机能是其它材料所不具备的，对地球生态平衡有着重要作用［3］。再者，木材生产过程简单，自重也相对较轻，因此在生产阶段和运输阶段的能耗均远远小于人工建材。在建筑运行阶段，木材的多孔结构使之具有良好的保温隔热性能，因而木构建筑具有良好的节能效果。根据清华大学的研究，北京地区木结构房屋采暖空调能耗比轻型钢结构房屋低9.43%，比混凝土结构房屋低10.92%;上海地区木结构房屋采暖能耗比轻型钢结构房屋低8.79%，比混凝土结构房屋低7.33%［4］。

综合物化阶段与运行阶段的能耗和环境影响表明，木材具有与生俱来的生态学属性，是一种环境友好的绿色材料，因而使用木材建造在能耗、环境影响方面较人工建材均具有巨大优势。

1.3 木材具有更佳的装饰性与可加工性

自古以来，木材便是最常用的装饰材料。随着工艺发展和技术进步，木材的装饰性得到了进一步的开发，为建筑师带来了无限可能。它既可以横向、竖向排列形成韵律，也可以纵横交错形成特殊肌理;既可以制作具有各种纹理的板材，也可以形成百叶使光线穿透;在用材上，木材既可以用作表皮装饰材料也可以用作结构用材;同时，它还可以与玻璃、钢材等多种材料进行组合，创造出灵活搭配、造型多变的表皮处理方式。

木材还具有极好的可加工性，它的物理属性几乎使每个人都觉得可以对其进行一定的加工。正如格罗皮乌斯所言，木材是一种完美的柔韧材料……它适用于建筑的所有结构部分，它可以很容易的通过锯、切、钻、钉、碾、抛光、上漆和着色等等一系列的工序进行加工。在他看来，甚至木材被木虫蛀蚀都变成有趣的事情，因为这正是木材优于人造建材的特性——完全的自然属性。

1.4 木材是人类感知世界、与自然环境对话的绝佳物理媒介

“从现象学角度来看，材料性是人们感知世界的方式。在这个概念范畴下，没有人的感知就无所谓对世界的理解……物质世界并非我们借助科学发现的世界，而是通过个体体验而感知到的世界。”［5］与大多数人工材料不同，木材具有良好的感官特性，它可以通过诸多方式来影响人类感官，因此木材或许是最令人感到亲近的材料。

近几年，一些美丽乡村规划被认为形同虚设，存在与土地利用规划不衔接、对农民意愿和习惯不够尊重、镇村干部主动谋划参与不够、大比例尺地形图无法精准落地等问题，故美丽乡村规划设计陪伴式服务这一方式的应用是解决问题的重点。各县（市）区试点村先行，并按需求分片区针对性开展，同步尝试完成片区性、特色性等不同类型的美丽乡村规划，进一步为福州市乃至福建省打造美丽乡村示范典型。同时，市、县（市）区、乡镇各级规划建设主管部门对美丽乡村规划的编制单位（设计团队）、镇村干部进一步加强培训，落实美丽乡村规划工作相关规定和政策。

木材具有生物结构，其独特的光泽、颜色，多变的花纹，从视觉上给人以自然美和艺术享受;通过对木材颜色与人的心理感觉的关系测验得知，木材能使受验者产生温暖感和亲近感［6］。木材还影响人们的嗅觉，各种木材因含有不同的挥发性物质而气味各异，而大多数的气味经研究有益于人类健康并可以保持身心愉悦;与合成材料带来的有害气体相比，木材所固有的自然气息如同原野、森林的味道一般令人向往。合上双目静静体味，惟有木材是可以感知的建材:淡淡的木材清香，是来自大自然的恩赐;抚摸木制器具，其多变的纹理与温润的手感是人造材料所不能给予的;走在木制的地板上，偶尔的嘎吱响声往往能够触动人们内心的最深处。

阿尔瓦·阿尔托对木材怀有深厚感情，他评论道，“人造材料始终无法取代木材的地位。依靠化学过程人工合成的材料丢掉了原木最为重要的一些品质，而这些品质恰恰是人类在人性和心理方面最为需要的。”［7］在提倡回归真我，重返自然的今天，使用天然木材建造使人类更好地感知自然世界、并与之紧紧地联为一体，因而可以更好地满足人们精神方面的诉求。

2 当代木构建筑的主要建造体系

当代木构建筑的主要建造体系可分为梁柱结构、原木结构和轻型木结构等体系。各种体系在木构件的尺寸、组合方式及承重方式等方面有着较大的区别。

梁柱结构体系是一种较为传统的建筑形式，由跨度较大的梁柱结构形成主要的传力体系，并最终传递到基础上，我国传统木构建筑便属于此类型;原木结构体系则源自北欧的传统木屋，采用规格、形状统一的矩形或圆形实木叠合而成，是集承重与维护结构于一体的结构体系，但因耗费大量木材而应用面较窄(图1)。

图1 原木结构体系

目前应用较多、技术经验较成熟的体系是轻型木结构体系。该体系采用小尺寸规格材均匀密布连接组成，由主要结构构件(结构骨架)和次要结构构件(墙面板、楼面板及屋面板)共同作用、承受荷载并传递到基础上。在具体做法上，将小断面构件按照一定的间距等距排列成框架，然后在框架外根据受力需要，覆盖木基结构板材或石膏板，形成建筑的墙体、楼盖及屋盖等组成部分，这些部分通过与框架等主要结构构件共同作用而获得结构的强度。这种结构体系因其构件断面较小，从而被称为“轻型木结构体系”，具有施工安装方便、材料利用率高、安全经济、布置灵活等特点，因而在欧美大量运用于住宅建筑和中小型公共建筑中(图2)。

