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东南大学硕士学位论文现代大跨木结构建筑设计研究姓名：李燕申请学位级别：硕士专业：建筑设计及其理论指导教师：王静20071101 摘要在当今社会，随着自然环境的只益恶化和自然资源的逐渐匮乏，严峻的现实状况使得可持续发展的观念口益深入人心。于是，人们开始在建造活动中有意识地使用可再生建筑材料。木材便是一种具有良好生态性能的可再生材料，它的广泛使用有助于减少在建造活动过程中所产生的能耗。近年来，由于材料加工技术和结构技术的进步，木材在北美和日本等国家已经被用于建造大跨结构。这些现代大跨木结构不仅结构安全可靠，而且空间形态新颖，体现着技术与人文并重的时代特征。在我国，虽然有着辉煌灿烂的古代大跨木结构建构文化和令世人赞叹的建筑实践，但到近代，随着钢材、混凝土等新兴材料在大跨建筑领域的广泛应用，木结构在国内日渐式微。近年来，国外大跨木结构的蓬勃发展为我国在继承民族传统文化的基础上进行大跨建筑设计创新提供了契机。因此，在当代文化与技术背景下．研究现代大跨木结构这种建筑类型的建筑设计具有非常重要的现实意义。本研究以现代大跨木结构为研究对象，探讨这一结构类型的建筑在当代建筑设计中豹表现形态及相关设计方法。本文首先探讨了大跨术结构的历史发展沿革，分析了古代大跨木结构的建筑表现特点及结构技术成就；同时，对现代大跨木结构的优势和不足作了概括和分析。其次，本文以现代结构体系的相关知识为理论基础，对现代大跨木结构的主要结构类型和受力特点进行了归纳分析。第三，本文对现代大跨木结构所涉及的材料、节点构造和施工建造技术进行了分类总结。第四，本文结合案例，以技术美学观为指导，对现代太跨术结构的建筑表现特征进行了分析。笔者从结构表现、节点表现和材料表现三个方面入手进行分析：在结构表现方面，本文阐述了现代大跨木结构的空间形态与结构形态之间的关系，分析了结构体系的建造逻辑表现和造型表现手法：在节点表现方面，本文分析了节点的构造逻辑表现和造型表现{在材料表现方面，本文主要从木材的材料特性在建筑中的表达和多种材质的组合两个方商进行论述。另外，本文还从人文视角，分析了现代大跨木结构对地域文化的表达。最后，本文展望了现代大跨木结构在建筑设计领域中的发展趋势。全文约59，100字，插图200余幅。关键诃：现代大跨木结构建筑表现空间形态结构材料 东南大学硕士学位论文ABSTRACTNowadays．naturalenvironmentisgettingworseandnaturalresourceisgettingmoreandmorelimited．Theaustereactualitynlak％thesustainabledevelopmentviewbeacc印tedbymanypeople．Uponthat,peoplebegintou∞renewablebuildingmaterialsinconstructionactivityconsciously．Woodisakindofecologicalmaterial．Theuseofwoodishelpfultoreducetheenergyconsumptionintheprocessofconstructingbuildings．Inrecentyears，withthedevelopmentofmaterialtechnologyandstructuretechaology,woodhasbeenusedtobuildLarge。spanWoodStructureinNorthAmericanandJapan．TheLarge-spanWoodStructurenotonlyhasreliablestructure,butalsohasnovelspatialmorphology,whichshowsthetimespiritofemphasizingtechnologicalandhumanisticcharacteristic．InChina，althoughwehavesplendidcultureofarchaicLarge—spanWoodS1]mctureandexcellentconstructionpracticeofit，withtheapplicationofconcreteandsteelinnewperiod，Large-spanWoodStructureislessdeveloped．TheprosperityofModemLarge—spanWoodStructureinforeigncountriesgivesachancetodevelopingLarge-spanWoodStructureonthebaeeofinheritingtraditionalvultureoftbenationinChina．Therefore，itisverysignificanttomakeclearthearchitecturalcharacteristicsandexpressionmethodsofModernLarge-spanWoodStructure．ThisstudytakesModemLarge-spanWoodStructureasresearchobject，andprobesintotheexpressionand"levantd∞ignmethods．First，thethesisdevelopsfromLarge-spanWoodStructure’sdevelopmentlIistow,analyzesthearc№cturalexpressioncharacteristicsandstructuretechnologyachievementofarchaicLarge-spanWoodStructure．Atthesametime，weanalyzeandsummarizethemaintypeandmechanicalcharacteristicsofModemLarge-spanWoodStructure．