英国木筋墙建筑的“软传统”及“软传承”

2022-08-23 14:54徐洪澎李佳忆吴健梅
世界建筑 2022年8期
关键词:木构木材构件

徐洪澎,李佳忆,吴健梅

0 引言

英国建筑史学家丹· 克鲁克香克(Dan Cruickshank)在《弗莱彻建筑史》(Sir Banister Fletcher's: a history of architecture)一书中写道:“木结构建筑当之无愧地被公认为中世纪英国建筑技术的最高成就”[1]。而盛行于欧洲、在英国结合本土文化形成独树一帜风格的木筋墙建筑(Timber-Framed Buildings,Half-Timber Architecture)1)[2]更是其中的佼佼者。该类建筑是由尺寸较小的木构件小间距排布,用当地易获取材料填充于框架之中形成墙体,并在建筑外墙面裸露结构框架的木构建筑体系(图1)[3]。

目前确切可考的木筋墙建筑最早诞生于13 世纪末的德国[2],随后在英国发扬光大。金雀花王朝(1200-1485)时期的木筋墙建筑多采用弧形木构件(crucks)[4]118,且由于尚无精确的力学计算方法,常有构造不合理之处,结构构件均较为粗大。随着都铎王朝和斯图尔特王朝前期(1485-1649)技术的进步,该类建筑逐渐出现大量更合理、高难度的建筑形式[2],随之减少对弧形木构件的应用;技术的进步带动了建筑多样快速的发展,英格兰地区基于各地木材资源情况逐步形成地域性的建筑形态。1649 年后,由于木材资源限制等多方面原因导致英国木筋墙建筑进入衰败期,逐渐被新形式的木构建筑所取代。

尽管英国森林面积仅为320.5 万hm2[5],位列世界130 余名,但现代木构建筑却进入快速发展轨道,不但建设数量激增“使得英国木材等建筑材料的采购价格以近两年最快的速度上涨”[6],更有英国天空广播公司大楼、Stadthaus 公寓、麦卡伦新酿酒厂和游客体验中心等大量有影响力的现代木构建筑不断建成。然而,在新建木构建筑中几乎没有木筋墙建筑细部或整体形式的应用。仅从表象看,英国人并未注重这一建筑财富的传承发展,该现象违背了人们对英国极为重视历史的认知。基于此,本文通过文献分析并结合实地考察等方法,结合“软传承”建筑理论,旨在探索英国木筋墙建筑特征表象后的“软传统”及其与现代木构建筑特征的关联性,从而厘清英国木筋墙建筑传承方式。

2 多样的嵌接方式,根据参考文献[8]改绘

3 英国木筋墙建筑的3种典型结构构造

国内缺少木筋墙建筑的详实资料,但英国对该类建筑的研究从未停止。本文作者在英国访学期间进行实地考察并收集相关资料,包括Timber and Brick Building in Kent[7]、Timber-Framed Buildings of England[8]、Timber Building in Britain[4]等专著,发现目前研究多侧重物质层面,并以建筑地域、功能类别、发展沿革为切入点阐述其技术层面的材料、结构及形态,但研究范围较为宽泛,缺乏针对性提炼,并未系统归纳该类建筑技术特征并挖掘其内涵。

1 建筑特征表象下的“软传统”

传统建筑的实体特征产生于特定的时代需求和技术限定,僵化地应用于现代建筑往往不具备合理性。侯幼彬先生提出的“软传统”理论[9]指出:注重建筑理念等非物质“软传统”的表达是更加可行、有效的建筑文化传承方式,可以使新建建筑既有时代性的“形”,又兼具传统性的“神”。英国木筋墙建筑的文化是否实现了良好的“软传承”?首先要厘清其建筑特征表象后的“软传统”。

1.1 材料——资源限制下聪明的物尽其用者

受资源与经济条件制约,木筋墙建筑不仅选用本地廉价易得的材料,物尽其用的理念也贯穿了材料应用的全过程,实现了经济与生态效益间的平衡。

首先,该类建筑得以产生和发展的基础就是其小木料应用策略。通过加密结构构件的排布缩减了梁柱等建筑构件的尺寸,不但会大大降低对大尺寸木料的依赖,而且会减少木材总量的消耗。同时,小木料可以更为精准地应对结构受力需求,更高效发挥材料的结构效能,且不过度侵占室内空间。

