木结构的艺术——常州市武进区淹城初级中学体育馆设计

蓝健 杜东风 LAN Jian,DU Dongfeng

南京市建筑设计研究院有限责任公司

业主：常州市武进区淹城初级中学

建设地点：江苏省常州市

建筑设计：南京市建筑设计研究院有限责任公司

联合设计：南京工业大学建筑设计研究院

项目负责人：蓝健

设计团队：蓝健、孙艳、杜东风

总建筑面积：3 899.10m2

设计时间：2018

建成时间：2020

摄影：姚力

常州市武进区淹城初级中学体育馆由南京市建筑设计研究院有限责任公司与南京工业大学建筑设计研究院共同合作完成，项目地块位于常州市武进区虹西路以北、西园路以东、淹城初级中学内西侧用地，紧邻学校体育场。项目总建筑面积3 899.10m2，高度约18.10m，为单层大跨木结构与钢筋混凝土框架结构组合体系，体育馆建筑等级丙类。项目的木结构部分采用预制装配式建造技术，通过BIM技术实现精细化加工和安装。木结构装配部分的预制装配率达90%以上，装配建筑面积2 842m2，跨度30.55m，是国内目前建成的跨度最大的木结构体育馆。该体育馆的建成将填补常州市武进区淹城初级中学体育教学空间的空白。

1 设计概念

常州市武进区淹城初级中学体育馆为木结构建筑示范项目，木材的可再生性使其成为重要的绿色、低碳、环保型建筑材料。随着木结构建造技术的提高，其应用越来越广泛。现代装配式木结构通过预制胶合木承重构件、预制钢制连接件的应用，实现了标准化设计、工厂化制作、装配化施工、一体化装修、信息化管理、智能化应用等目标。

木结构是中国传统建筑文化的重要载体，设计团队希望通过对传统文化的研究与结构材料美学的设计，将建筑、结构和材料完美结合，从而实现以木结构为新材料、新技术的示范目标。

6.利用多种德育载体，拓宽德育教育渠道。一是加强德育网站建设，创建和丰富学校德育网站，利用网站对学生进行德育教育和网络道德教育。二是树立榜样和典型，发挥模范作用。三是加强社团建设，丰富学生校园文化生活，拓宽德育教育渠道。

常州市武进区淹城初级中学位于淹城遗址公园北侧，因“春秋淹城”而得名。淹城古称“奄”国，据考古确认建于春秋晚期，距今有2 500余年的历史。遗址为春秋时期所筑，是国内保存最完整、形制最独特的春秋地面城池遗址。春秋时期的建筑为台榭，台榭的基本特点是以阶梯形土台为核心，逐层架立木构房屋，最终形成高台式土木混合结构的庞大建筑物。当时发明的砖瓦等建筑材料与斗拱等结构形式奠定了中国古典建筑的基础，形成了传承数千年的独特建筑形式。

基于上述思考，我们在体育馆造型中汲取了春秋时期台榭建筑的土台、木构、屋顶三段式造型元素：基座采用外挂竖向灰色铝板，密拼窄缝形成厚重感；中部为十根支撑屋面的巨型拼接木柱，通过与基座的虚实关系，强化了屋面的悬浮感；屋顶采用现代简约的平屋面，檐口层层出挑，似斗拱的倒锥形，古典形制与现代构造相结合，形成新的木结构审美。

2 结构体系

体育馆功能包含比赛馆、训练馆以及配套辅助用房，而按照《建筑设计防火规范》第11.0.4条规定，木结构体育馆应为单层木结构建筑。由于场地狭小，配套功能用房采用单层布局难以满足使用要求。因此，为符合规范要求，本项目将单层大跨木结构与钢筋混凝土框架结构结合，主场馆为单层大跨木结构体系，辅房为钢筋混凝土框架结构体系，木结构与钢筋混凝土结构之间完全脱开并采用防火分隔，满足《建筑设计防火规范》第11.0.12条规范要求。

体育馆中比赛馆尺寸为35m×31.2m，训练馆尺寸为31.2m×15.2m。比赛馆、训练馆以及主入口门厅的结构形式为大跨装配式木结构，木结构东西向为一跨，柱跨30.55m，南北向为五跨，柱跨13.9m。装配式木结构范围尺寸为57m×31.2m，檐口悬挑6.1m。