Second，wesunlupthematerial，nodestructureandconstructiontechnologyaboutModemLarge-spanWoodStructure．Third,withtheguidanceoftechnologicalaestheticstheory,weprobeintothearcKtecturalexpressioncharacteristicsofModemLarge-spanWoodStructure．Wecattyonanalysisbyseveralaspects：structureexpression,nodeexpressionandmaterialexpression．Onstructureexpression，weprobeintotherelationshipbetweenspatialmorphologyandstructuremorphology,analyzetheexpressionofstructurelogicandstructuremorphology；onno血expression．weanalyzetheexpressionofnodelogicandnodemorphology；Onmaterialexpression,weanalyzetheexpressionaboutmaterialcharacteristicsandthecombinationofdifferentmaterials．Finally,wemakeprospectsinthedesigntrendofModemLarge-spanWoodStructure．Totalwordscount：59。100；Totalillustrationscount：morethan200．Keywords：Large-SpanWoodStructure，Architecturalexpression,SpatialMorphology,Structure,MaterialⅡ 东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。．}节．研究生签名：座墼日期：趟：主：z!东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：盔蒸导师签名：兰堑日期：!星．2．垒2 1．课题的意义绪论进入二十世纪，随着自然资源的日益紧缺和生态环境的恶化，人们开始关注社会的可持续发展和生态环境的保护。有关数据表明，当代建筑活动消耗的能源占全球总能耗的50％以j：，而且建筑活动也是最主要的环境污染源。如果能在建筑活动中使用对环境负面影响小的可再生建筑材料，就可以缓解自然资源H趋紧张的局面并且可以更好地保护生态环境。术材就是一种低环境负荷的可再生建筑材料。它的科学利用可以减轻因人类的建筑活动使自然环境所承受的负担。一个被称为“雅典计划”的科学研究项月，使用“生命周期分析”方法，将混凝土、钢材、木材对环境的影响进行了研究。这种分析方法对产品寿命中的各个阶段(资源提取、生产过程、建设、服务、用后处置)的能源、材料消耗、气体和液体的排放固体废物的产生进行量化评估，得出主要建材寿命周期对环境的影响系数(如表1)。从表中我们可以看出：在常用建材当中，木材对环境的负面影响最小。而近些年来出现的现代大跨木结构就使用了木材这种低环境负荷的可再生建筑材料，因此研究这类结构具有积极的生态意义。表1主要建材寿命周期对环境的影响系数材料水污染温室效应空气污染指数固体废弃物木材1l1钢材1201．471．441．37水泥0．91．881．691．95我国几千年来‘直保持着建造木构建筑的传统。有着辉煌灿烂的古代大跨木结构建构文化和令世人赞叹的建筑实践。古代的劳动人民曾建造有皆如汴河虹桥、泰顺术拱廊桥、四川I灌县都江堰的安澜桥等大跨木结构，这些结构以巧妙的结构构思在有限的技术条件下实现了较大的跨度，不仅有深刻的文化l上4涵，而且表现手法独特，至今仍有值得我们借褡之处；到了近现代，由于结构强度和材料耐久性等问题，大跨木结构的发展曾‘度停滞。然而随着社会的文明进步，后』=业化思潮的出现，人类义开始重新关注建筑的人文意义和地域属性。在这种社会人文背景下，关注和研究现代大跨木结构对继承民族传统文化有着深远的人文意义。～llqk生产技术进步带来了材料性能的改变和结构技术的进步，这对现代大跨度术结构的发展起到了推动作用。过去仪在较小规模的建筑中使用的术材，如今已可被设计师应用在大跨结构当中。近年来国外所涌现的～1参见刘雁张建新周宝国环志中，现代木结构建筑及其在中国的发腱日口景初探，江苏建筑[Jl，2005，(3)：6 东南大学硕士学位论文些现代大跨木结构建筑充分发挥了木材的材料特性和力学特点，拓展了木材在建筑领域的使用范围，颠覆了人们长久以来对于小建筑跨度小、结构耐久性差的固有观念，其建筑形式新颖、设计手法独特，是大跨建筑设计领域的一个亮点。然而，由于受到技术水平、林业资源的限制，在发达国家得到普遍应用的现代大跨木结构建筑在我国至今仍是盲点。一般’隋况下，现代大跨木结构对建筑造型设计的要求独特、对建筑技术的依赖性强，需要建筑师具备多学科的综合素质。因此，研究国外的优秀大跨木结构设计案例并分析其类型特点、技术要素、建筑表现特点和新的设计趋向，对我国建筑设计师在新的技术条件下准确把握现代大跨木结构建筑的技术背景和设计手法进行建筑设计创新具有重要的实践指导意义。2．该课题在国内外进展概况欧美和日本等国在现代大跨木结构领域的研究和应用已有数十年历史。由于这些国家具有天然的林业资源优势和成熟的林业管理体制，所以木材原料在那里能够实现可持续供应。同时．他们较早地关注木材产品的加工和利用，掌握了处于世界领先水平的工业木材加工技术。这些国家研究开发的层压胶合木、木基复合材等木质产品不仅保持了木材良好的天然特性，而且显著改善了天然木村的诸多缺陷(如木结、强度、构件尺寸、变形、防腐等)，使得材料的力学性能大大提高，拓展了木材作为结构材料的应用领域。充足的原材料、成熟的材料加工技术和先进的建筑结构技术为现代大跨木结构在国外的蓬勃发展奠定了物质基础。近几十年来，国外出现了多种结构类型的现代大跨木结构。