其次,多数木构建筑类型都只能选用少数性能优越的木材种类,而木筋墙建筑通过合适的应用方式最大化扩展了树种选用范围。在英国多数地区,橡树由于较为常见且耐候性最佳被定为首选树种,树干做柱子和横梁、挺直的树枝做椽子和搁栅、弯曲的树枝做支撑构件等[4]。榆树由于其耐腐蚀性好的特点次之[4],主要用于其他次要构件,如墙骨柱、地板等[8]。白蜡树、栗树、速生木等性能不佳的木材也在资源紧缺的条件下被应用于木筋墙建筑的非结构构件和部分结构构件[4]。此外,木材供给不足也使得新建建筑越发频繁地应用从旧建筑或船体回收得来的老旧木材。

再次,大量采用的木材接长措施进一步提高了木材的应用率。系梁等较长的构件因难以找到兼顾尺寸及质量的木料,木匠就以短木料相互嵌接(scarf joints)的方式进行延长,从而满足构件需求(图2)。嵌接的连接方式与中国的榫卯有些类似,不同之处是英国会在部分连接处采用木销加以固定[3],在后期森林资源匮乏后,随着原生的大尺寸木料越来越少,嵌接的应用也越发普遍。

1.2 结构——科学观念下灵活的体系建构者

结构学者认为:“从结构方面来看,木筋墙建筑受欢迎是因为其在有限的经济技术条件下,提供了足够的强度和良好的抗震性能”[10],结构体系在其中发挥了首要作用,即使以现在的结构标准来考察,木筋墙建筑的结构体系不但在整体上受力逻辑清晰,在构件尺度上也非常契合受力状态。更为可贵的是在科学的创作观念下,形成了多样的体系形态,代表性类型为3 种:格式木刚架(box-frame construction)[4]100、弧框木拱架(cruck construction)[4]122、带侧廊的木构架(aisled and quasi-aisled construction)[4]89(图3),每种类型又包含变化丰富的样式,充分体现了其灵活的体系建构理念。

格式木刚架是木筋墙建筑中最为常见的结构体系,主要是由墙骨柱承重并围合成长方体空间的结构类型。该结构可通过多个格式木刚架组合,形成契合功能的大空间,如3 组格式木刚架拼成的位于萨福克郡的小教堂(图4)。但在应用过程中发现格式木刚架的结构稳定性不足,木匠便通过在格式木刚架的四周设置角支撑构件加以解决(图5)。由于造价低廉、实用性佳且变化性强的特征,格式木刚架常用于住宅、教堂、学校等建筑中。

4 位于萨福克郡的小教堂(The Chantry,Sudbury,Suffolk,引自参考文献[4])

5 角支撑构件示意,根据参考文献[8]改绘

6 6种常见弧框木拱架构造形式,根据参考文献[8]改绘

7 位于维尔特郡的谷仓(Tithe barn at Bradford on Avon,Wiltshire),引自参考文献[4]

8 带侧廊的木构架的多种支撑构件形式,根据参考文献[8]改绘

9 带侧廊的木构架及弧框木拱架的复合形式,根据参考文献[8]改绘

弧框木拱架为英国独有的刚架形式,通常由被系梁或横向约束构件连接的弧形木构件纵向排布组成。有学者基于该类弧框木拱架与哥特式建筑的石作拱券处于相同年代且结构类似的特征,推断二者有一定关联,但未曾找到强有力的佐证[1]。因为分立左右且完全对称的弧框木构件需大尺寸木料制成,因此出现了一系列灵活应对木料限制的弧框木拱架形式(图6)。另有部分变化是由于弧形木构件向内倾斜的构造带来使用的不便,故将弧形木构件架至距地面至少5英尺(152.4cm)的承重墙上[4],释放了底部空间(图7)。