图2 轻型木结构体系示意图(07SJ924《木结构住宅》)

3 山东建筑大学雪山书苑木构建筑设计

雪山书苑是建于山东建筑大学校园内的集会议、接待于一体的小型建筑(图3)。整个建筑全部采用木材建成，是一次难得的木构建筑实践机会。

建筑基地用地规整，局部落差较大。用地南侧为学校图书馆，西侧紧邻校区内雪山，东临学校主干道，北侧为校园绿地，周围尚有凤凰公馆、建筑平移技术展馆、海草房等小型建筑。总平面布置综合考虑了建筑与雪山及校园道路之间的关系，主入口设于南向，并结合入口设置了小广场和停车位;建筑周围结合地形合理组织了绿化和水池、叠水等景观，营造出绿树成荫、流水潺潺的气氛，成为主体建筑重要的烘托(图4)。

图3 雪山书苑实景照片

图4 雪山书苑与周围水景

因功能与面积所限，书苑布局紧凑。首层平面中入口处为贯通两层的门厅空间，卫生间、值班室等辅助房间位于西北侧，主要的接待室与会议室位于景观朝向最佳的东向，并可通过房间到达东侧悬挑的观景平台上。二楼的功能以会议和接待为主，并依据景观的分布，分别在北侧绿地和西侧朝向雪山的位置设置了观景露台，用“借景”的手法最大限度地将周围美景纳入建筑内部。

建筑位于雪山山脚下，故顺应山势采用坡顶做法。沿雪山轴向设置了主要的坡顶，主入口、二层会议室处分别设计了坡顶与之交错、呼应，使整个形体错落有致，协调统一。在立面处理上则着重强调木材材质的特征:外墙采用实木板材横向拼贴，细密的横向线条赋予建筑舒展的韵律;观景平台、楼梯、栏杆等均采用实木制作，虽略显粗犷，却更贴近木构建筑的精髓。建筑的开窗形式主要采用竖长窗，结合南立面竖向木柱的处理，能够更好地与书苑会议、接待的功能相适应(图5～8)。

图5 首层平面图

图6 二层平面图

书苑的建造采用轻型木结构体系。建造时首先浇筑混凝土基础，在其上安装基础衬垫和经防水、防蛀等特殊处理的底木;内外墙体分别以木柱骨架以及顶、底木骨架与木基结构墙板一起形成木框架剪力墙作为主要受力体系;屋面则以三角形屋架及复合空间龙骨构成支承体系。人造板材和结构构件间采用钢钉连接，梁和承重墙体间为金属件或螺栓连接。结构部分完成后，木骨架间填充保温材料，随后在外墙面满铺人造板材、做防潮层，最后在建筑外部铺贴实木板材面层并刷涂防护漆面。(图9)

雪山书苑的设计从总图、功能，到造型及室内等各个方面，均建立在对木材材料性深刻理解的基础上，采用新的手法诠释了木构建筑的精神。建筑屋顶线脚、梁头处理、墙面转角等细部均经过深入推敲，使整个建筑既具有传统木构建筑的神韵，又展现了当代技术条件下木材建造的现代感。建成以后，书苑成为学校对外交流的重要场所，也与校园环境融为一体，成为校内重要的景观建筑之一。

图7 1－1 剖面图

图8 南立面图

图9 雪山书苑建造过程

4 结语

在人们日益关注生态环保的今天，木构建筑所具有的优势逐渐凸显;诸多实践与实验证明，木材在可持续性、自然性、环保性以及人文精神等方面均具有超越各种人工建材的优势。在我国，木结构房屋是传统建筑的精华，也是传统文化的载体之一;使用木材建造不但体现了古人天人合一、与自然共生的自然观与哲学思想，还折射出他们对自然的尊重。

虽然目前木材工业和木构技术在我国刚刚起步，但木构建筑的发展是当前趋势，必将受到越来越多的关注与青睐，并在建筑市场中占有一席之地。当前，面对森林、土地资源匮乏，消费水平低等现状，探索适合我国国情的现代木建筑发展之路至关重要。为推动现代木结构在我国的快速发展，我们需要进一步推进木建筑教育、改变传统观念并完善木建筑规范与标准，相信绿色、环保的木构建筑必将迎来广阔的发展前景。

［1］美纸.回归与重塑:木结构建筑［J］.中国林业，2001(5):30－31.

［2］刘雁，张建新，周宝国，等.现代木结构建筑及其在中国的发展前景初探［J］.江苏建筑，2005，101(3):5－8.

［3］李顺龙.森林碳汇问题研究［M］.哈尔滨:东北林业大学出版社，2006:78－85.

［4］清华大学国际工程项目管理研究院建筑环境与设备研究所.中国木结构建筑与其它结构建筑能耗和环境影响比较［EB/OL］.［2011－05－01］http://ishare.iask.sina.com.cn/f/7167511.html.

［5］HAGAN S.Taking shape a new contract between architecture and nature［M］.Oxford:Architectural Press，2001.79.

［6］李坚.木材的生态学属性:木材是绿色环境人体健康的贡献者［J］.东北林业大学学报，2010，38(5):2－8.

［7］PALLASMAA J.The language of wood:Wood in finnish sculpture，design and architecture［R］.Helsinki:Museum of Finnish Architecture，1987，22.

［8］刘甦，亓育岱，赵学义，等.因地、因需、因时的设计:山东建筑工程学院图书馆方案设计有感［J］.山东建筑工程学院学报，2000，15(3):22－27.