1976年，美国建成跨度为122米、采用木筒拱结构的爱达荷州立大学足球场屋盖；1980年，美国建成直径162米、采用木网壳结构的塔科马穹顶：1988年，日本熊本县建成跨度56米、采用木网架结构的小国町民体育馆；1992年，日本出云市建成直径143米、采用索拱混合结构的出云穹顶；1994年，挪威建成跨度百米以上、采用木拱结构的哈马尔奥林匹克滑冰馆：1998年，日本建成跨度79米、采用悬挂式结构的长野奥运会纪念馆。这些大跨木结构不仅结构合理、造价经济，而且具有较高的美学价值。在现代大跨木结构建筑设计的理论研究领域，国外的进展人致如下：德国学者GotzGutdeutsch编著的((Buildinginwood：constructionanddetails))、日本建筑师金川慧英和冈田章所著的《木材空间构造》、英国学者内奥米·斯坦格爱得华兹编著的《新型木建筑》、英国学者RuthSlavid编著的((WOODARCHITECTURE))等书籍以及美国林业及纸业协会、加拿大木业协会等组织的官方网站和协会杂志上对现代大跨木结构的相关技术问题和案例有一定的介绍和评论，但仍然缺乏建筑设计角度的系统的理论分析和研究。在大跨度木结构的设计及理论方面，国内建筑界也有一定的尝试：2 绪论1952年，北京清华大学建成一座跨度为29．5米的裂环接合双铰框架的木结构礼堂(图0—1)。由于其超大的木结构跨度，建成当年即赢得“远东第一水结构”的美誉(亦称西大饭厅，据了解，该建筑已被拆掉)。1954年，屋顶结构中部分采用木结构的重庆市人民大礼堂竣工。该建筑穹顶下部采用钢结构、上部采用木结构，是建国初期复古主义的典型作品(图O一2，图0—3)，较好地体现了传统形式与现代技术的融合，后被收录进了英国皇家建筑学会编撰的《建筑史》。1963年，我国利用自制脲醛树脂胶，试制成功跨长26米的胶合的术屋架。1989年，铁道部北京防腐J‘和中国林业科学研究院木材工、lk研究所、中国建筑技术开发公司合作，用问苯二酚一苯酚一甲醛树脂胶为砸运会工程康乐宫戏水乐园制成跨长30米的胶合／卜梁。(康乐宫戏水乐园是为了迎接1990年在北京举办的第十一届亚运会而修建的，该建筑在两年fi；u-由于运营问题而被拆除。)2004年，上二海余山高尔夫球场的水面上建造了国内首个采用l：程木结构搭建的跨度为33米的桥梁(图0．4)。(这座桥的设计者是美国西部木结构公司首席工程师保罗·c·吉尔汉姆。)然而，巾于林业资源的限制和材料加工技术的相对滞后，现代大跨木结构在我国的发展状况同国外相比还存在一定的差距。尤其是在国内建筑设计界，建筑师们对与之相关的技术要素了解得还不够深入，相应的表现手法也相对匮乏。如南京市奥体中心在体育馆和游泳馆的门厅屋面结构中引入了木材这种源于自然的环保材料，然而令人感到遗憾的是，该建筑中应用的术材仅仅是包裹在钢结构梁外的1层装饰而己，并没有真正起到结构作用(如图0—5，0—6，0—7)，由此产生的建筑细部也无法反映该建筑中结构构件间的真实建构逻辑。这说明，国内的·部分设计者还没有充分理解现代大跨木结构的设计要点，对这一新的建筑类型的认识还停留在单纯表现建筑形式的层面卜。3 东南大学硕士学位论文在理论研究方面：哈尔滨工业大学的沈世钊教授在二十t!i纪五六十年代，曾以建筑结构专业的视角对“胶合木结构”做过相关的技术性研究。此后，有少量的建筑结构学科和材料学科的学者在从事这方面的技术性研究，如中国林科院木材工业研究所研究员王正教授近年来在从事建筑结构用竹材板材和型材制造技术的相关研究：湖南大学的肖岩教授近年来在从事现代竹结构课题的相关研究；同济大学的建筑结构专业硕士研究生刘明哲在其硕+学位论文《现代木结构用于空间屋面体系的可行性研究》中，研究了木结构用于公共建筑屋面体系的可行性。在建筑设计领域对大跨木结构进行研究的工作，国内已有学者在着-r-主H：行：南京大学建筑研究所赵辰教授曾主持研究并修复了浙江庆元后坑木拱廊桥这一中国古代大跨木结构；东南大学王静副教授在近年出版的著作《日本现代空间与材料表现》中，以建筑学的视角对口本的现代大跨木结构做了介绍和分析；东南大学硕士研究生邢大鹏在其学位论文《现代木建筑技术建筑表现》、邹青在其学位论文《追随木构的诗性技术之美》、侯建芬在其学位论文《现代钢木复台结构建筑设计研究》、耿志莹在其学位论文《现代钢木建筑的技术与建筑表现》中都对现代大跨木结构的一些案例有过一些介绍。然巾，针对现代大跨木结构这一具体结构类型的建筑设计与表现方法的系统理论研究还相对较少，这也正是本文的写作动机之一3．研究mJ-象的概念界定现代木结构的概念4 绪论现代木结构的概念是相对于传统木结构建筑而言的。现代木结构，是指从19世纪中叶至今脱离了古典主义和文艺复兴建筑束缚和影响以来，采用术材作为结构材料的建筑。它以工业革命后产生的材料技术、结构技术以及施工技术为技术依托，以新时期的人文理念为建筑创作的思想基础。现代大跨木结构的概念现代大跨木结构是指以木材为建造材料，基于现代结构设计理论、现代加工技术、现代力学、现代实验学、现代工业化生产程序而建造的跨度在24米以上的现代木结构。现代大跨木结构可被广泛应用于影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅等公共建筑和大型厂房、飞机装配车间和大型仓库等T业建筑。4．论文研究方法本文在研究过程中主要采用了文献资料调研法、实地调研法、归纳法、比较分析法和案例分析法等研究方法。笔者运用实地调研法对国内现代大跨木结构的发展现状进行了调研和总结，找出国内在这一领域的发展同国外的差距，以便明确研究的侧重点；笔者通过对大跨木结构的相关文献进行调研，并运用归纳法，总结了大跨木结构的历史发展沿革和特点、现代大跨木结构的结构类型及特点、现代大跨木结构的材料、节点构造及施1二方法；运用比较分析法，将现代大跨木结构分别同大跨钢结构和传统木结构进行了比较分析；本文在运用案例分析法对大量的现代大跨木结构案例进行分析研究的基础上，以技术美学观为指导，探讨了现代大跨木结构的建筑表现特征与手法，以及这一结构类型在未来的发展趋势；在论述的过程rp，笔者随文配附了些图片和图表，用以直观地表达笔者的论述目的。