木结构设计采用预制构件装配式技术，装配式木结构采用木柱与木桁架组成的主体结构，十根异形拼接格构柱支撑上部屋盖，屋盖采用主次木桁架形式，基础类型为独立基础。木柱为异形拼接格构柱，由四根400mm×400mm木柱组合而成，中部设置100mm×100mm钢管作为连接核心。格构柱底部采用装配式螺栓节点，与基础半刚性连接。在主体结构中，四根格构柱与若干150mm×400mm的木梁叠合，形成由现代斗拱组合而成的木结构竖向承重体系，这种体系沿用了传统木结构的特征，将传统建筑艺术融入了现代柱梁结构体系中，受力合理，为国内首创。

1 总平面图

2 平面图

3 夜景鸟瞰

4 体育馆侧立面

5 斗拱与柱节点

6 柱与桁架交接节点

7 木桁架交接节点

8 体育馆主入口

9 桁架与斗拱构件组合

10 檐口转角

11 室内屋顶细节

12 室内空间

五榀双拼大跨胶合木桁架与纵向木桁架组合形成屋面主体结构，桁架之间通过设置木檩条提高屋面结构的整体性。楼盖顶棚采用双向木龙骨格栅作为承重构件，格栅顶板为胶合木板（OSB）、底部为水泥压力板，中部空腔填充A级燃烧性能的保温岩棉。顶部采用木桁架结构找坡，减轻找坡层的自重，木桁架上平铺胶合木板、防水层和铝板饰面层，并以此作为屋面。

体育馆装配式木结构部分未做吊顶，通过暴露结构的方式进一步表现结构与材料的美学特征，降低木结构的装修成本，从而让木结构建筑的综合建造成本与现浇钢筋混凝土结构建筑的建造成本基本相当。

3 防火设计

在单体设计中，由于采用单层大跨木结构与钢筋混凝土结构组合建造的方式，木结构与钢筋混凝土结构之间需要采用防火分隔，根据《建筑设计防火规范》第11.0.12条规定，可以分别执行《建筑设计防火规范》对木结构建筑和其他结构建筑的规定。本工程木结构部分设置了自动扫描射水高空水炮灭火系统，根据《建筑设计防火规范》表11.0.3-2规定，每层防火分区最大建筑面积为1 800m2。因此根据木结构与钢筋混凝土结构的类型设置了两个防火分区：一为木结构部分，面积为1 578m2；二为钢筋混凝土结构部分，面积为956m2，分别满足规范要求。

本体育馆为教学建筑，根据《建筑设计防火规范》第11.0.7.3条规定，木结构部分按照教学建筑类型控制室内疏散距离，保证房间内任意一点至最近疏散门的疏散距离不超过12m。

根据《建筑设计防火规范》和《木结构设计标准》，胶合木构件的耐火极限为1h，从结构美学与材料美学的角度出发，在本项目中不考虑在木结构材料上刷防火漆，而采用木结构自身的耐火极限进行防火设计。

4 BIM技术应用

本项目在设计过程中采用全专业（建筑专业、结构专业、设备专业）、全过程（方案设计、初步设计、施工图设计）的BIM设计，并且利用BIM技术进行绿色仿真模拟计算。装配式建筑的核心是“集成”，而BIM技术是“集成”的重要手段，能够串联起设计、生产、施工和管理的全过程，服务于装配式建筑的全生命周期。

通过BIM技术进行木结构构件的可视化设计，实现预制构件模型的实时浏览与更新，满足工业化建筑设计标准化、构件部品生产工厂化、施工安装装配化、生产经营信息化以及建筑项目生产集成化等装配式要求。

本项目木结构的设计过程，创建了标准的BIM预制构件库，既能满足设计的标准化，又能满足工厂的规模化、自动化加工以及现场的高效组装要求。在完成三维深化设计模型后，快速生成构件的平、立面图纸，并对模型任意剖切，准确生成剖面图纸，避免了传统CAD工作模式所带来的错、漏、碰、缺等问题。利用BIM技术的三维可视化、一体化协同平台，实现多专业、多环节的信息共享，使建筑、结构、机电、装修设计一体化。此外，基于BIM模型的预制装配式构件计算机辅助加工（CAM）技术以及构件生产管理系统，将BIM信息直接导入工厂中央控制系统与加工设备对接，设计信息与加工信息共享，实现设计、加工一体化。施工现场通过BIM模拟安装，准确显示构件的位置和搭接顺序，确保施工安装顺利完成，实现施工安装装配化。

5 结语

在中国建筑师心中，木结构具有独特的地位和情结，因此常常被赋予传承的使命。但是和传统的建构体系不同，现代木结构会面对各种结构计算难点和方方面面的规范、规定限制。如何通过现代技术将结构计算与形式美学完美统一，是现代木结构所面临的重要课题。对常州市武进区淹城初级中学体育馆设计的反思或许能够带我们回归建构的基本问题。