带侧廊的木构架是为增加建筑跨度而出现的刚架形式,由一排或多排柱子支撑以形成双廊道或三廊道空间。该类刚架的变化不仅体现在廊道空间数量,其内部轻质支撑构件的形式也在不断衍变,多种轻质支撑构件的应用极大丰富了刚架形态并增加了稳定性(图8)。此外,由于该类刚架的廊柱影响空间利用,出现了弧框木拱架与带侧廊的木构架整合以形成兼顾二者优点的复合形式[8](图9)。

1.3 形态——形式思潮下可贵的技术表现者

在英国木筋墙建筑发展过程中,从拜占庭建筑、罗马式建筑、哥特式建筑、文艺复兴建筑再到巴洛克建筑,这些聚焦于形式风格的思潮不断更迭,对当时的建筑创作产生了巨大的影响。然而,注重实用主义的木筋墙建筑却几乎未受影响。作为小型建筑,其追求实用性与低廉造价之间的性价比,装饰性构件极少。却巧妙采用表现材料及结构的方式塑造建筑形象并表达地域差异,刻意追求表里如一的建筑美学,如今,人们已经越发认识到这种技术表现理念的先进性并广泛采用,但在当时是少见且难能可贵的。

10 墙骨柱构图发展

11 英格兰东部木筋墙建筑形态特征

12 英格兰西部木筋墙建筑形态特征

13 英格兰北部木筋墙建筑形态特征

14 “软传统”—“软传承”设计路径

木筋墙建筑在产生的初始阶段所呈现的结构外露特征被认为是受到当时技术和材料的限制不得已而为之[11],但随着技术与经济的发展,人们保持了技术表现的理念,仅在原基础上将外露的墙骨柱格构形态与形式美法则进行了结合,发展出诸多极具形式感的墙面构图形态,通过逐渐复杂的纹样反映出拥有者的审美情趣和社会地位(图10)。

此外,受英格兰东、西、北3 个地区森林资源差异的影响,表现出了地域性的排列方式。东部地区丰厚的森林资源使得该地区木材的用量位列三区榜首,密集的木质墙骨柱几乎占墙体的50%[8],这也致使其装饰性超过了实用性(图11)。西部地区的森林资源不足,木质墙骨柱设置的数量也以结构合理、不浪费为基准,故墙骨柱形成了近似正方形的网格式排列,简洁的形式与东部形成鲜明对比(图12)。北部地区林地较多,因此其木材的用量介于东、西二者之间,其山墙面的上部多采用墙骨柱向中线处倾斜的人字形图案的样式,下部与东部的密集排列近似[8](图13)。

有文献记载表明,随着建筑技术成熟,木匠已将有保温等功能的覆盖层运用在既有建筑的墙体表面,但随后人们认为包裹了覆盖层的墙体丧失了原有的美感,而选择将其拆除[8]。显然,人们已经认识到该类建筑的形态之美与材料和结构的表现密不可分,因此执着于对这种技术表现方式的应用。

2 节材核心理念下的“软传承”

英国文化非常崇尚传统,同时,海岛资源稀缺的限制又让英国形成讲求实用的理性主义文化,在上述双重文化观念作用下,英国人既能积极、深入地学习传统建筑,又能果断地将“软传统”无障碍地运用于新载体[9],从而实现可行性与有效性兼顾的“软传承”。具体而言,根植于木筋墙建筑的文化观,展开“软传统”思维模式的提取与转译,其中“节材理念”决定了设计起点的核心观念和指向,引导整个设计生成过程,是设计意图进行物化表达和创新的决定性因素。在传统营建体系与当代建筑知识体系之间博弈与整合的过程中,重构思维方式、优化设计方法,进而实现了扎根于自身传统建筑文化的自主性“软传承”(图14)。

15 木材资源生态循环的极致利用

16 结构特征在英国现代木构建筑中的“软传承”

17 形态特征在英国现代木构建筑中的“软传承”

2.1 “极”——极致利用资源探索材料拓展

英国对木材极为喜爱,但森林资源依然稀缺,使其顺理成章地在现代木构建筑中继承了“物尽其用”的用材理念,相对于木筋墙建筑全面集约的用材思想,英国现代木构建筑的创新实践聚焦于全方位地探索材料的拓展应用,表现为3 类极致利用资源的方式:利用小尺寸“废”材;重组木质复合材;拆解后单元再利用(图15)。经过多年研究和实践,在世界范围处于领先地位,形成英国现代木构建筑发展的一项突出特征。