在论文的选题及写作过程中，笔者通过当面请教和致函请教等方式，就自己在研究过程中遇到的疑点和难点，向国内外的相关研究学者进行了请教。诸如该论文选题的理论意义、论文研究对象以后在国内发展的可行性、论文研究对象的分类依据、对研究对象进行案例分析时的切入点等问韪，都是在笔者的导师和相关研究学者的热心指导下解决的。这些问题的解决，为笔者在国内鲜有案例的情况下，较为顺利地完成沦文的选题与研究，打下了坚实的基础。在论文的论述过程中，本文首先探讨了cp西方大跨木结构的历史发展沿革，分析了古代大跨木结构的建筑表现特点及结构技术成就；同时，对现代大跨木结构的优势和不足做了概括和分析。其次，本文以现代结构体系的相关知识为理论基础，对现代大跨木结构的主要结构类型和受力特点进行了归纳分析。第三，本文对现代大跨术结构所涉及的材料、节点构造和施工技术进行了分类总结。第四，本文结合案例，以技术美学观为指导，对现代大跨木结构的建筑表现特征进行了分析。笔者从结构表现、构造表现和材料表现三个方面入手进行分析：在结构表现方面，本文阐述了现代5 东南大学硕士学位论文大跨木结构的空间形态与结构形态之间的关系，分析了结构体系的建造逻辑表现和造型表现手法；在节点表现方面，本文着重分析了节点的构造逻辑表现和造型表现；在材料表现方面，本文主要从木材的材料特性在建筑中的表达和多种材质的组合两个方面进行论述。同时，本文还从人文视角，分析了现代大跨木结构对地域文化的表达。最后，本文展望了现代大跨木结构在建筑设计领域中的发展趋势。(附：研究框图)6 第一章大跨木结构概述1．1大跨木结构的历史发展沿革木材作为四大建材之一，很早就被用于建造大跨结构。从最初使用简单营造技术的传统大跨木结构到结合现代先进制造工艺和施工工艺的现代大跨木结构，大跨木结构有着漫长的发展历程。由于文化和地域的差异，东西方的大跨木结构有着不同的建筑造型，结构体系和节点处理方式，它们是两种相互独它的结构体系。下面我们按照时间顺序简要回顾一下大跨木结构在以中国为代表的东方和以欧美为代表的西方的历史发展沿革。1．1．1大跨木结构在中国的历史发展沿革1．1．1．1中国古代的大跨木结构中国古代的房屋由于长期采用传统粱柱结构和力学强度不是很高的天然木材，所以基本无法实现很大的跨度，连建筑型制要求很高的故宫太和殿的跨度也仅为十余米。而桥粱由于采用拱结构、悬挑结构、悬索结构等易于发挥天然木材材料力学性能的结构形式，实现了较大的跨度。因此，中国古代的大跨木结构主要应用于桥粱领域，这一领域的大跨木结构数最众多、技术完备、形式壮观。公元纪元以前，古代大跨桥梁中的21种基本结构形式已经出现，它们是：悬臂式粱结构、拱结构、索结构。1．悬臂粱结构从力学特点上看，梁结构{要承受弯矩作用。筒支的粱结构跨度较小，变形较大，为了获得较大的跨度，古人从结构技术上对简支梁结构进行创新改进，发展出了可以实现大跨度的悬臂粱结构。中国古代的悬臂木梁桥即使用这种结构形式。悬臂木梁桥的最早历史记载在四世纪初。《水经注》引段国《沙州记》记有：“吐谷浑(音tuyuhm——引者注)于河上作桥，谓之河厉，长一百五十丈(约288米，可能记录有误，丈疑为尺则约合48米——引者注)。两岸累石作基陛，节节相次，大木更镇压，两边俱来，相去三丈(约10米——引者注)。并大材以板横次之。甚严饰。桥在清水川东也”1。这种悬臂木梁桥始见于西北青海、甘肃诸省，至今还存在不少这样的桥梁。之后，悬臂木粱桥作为中国古代较大跨度桥梁的一种典型桥式遍布各地。目前见到的悬臂木梁桥大致可以分为三种类型：单向悬臂式结构，平衡(或双向)悬臂式结构，斜撑悬臂式结构(图1．1)。参见茅以升主编，中国古桥技术史IM)，北京；北京出版杜，1986；357 东南大学硕士学位论文单向悬臂式结构可用于建造单孔悬臂木粱桥。木梁柱桥的木梁靠岸一端压重，另一端单向向河心悬臂，再在左右悬臂端架上简支木梁，增加了粱跨，这就是单向悬臂式结构木梁桥的简单构造。图1．2为四川宝兴河上的单孔悬臂木梁桥。这种结构以若干层的木梁，每层递出悬臂，以便获得较大的桥跨。每两层悬臂木之问的横木用来联系悬臂木和传递作用力。单向悬臂式结构，适宜于造单跨，跨度町达30米左右。}圈1．2四川宝兴河上的悬臂木粱桥L⋯—．——一～．—、—，，—．——⋯⋯采用双向悬臂式结构的双向悬臂木梁桥是在河心墩硕叠架的木梁，向左右平衡地悬出于墩外，悬臂端搁悬孔而成。湖南醴陵的渌江桥(图1．3)便是这样的构造。《醴陵县志》载：“有宋时，邑之好义者橼大木为代(短桩)于潭底，而累琦石(石条)于代上。为墩七，雁齿挤排，架木成粱”。这座双向悬臂式结构的桥梁经过宋、元、明，清四代700多年的时间，桥墩或被冲倒，梁木或被火焚，修废不一。到清·雍正三年(公元1725年)《渌江桥记》记重修的桥梁；“磊石为墩，其数七(共8孔)，兼南北两岸其数九。墩之高皆三丈许(约10米)。其水势澎湃，自东而走南，惧益激之怒也，故墩之疏密不一。其相去阔者至九丈余(约28米)，次亦不下五六丈。上架大木，鳞次层出，凡十数重而彼此始相连属。其面覆袭以大木数重，更以横木覆之，其广容驷马。其钉环连贯之属，约以数千万计”。桥总长为68丈(约210米)，宽1．6史(约5米)‘。这种双悬臂式结构的木桥，可以不受河宽限制，规模宏大，在全国很多地方都有建造。斜撑悬臂式结构的实例，主要是甘肃文县阴平桥(图1．4)。晋·常璩《华阳园志》(文县曾属四川)便记“古有阴平桥”。康熙年间(公元1662--1721年)《重修阴平桥碑记》说：“古有阴平桥者，盖始有阴平之日也。秦粱汉柱，不知几历废兴于兹矣，于是服灵龟以作砥，亘螭龙以成梁⋯⋯径过百十余步(疑为尺，约35米——引者注)。车马骈驰，行旅交错。画栋彩栏，复道蔽空。依稀咸阳联厦，仿佛西丰飞阁”。这座桥结构上特别的地参见茅以升主编，中国古桥技术史【M】，北京出版社，1986：378 第一章大跨术结构概述方是木悬臂斜伸向上，同时又起了撑架的作用。可能由于这个原因，其跨度较大。悬臂木梁桥这种大跨结构形式曾对西方的桥梁设计发生过影响，英国工程技术界人士曾自称，他们修建的近代大跨度的钢悬臂梁桥一福斯河桥，是从西藏的木悬臂梁中得到的启发。；困1-3剜南鳢陵的1一一一⋯⋯⋯～揉江桥L竺～!竺三苎竺!篓————⋯—J2．拱结构拱结构是一种构件以承受压力为主的拱形结构。创始于大约九百年前的中国古代木拱桥便采用这种结构形式，跨度可达三、四十米。木拱桥中技术成就最为突出的是南方浙闽一带的木拱廊桥和北方的汴京虹桥。南方木拱廊桥以泰顺木拱廊桥为代表(图l一5)，跨度最长可达42米(如1950年毁于洪水的三滩桥净跨度为42米)，建有桥屋，粱架外缘钉有挡风板，成八字外形。桥的结构主要由二组拱骨相贯而成。甲组是用三节拱骨对接，各节并排用九根拱骨榫接在两根节点横梁上，架成八字形。乙组是用五节拱骨各节并列用八根拱骨榫接在四根节点横梁上，并与甲组拱骨相贯而成。拱骨交错搭置，相互承托，逐节伸展，从而构筑了无柱的飞桥。为避免桥柱受洪水冲击，加强粱架的横向稳定性，还设有横向斜撑架，又称“剪刀架”。节点横梁还起着横向力的均衡分配作用。粱脚9 东南大学硕士学位论文衔接在端竖排架地粱上。端竖排架以圆木组成。呈杆栏式框架．紧贴两边桥台壁a柱排架起桥粱自身重量向两桥座力的均衡作用，垫脚石使拱脚能始终处于力的品佳位置。桥面木粱一端榫接任节点横粱上，一端榫接在柱排架tt从而降低桥面的坡度。桥面铺3—4厘米厚的桥面板，其上建屋1。桥上的廊屋可以对木拱桥整个结构起到稳定作用，同时还可以保护侨座。泰顺术拱廊桥都有较长的桥座，建在两边山崖。利用自然条件加强术拱桥的坚固耐久性，艰制桥拱的水平移动。这种桥的节点采用榫卵椅造。桥在不同的结构部位选用不同力学性能的木料：顺着桥跨方向的受力秆件基本上用的是当地盛产的杉木，且都为整根的原木f而水平垂直于桥跨方向的杆件一般为樟木，松木等杂木2。桥的结构合理，材尽其用，建构逻辑清晰-此外t泰顺术拱廊桥重视防潮．拱骨外缘钉挡风板、建桥屋并延至桥座’捧颦糖掉‘●镕自&缝；l墓至捧鬻蛙，图1—5泰顺术拱廊桥的结构构件北方虹桥以汴河虹桥(如图I．6)为代表。整个桥体的主要受力结构也可以分为两套系统．第一套系统是八字形，为三根长拱骨，共十组；第二套系统为两根长加上两根短拱骨，共十～组，并和第一套系统交错布置。在每套系统中的两根拱骨的变汇点，用搁置于另一套系统拱骨中部且横贯全桥宽度的横术，通过捆绑的方式连接起来。从而使整个主体结构的构件形成一个整体共同承担桥面传来的荷裁2(圈1．7，1．B．1-9)。这种结构用短原木绑扎形成大跨度拱，实现短村跨越大空间，结构构思巧妙，当代的现代大跨术结构对其建构原理进行了倦鉴，如后文将会提到的日本郡上八幡综合体育馆。根据唐寰澄先牛的推算，汴河虹桥的跨度大约在20米左右，宽度在8～9米左右。桥下的拱骨为大凰木，用料较大，径约40厘米，为r增大构件之问的接触面积，拱骨的上下两面部做成平面。该桥的节点1参见张佳．幸膊求按廊拼发展历史探讨，小域镇建设m200192参见毕胜。术拱挢——一种中国建构文化遗产的研究，南京大学建筑学院硕士论文200310 第一章大跨木结构概述采用绑扎构造。由于汴河虹桥“最未一节拱骨，作为北端拱址约有三分之二的长度被培土垫拱埋置于桥堍之下”．所以拱脚始终处于潮湿状态，容易腐化。再加上汴河虹桥没有桥屋，风吹雨淋不能经久。所以学者张俊认为这似乎是汴河虹桥失传的重要原因。’图1-6清明上河例中的汴河虹桥一⋯一．。另外，中国古代大跨木结构还有一种混合结构形式——焉：臂(叠涩)拱结构(图1-10)。这种结构结构造型为拱，结构上将拱和悬臂梁两种结构体系进行了有机组合，如位于甘肃渭源的灞陵桥。该桥始建于明洪武年间，即公元1368年，是一座木结构悬臂曲拱形廊桥，双坡式飞檐，全长约40米，高15．4米，桥底部以每排十根粗壮原木纵列儿组，从两岸桥墩处逐次逐级悬挑。这座桥是我国古代大跨木结构中混合结构的杰出代表。 东南大学硕士学位论文图1．10甘肃澜源的灞陵桥3．悬索结构悬索结构，是比较理想的大跨结构形式之一，主要承重构件是受拉的索。中国古代的竹索桥便采用这种结构形式。竹索桥又称笮桥、悬度，最早建于我国西南地区，一般都架设在峡谷处，两岸山崖较陡，水深流急，不易立柱作墩，于是当地人以悬索为桥。公元前三世纪以前，我国已有竹索桥的记录。四川《盐源县志》记，“周赧王三十年(公元前285年)秦置蜀守，因取笮，笮始见于书⋯⋯”。至李冰为守，造七桥(公元前256_屯51年)，其中之一便是笮桥，即竹索桥。关于这一座笮桥，后来尚有记载，诬汉王褒(约公元前74年)所著《益州记》里说：“司马相如(公元前179一117年)宅在州笮桥北百许步”。又记：“市桥，笮桥今各有一铁锥，大十许围，长六七十尺(约20米左右)1。云初营桥，引机运此椎以系桥柱，本有三，今余二”。《四川通志》载：“笮桥在县(成都)西南四里。《晋书》：永和三年(公元347年)，桓温攻成都，与李势战于笮桥”。可见桥建成后历六百年，尚不断地维修使之继续存在。并列多索竹索桥是一种古代常见的大跨悬索结构，它由几根并列的缆索和上铺木板的桥面组成。有的不设栏杆，有的在左右各悬上几根缆索作栏杆。如四川灌县都江堰的安澜桥。该桥位于战国秦李冰父子所修建的水利工程都江堰【】，横跨岷江的内外二江上．始建于公元285年。桥的孔数、跨长，各个朝代不尽相同。因为修复时随机立墩，所以历史文献的记载不一。1949年以后所见的竹索桥共长330余米，最大跨达60米。江中木架8，石墩1。墩用花岗石砌成，墩的周围打着木桩以防御水的冲刷，石墩正位在内外江的分水嘴上。该桥是多孔连续的竹索桥，全桥桥面共用竹索10根，上面平铺木板，并有压板索二根。左右各有作为栏杆的竹索5根，竹索都用附近山中所产的白甲竹。竹索的锚碇使用转立柱。桥的维护计分二类。小修每年一次，撤换部分桥面板，旋紧竹索：大修三年一次，撤换桥面竹索，因此桥的安全性足有保障的(图l一11、图1-12)。参见茅以升主编，中国古桥技术史，北京出版社，1986：122 第一章大跨木结构概述中国古代的悬索结构桥后来传入日本，又传到西方。欧洲最早的索桥的设想是1595年。第一座造成的铁链桥，在英国是1741年，美国1796年，法国1821年，德国和沙俄是1824年。可见中国古代悬索结构的桥梁技术在当时较为先进。纵观我国古代大跨木结构的发展史，我们可以看出中国古代大跨木结构具有以下特征：(1)多应用于桥梁；(2)以桥梁为代表的古代大跨木结构的结构形式主要有：悬臂梁结构、拱结构、悬索结构等；(3)节点构造方式有：榫卯、绑扎、铁件连接等。