利用小尺寸“废”材的方式与木筋墙建筑极具针对性的用材方式一脉相承,皆为依据材料特性将其运用到合理位置。英国胡克公园(Hooke Park)内的生物质锅炉房项目探索了将此前只能作为烧火燃料的弯曲树干作为主要结构和围护材料的可能。结合现代技术测绘手段和参数化设计协作的方式,依据林区枝木自身的弧度,采用类似井干结构的建构方式,塑造了具有优美曲线的建筑形式[12]。Brockholes 湿地游客中心则尝试将作为废材的小且薄的木片应用于屋顶,该举措很好地发挥了木材质轻与保温的特性,并与建筑整体风格统一。

木筋墙建筑发展至后期,由于资源匮乏致使回收利用现象较为常见,多是拆解后直接用于新建筑,而当代的重组木质复合材及拆解后单元再利用的方式均采用了一定加工手段将废料和拆解下的材料进行转化,使其不再受限于材料尺寸及功能,拓展了应用边界。软木住宅(cork house)开创性地将软木林业的废料制成膨胀软木并垒砌形成建筑,通过发挥软木集环保、质地柔和、隔声等为一体的优势,达成单一材料构筑围护结构的目标,以此突破传统的多材料及多构造层的组成方式[13],形成了简洁、坚固及生态的围护体系。海斯廷斯码头(Hastings Pier)于2017 年获得英国斯特林奖2),虽是以巧妙地设计重振火灾破坏的历史遗迹而备受推崇,但其应用回收拆解后单元的具体手法颇值得借鉴,该改造建筑回收了原码头的木板作为建筑表皮[14],保留原有的地域性并给予当地人以归属感。

2.2 “轻”——轻质构件组合实现结构创新

木筋墙建筑以小木料用材而出名,并在结构合理的基础上展现出极强的变化性。英国现代木构建筑实践也锁定了这一设计路径,注重结构创新与受力合理间的关系,兼顾并发扬了轻量化及擅长变化的传统。带侧廊的木构架最契合上述两方面因素,本文仅以此为例进行详解(图16)。

带侧廊的木构架具有多样的构件组合方式,屋架格构更是设计的重点,现代英国木构建筑同样极为重视屋架格构的创新并进行多次将轻质和变化相结合的有益尝试。码头控制中心(Command of the Oceans)将原有造船厂较为笨重的传统三角屋架格构形式进行创新,轻质构件的组合加强构件间联系使受力更为合理,表现出更具现代感的视觉效果。温莎公园游客中心(The Savill Building)是由小尺寸截面的长条构件通过密集排布和简单连接的方式实现了壳体结构[3],小构件高度重复的建构方式看似构件很多,但实际上由于构件标准化,组装施工也较钢结构简单许多,形成优美、轻薄的曲线屋面结构形态。

带侧廊的木构架采用多个支撑构件连接的方式强化整体性,这一特征在英国现代木构建筑中同样有所体现,且由于技术进步,更倾向于采用梁柱变异整合进而形成空间结构的方式。剑桥中央清真寺结合数字技术将梁柱以平滑的曲线连成一个整体,并在屋顶处交错,该形式极大地加强了结构的整体性,且依靠艺术处理,呈现轻巧的视觉效果。爱德华国王主教堂(Bishop Edward King Chapel)的梁作为柱的延伸,在顶端通过斜向组合形成空间结构,使结构更加整体,受力效率有效提高,即使在营造教堂崇高氛围而提高结构空间高度的情况下,木质结构构件也显得十分轻盈。

2.3 “显”——凸显木材特质寻求技术表现

英国木材资源的匮乏使其越发注重木材的高效利用,此举与北欧、北美等木材资源丰富地区采用隐形的应用方式相反。木材独有的自然特质及木结构公认的突出表现力,与木筋墙建筑结构外露展现建筑形象的显性化传统理念相结合,促使英国现代木构建筑在形态表现方面进一步形成了自身的发展倾向,并在实践中具体表现为暴露整体结构和突出表皮肌理两类(图17)。