1．1．1．2中国近现代的大跨木结构十八世纪末，西方的科学技术传人后，中国大跨木结构逐渐被大跨钢筋混凝土结构和大跨钢结构体系所取代。至此，中国沿用几千年的传统大跨木结构渐渐走出了大众的视野。建国后(1949年以后)，大跨木结构开始应用于建筑领域。l珉口年，北京光华木材厂建立了专门生产木桁架车间，除加工一般桁架外，还与设计人员共同试成以钢裂环连接(steelspl“ringconnector)的大跨度(15米以上)桁架，用于工厂车间，如该厂1954年建立的胶合板车间的桁架，即为跨距24米，共26榀，厂房面积4000多平方米，并相继推广至仓库，食堂，礼堂等公用建筑，共生产有桁架数百榀，所用木材多系就地取材，如南方的杉木，北方的松木等。后其他单位亦仿效制作，但因选材不严，加工粗放，多处发生人身伤亡事故，经建设主管部门明令停止生产。1963年该厂为了配合国防工业的需要，与原七机部设计院共同试制成功跨长26米无金属胶(自制脲醛树脂胶)合的木屋架，并在多处推广。13||兰 东南大学硕士学位论文到20世纪80年代，我国的结构用材采伐殆尽，当时国家又尤足够的外汇储备从国际市场购进水材，以致停止使用木结构1。1989年铁道部北京防腐』。和中国林、Ik科学研究院木_T所、中国建筑技术开发公司合作，用间苯二酚～苯酚·甲醛树脂胶为亚运舍工程康乐宫戏水乐同制成跨长30米的胶合木梁。这说明我国的现代木结构在逐步走上自行设计与加工的应用的道路。进入九十年代，随着环保意识的逐步增强，我国开始从国外引进工业木材和成品低层住宅。美国、加拿大、芬兰、德国、奥地利等国的业界也正在推进中国的木结构房屋市场，他们频繁地在中国举办各种成套绿色木结构建筑、建筑用木材及木制品的推介会、研讨会，探讨成套木结构建筑的发展理念、设计施j二标准等，积极从事市场开发活动。2003年，美国林业及纸业协会在北京召开的体育场馆建设及基础设施论坛上，展示了木结构大型场馆案例；在2010年上海世博会的日益临近之际，美国林业及纸业协会(AF&PA)和美国工程木协会(APA)组成的美国工程木结构技术代表团专程来到上海交流经验，以增进中国对工程术这—现代建筑材料的了解。在大跨度建筑应用方面，天津万科房地产有限公司建造的大学生滑冰比赛场馆引进了加拿人的胶合木结构。1．1．2大跨木结构在西方的历史发展沿革1_1．2．1西方古代的大跨木结构1．拱券结构为了获得较大的跨度，古代西方人经常采用拱券结构。这种结构形式具体做法是，以木材仿石拱券结构，或采用异形木桁架组合的方式。据记载，罗马时期木拱桥的跨度最大可达30m，如公元一世纪美因兹的莱茵河桥，又如四世纪科隆的莱茵河桥。岁马时代建造的木拱桥文物今人无从得见，但极难得的是，其c|l一座的石刻图像被完整保存下来。在112年建造的图拉真记功柱表面浮雕上，清晰地描绘着一座多孔的连续木拱桥。(冈1-13)据相关史料，这座位于图尔努—塞维林(Tumu-Severin，罗马尼亚的城市)多瑙河上的木拱桥建于104—105年，设计者是受到图拉真皇帝宠爱的建筑师阿波罗多罗斯(Apollodoms，大马七革人)。时当帝国时期拱券结构的蓬勃发展，这座木拱桥的技术处理很可能受到石拱桥的影响。在桥梁的承重部分，材料受压，木块被完全当作石块使I}；}j。与流行的半圆拱券不同．这个木拱券的矢跨比很小，形态低平。可能这座木拱桥的设计初衷只是用作混凝土拱券的施工支架，也可能考虑到远离罗马且主要作为战时使用，而木结构具有耗费低廉目．施工快速的优点。无论如何，这樊承谋，木结构在我国的发展前景，建筑技术[刀．2003，34(4)：297—29814 第一章大跨木结构概述是西方建筑史上可以确信的第一座木拱桥，或许就是后代西方木拱桥的彝祖，其影响将远及中世纪欧洲、近代欧美甚至日本。在该桥遗址上，目前尚可见残存的20个石桥墩，估计原桥全长约1100m，各孔木拱券的跨度在35m至38m之间。在中世纪的欧洲，当石结构拱券教堂建筑的成就登峰造极之时，大跨木拱券结构桥梁的建殴也很繁荣。这一时期，仿石结构的拱桥．单孔跨度曾达到60米。文艺复兴以后，为了避免石构拱券巨大的侧推力，木材开始被用来建造巨大的穹顶(图1-14)。木材由于具有柔韧性而可以被加工成曲线形的构件，而且木结构在强度与结构自重方面优于当时的混凝土结构。由于上述原因，直到钢铁大量使用之前，西方很多大型的穹顶的屋架部分都采用木拱结构建造，如I‘二世纪挪威的乌内斯·斯塔夫(UmesStave)教堂、十八世纪俄罗斯的基[1(Kizhi)岛教堂等。到18世纪中期，约翰尼斯和汉斯兄弟(JohannesandHansUlrichGrubenmann)在欧洲维蒂恩格昂附近利马特河i(theLimmatRiver)建造的木拱桥跨度达到61m。1755年，他们又接受委托，存沙夫豪森(Schaffhausen)莱茵河上建造木拱桥，跨度达119m。这座长桥的实物不存，但其缩小比例为1：24的模型，至今保存于所在城市的博物馆。大概在这个时期，欧洲大陆传统的木拱桥技术传到英格兰，经过严密的力学计算，其上部结构的做法较之古代更加合理。如图1．15是当时旅居伦敦的威尼斯画家卡纳列托(Canaletto)描绘了他所日睹的木拱桥。造型l是对称的三跨中央大两边小、扁平的弓形拱券，中跨长度大约三倍于边跨。结构主要由其木构拱券以及两侧放射状木桁榘所组成。这个时期的北美洲，也受到欧洲传统的影响。1805年，帕尔默Timo岫Palmer在费城斯库尔基河(theSchuylkillRiver)上建了一座三孔木拱桥。在甲方的坚持F，这座桥被木板完全封闭，因而成了西方第一座有顶盖的廊桥。此后，在宾州兰开斯特西南萨斯奎哈纳河(theSusquehanna)麦考斯渡口(McCallsFerry)，伯尔(TheodoreBurr)建造了一座跨度达到110m的木拱桥1。这种西方传统的木拱券结构不能发挥术材抗拉性较强的力学优势，而用木材较弱的抗压性能去应对拱券中无处不在的强大压力。此外，当节点过多时，木结构的拱券扩大了木材易腐的缺点。2．桁架结构桁架结构是西方出现较早的一种大跨结构形式，这种结构可以利用d、截面杆件实现较大的跨度。有学者认为桁架结构是由拱结构演变而来的。欧洲人早期利用木拱结构建造大跨度的桥梁。当时的技术是先把加1的术材分层拼接起来制成巨大的木拱来获得更大的跨度，然后依托木拱建造本质的辅助结构。这种结构形式中木拱起主要的力学作用，其它的辅助结构参见方拥，论材料与结构的搭配。建筑学报，2005．115 东南大学珂!士学位论文只起到稳定和获得使用空间的作用。后来，原先的辅助结构开始发挥结构作用而木拱的作用逐渐下降，最终木拱完全被新的杆什结构系统所取代，木杆件只承受轴向压力或拉力，发展成现代力学意义上真『F的桁架结构(图I一16)。二世纪时，古罗马的木桁架技术已相当高，如图拉真广场的乌尔比亚巴西利卡(BasilicaaofUlpia)中央一跨木桁架已跨度达到25米，区别了受拉构件和受压构件，并且采用了相应的节点构造方法和形式。文艺复兴时，著名的意大利建筑师帕拉迪奥在其《建筑四书》中记录了几种类型的木桁架桥。这些桥梁采用承载力较大的框架结构，利用三角形的稳定性以及构件中拉、压两种荷载的均衡作用，获得了比傲简支梁大得多的跨度，且用料较少，自重较轻。由于桁架结构具有用短构件实现跨越大空问的优势，不受木村生长尺寸的限制，因此这种结构体系在钢铁结构普及前大量应用于桥梁1程以及大跨度的屋顶。纵观西方古代大跨木结构的发展史，我们可以看出西方古代木结构有以下特征：(1)多应用于桥梁，在建筑中也有应用；(2)结构形式丰要有：木拱券结构、术桁架结构；(3)节点多采用金属铆接。1．1．2．2西方近现代的大跨木结构工业革命带来了材料技术的进步，钢铁、混凝土等新型建材由于具有良好的力学性能且生产成本比原来有所降低，大量被应用于建筑领域。二次世界大战以后，兴起于20世纪20年代的“现代建筑”设计原则更加普及。“现代建筑”的设计原则是：要创时代之新，建筑要有新功能、新技术、特别是新形式；在理论上承认建筑具有艺术与技术的双重性，提倡二者的结合：认为建筑空间是建筑表现的实质：提倡建筑设计的表里如：提倡美应当与功能以及建造手段(如材料和结构)结合。基于这些设计原则，建筑师们在公共建筑领域纷纷采用钢材、钢筋混凝土等新型高教的建筑材料来创造崭新的建筑形式，反映新时代技术的发展。在上述物质条件和社会条件的影响下，传统大跨木结构在公共建筑领域日渐式微。1960年以1f亓，由于工业革命的负面影响，四方各国出现了能源危机和环境恶化，社会各界开始关注低能耗材料和环保材料的开发应用。同时，森林工业和木材加工工业的进步，使得材料性能大为改进的工业木材得以在建筑领域被广泛的应用。材料技术、结构技术、施工技术利计算机技术的进～步发展，为建筑!|ilj利用工业木材进行建筑设计创新提供了有力的技术支持。在木材加工技术方面：木结构的胶合技术等有所发展，木材性能通过技术处理得到改善，出现了力学性能优异的工业木材，如：层板胶合木(Gluedlaminatedtimberl、结构复合木材(SCL．Structuralcomposite16 第一章大跨木结构概述lumber)、木基结构板材(Wood--basedstructuralpanel)：在大跨建筑的结构技术方面，工程结构理论从经验法则进入了材料力学、结构力学、静定结构和超静定结构力学、材料弹性和弹塑性理论，从而奠定了大跨木结构从简单的拱、梁、板、柱元件或桁架、框架等组成的一般结构，变化为适应于大跨度的折板、薄壳、刚架及悬吊等空间结构的技术基础；在施T技术方面，工厂预制加1：、现场装配、利用大型起重设备吊装等施工技术已经出现。在这样的历史背景和物质条件下，现代大跨木结构走卜了当代西方建筑的舞台，以其新颖的建筑造型、优异的力学性能，向世人展示着大跨木结构的独特魅力。1．2现代大跨木结构的特点二十世纪以来出现的现代大跨术结构相对传统大跨木结构和其他结构形式而言，有着其自身的特点。下面我们就现代大跨木结构的特点做以分析。1．2．1现代大跨木结构的优势1．2．1．1现代大跨木结构的优势概述现代大跨木结构在外观、环保、性能等方面都有一定的优势。下面我们简要介绍一下这些优势。首先，现代大跨木结构建筑具有良好的亲和力。它所使用的术材纹理丰富、色泽美观，能够散发出特殊的芳香气味，使人感到温馨、自然、安宁、舒适。由于材料来源]：大自然中的有机生命，现代大跨木结构潜在地将人与自然联系了起来，所以它具有一种特别的亲和力，可阻消除大体量建筑本身作为外来物的冰冷感觉。第二，现代大跨木结构建筑具有良好的生态性能。(1)现代人跨木结构属于节能型建筑。木材导热系数较小，具有良好的保温隔热性能。有研究表明：若达到同样的保温效果，木材需要的厚度是混凝土的1／15，是钢材的1／400；在同样厚度的条件下，木材的隔热值比标准的混凝土高16倍，比钢材高400倍，比铝材高1600倍1。在冬天室外温度完全相同的条件下，木结构建筑室内温度比混凝土建筑要高6摄氏度，夏天正好相反。木结构建筑就像一座天然的空气调节器，作到了真正的“冬暖夏凉”。(2)使用现代大跨木结构有利于降低温室效应。早期剥树木的研究表明：随着二氧化碳浓度的增加，树木的总生长量也在增加。二氧化碳浓度的增加目植物有“施肥效应”，非常有利于生物圈对大气中二氧化碳的吸收。通d光合作用，每生长it木材可吸收1．47t二氧化碳，产生1．07t氧气2，1参见沙晓冬，小结构建筑的生态思考，I四)ll建筑[J】'24(3)：282参见刘雁张建新周宝国环志中．现代木结构建筑及其在中国的发展前景初探，17 东南大学硕十学位论文将碳元素固定在树水中形成纤维材料。因此，现代大跨术结构所使用的木材在生长的过程中可以固碳造氧，从而能更好地维持生态平衡，降低温窜效应。(3)木材在开采、制造、运输、施工等过程rp所消耗的能量较低。相比之下，钢、铜等金属材料由于在牛产过程中却要消耗大量能量，其材料本身内含能量要比木材高的多。牛产’一吨木材所消耗的电量为453kw，而牛产‘吨钢材则需耗费3780kw。凶此木材是‘种低内含能量的建筑材料。根据可再生能源协会(CORRIM)2004年的研究，在美国，水材占所有工qk原材料的47％，但消耗的能源仅占所有上、lk原料的4％1。因此，术材是低能耗材料。(4)木材具有可再生性，这是其它建筑材料所不能比拟的。