暴露整体结构是通过木结构的技术表现高效率地营造建筑的空间形态特征与品质,这一理念与木筋墙建筑相同。由于木材耐候性的原因,当代木构建筑更倾向于将结构用木材置于建筑内部,并在其上覆盖大面积玻璃,既满足了展现结构并表现木材质感的初衷,又可以更好地保护木材延长其寿命。Peter Hall 表演艺术中心采用斜肋构架的木质屋顶与大面积的玻璃窗相结合,玻璃窗的存在消融了室内外边界,并配以柔和的灯光进行强化,烘托建筑氛围。谢菲尔德市冬园温室则更为极致,采用全木质拱结构并在外侧全包玻璃的方式使得木质结构展现的更为彻底。金丝雀码头地铁站在屋顶处采用的木质单层网格结构不但与顶层室内景观公园相得益彰,水平向挑出的构造形式及其上覆盖的透明材料也使得木结构作为建筑的亮点得以更好地展现。

木材作为装饰构件,不需担心材料受损而影响力学性能,因此多搭配艺术处理作为表皮肌理应用于建筑立面并实现良好的装饰效果。Bedales 学院与艺术设计楼(Bedales School Art and Design Building)以木格栅作为立面装饰,不但起到遮光作用,还因与木墙体达成虚实对比的形式美而具有更强的艺术效果,弱化了建筑以谷仓为造型的笨重感。

3 结语

英国木筋墙建筑发展至今延续了800 余年,在英国建筑和世界木构建筑的发展历史中均占据重要地位。在其独树一帜的建筑特征表象下蕴含着极具价值的“软传统”,可归纳为3 个方面:(1)材料运用方面体现为资源限制下的物尽其用;(2)结构建构方面体现为科学观念下的体系建构;(3)形态创作方面体现为形式思潮下的技术表现。从表象上看,快速发展且已展示初步成就的英国现代木构建筑并未明显体现出木筋墙建筑的特征延续,然而,通过对英国现代木构建筑的考察,发现其初步形成的建筑特征是由传统建筑的“软传统”在现代建筑知识体系背景及木材资源紧缺的制约下经过转译而成,体现为极致利用资源探索材料拓展、轻质构件组合实现结构创新和凸显木材特质寻求技术表现。这种传承方式是受英国崇尚传统和理性主义文化双重作用的自然结果,同时,英国与北欧、北美、中欧等先进现代木构建筑区域的关联有助于设计者更广泛、深入地吸收技术与理论,从而高效地探寻有效的传承方式。

我国传统木构建筑的成就和影响力远远大于英国木筋墙建筑,“软传统”内涵也必然更加丰富,由于资源限制和技术适应性等原因而中断发展数十年,未能达成良好的传统木构建筑文化的“软传承”。一方面,我们对传统木构建筑“软传统”的解读大多停留在“道法自然、天人合一、阴阳平衡”等宏大哲学思想的本体层面,缺乏对这些思想与建筑映射关系等层面的深入解读;另一方面,尚缺乏对国际先进现代木构建筑技术和理论的内化过程,专业人员数量和知识储备还远远不足。当我们将视角聚焦于“软传统”,即不意味着仅以某种表象的方式呈现传统,而是以当代的视角选取“软传统”中的合理内核,指导建筑生成与建造方法向更高层次的“软传承”。可喜的是,近年来我国现代木构建筑呈现高速发展态势,相关法规政策不断完善,加之借鉴国外的成功经验,相信我国木构建筑发展定能重新回到引领世界的轨道。

注释

1) 该类建筑名字较多,如木筋墙建筑、半木建筑及木骨造等,由于国内未有统一命名,本文选择其中最为常用的木筋墙建筑,来源参考文献[2]。

2) 斯特林奖以建筑师詹姆斯·斯特林(James Stirling,1926-1992)命名,成立于1996年,每年由英国皇家建筑师学会(RIBA)颁发给英国近期最好的建成建筑,被认为是最负盛名的英国建筑奖项。

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