现在，世界r作为可利用的木材资源已发生重要变化，人T林资源正在替代天然林资源。从生物多样性和原料资源的角度考虑，人工林木材作为环境材料的优势更大。通过人T林的定向培育，其成熟期将缩短，易于T业化利用，可以永续利用，是可持续发展的一个重要方面。据统计，我国每年建房需生产粘土砖7000亿块，损毁耕地6667兆平方米以上，每年烧砖用煤约7000万吨‘。而小材是可再生资源，只要曜持生长量大于采伐量，森林资源就可持续利用，循环利用。小材uT以回收再利用。原木加T过程中会产生大量的碎料、刨花、木屑等废料，这些废料经过破碎，浸泡，研磨咸水浆，再热压成型可以变废为宝制成各种建筑板材，广泛用于室内装修与家具生产。(5)术材还具有易降解性，使用后易于分解成可以再次进入自然界循环的材料，从中可以减少不可分解物对环境的污染，促进整个生态系统的良性循环。现在城市里很多建筑垃圾很难循环利用甚至很难降解，只能通过深挖掩埋的方法来处理，而这些做法有可能造成地下水的污染，因此，使用易降解的木材作为建筑材料的现代大跨小结构对环境的负面影响较小。第三，现代大跨术结构建筑具有良好的结构安全性能。现代大跨小结构建筑有很好的刚度、强度和稳定性，这种结构对于瞬间冲击荷载和周期性疲劳破坏具有良好的延性，其破坏过程是一个渐变的压服过程。现代大跨木结构因为结构自重轻，所以在地震时吸收的地震力少。而且，这种结构由许多构件组成，还有许多节点，地震时能分散负荷Jl=承受地震震动的强度，因而具有良好的耐震性，在地震中振动时一般仍能保持结构的稳定和完整。美国华盛顿州塔科马市多功能体育馆(图1．17，1．18)直径162米，顶部距地面45．7m，最多可容纳26000名观众。大量重复的三角形木构架交织成～个巨大的弧形穹顶，能够承载相当大的荷载。2001年发生的6．8级地震没有对丰要的建筑结构产牛丝毫损伤。这个例子说明现代大跨木结构具有良好的结构安全性能。第四，现代大跨木结构建筑的施I．周期短。由于大跨小结构建筑采用干式施工方法，即借助塔吊、千斤顶等现代化施T设备在现场把1：厂预制江苏建筑【J]，2005，(3)：61参见http：／／www．apawoodorg网页 第一章大跨木结构概述加T好的建筑构件进行装配，所以它的施工速度远远快于采用湿式施工方法的混凝土和砖石结构建筑。如采用木结构的瑞十建国700周年纪念馆，施工周期仅～个月，是钢结构或混凝七结构施工周期的一半2。另据美国盖格工程公司单文孝博+介绍：一个132英尺X256英尺(40米x78米)的术拱结构嘲球馆(如图1-19，1-20)的施工周期仅需两个月，其中：基础J：程需要三周，木结构安装工程需要j周，围护结构(如膜结构)安装工程需要两周。从L述例子可以看出，木结构建筑具有施工快捷的特点。第五，现代大跨木结构建筑具有良好的经济合理性。它结构自重轻，可降低基础造价，在软—t地区优势尤其明显；它采用干式施I：，施工速度快，工期短，可以减少施上造价；它的材料自重轻，建筑材料综合运输费用低。这一优势在大型公共建筑项目当中体现得尤为明显。以美国华盛顿州塔科马市多功能体育馆为例，最终建成的木结构穹顶造价为3．02亿美元，与之相比，建设相同规模的体育馆，采用充气穹顶的造价为3．55亿美元，而采用混凝上穹顶则需花费4．38亿美元1。位于瑞士的建国700周年纪念馆由于采用木结构，造价仅为钢结构的1／5，混凝{：结构的1／32。可见，采用在大跨建筑领域采用木结构可以降低建筑的造价。此外，现代大跨木结构具有良好的吸声隔音性能，如美国华盛顿州塔科马市多功能体育馆拥有相当音乐厅一一级的音响效果。现代大跨木结构还具有良好的耐腐蚀性，在建造游泳馆和溜冰场中可充分发挥这种优势。如建筑师盖依尔设计的位于瑞士的木薄壳结构游泳馆(如图】．21)就是为了避免钢结构在游泳馆的使片j过程中因水汽发生锈蚀而选用了水结构。1．2．2．2相对其它结构形式所具有的优势提起大跨建筑人们便会想起由钢、混凝土、玻璃组成的高技派建筑。这些建筑展现了令人Ⅱ义为观止的技术与造型，但机械感强，缺乏人情味。木结构在大跨建筑中的运用改变了这‘状况，在赋，建筑亲和力的同时，电使建筑具有现代高科技的精湛美。同时，现代大跨木结构不仅继承了传统人跨木结构优点，还拥有传统大跨木结构所不具备的独特性能。下面我们将现代人跨木结构分别同大跨钢结构和传统大跨木结构作以比较。1．同大跨钢结构比较现代大跨木结构在具有同大跨钢结构建筑一样的结构性能的同时，克服了钢结构缺乏人情味的缺点，且造价较低、耐火极限高。具体分析如下：从材料来源上看：大跨钢结构建筑使用外表冷峻的钢材，给人以现代感、高科技感，不易使人产生亲切感：大跨木结构使用源于有机生命的材料木材，能使人产生亲切感和温馨感。从经济造价上看：相同规模的大跨度建筑，使用木结构要比使用钢鲒1参见保罗·c·吉尔汉姆，塔科马穹顶体育馆——成功的小构多功能赛场的建设过程，世界建筑：J]，2002．092参见陈启仁张纹韶，认识现代木建筑[M]，灭津：天津大学出版社，2005．5：10719 东南人学硕士学位论文构节省造价。如位丁瑞士的建国700周年纪念馆由于采用木结构，造价仅为钢结构的1／51。从耐火性能J二看：钢结构在超过150摄氏度时，强度会明显下降，到500至600度时强度几乎为零。发生火灾时，钢结构耐火时间短，会发生突然坍塌；大跨钢结构建筑构件遇高温易发生突然破坏，耐火极限较低；大跨木结构遇高温后构件表面会形成阻燃的碳化层，耐火极限较高，甚至能够用来建造图书馆等有特殊要求的建筑。表2大跨钢结构与现代大跨木结构的比较分类大跨钢结构现代大跨木结构材料钢材原木、由原木加工形成的集成板材材料性能均匀、高强、弹性模量大、是天然材料中与钢材性能最抗拉压和抗弯剪能力都接近的材料，具有较好的抗很强，是理想的弹性体，拉、抗压强度和韧性，运输又是良好的塑性体，运输和安装方便、预制加工化程和安装方便、预NNI化度离、能大批量生产程度高、能大批量生产I材料的视觉轻盈、现代感强，但缺有亲和力，还可以给人带来感受少亲和力特有的优雅、自由的风味和更多的舒适感及人情昧l常见的结构基本不用第三种材料通常会引入钢材和胶台剂材料组台结构形式多样——桁架、结构形式多样——桁架、拱、结构拱、网壳等结构等均适用网壳等结构等均适用细部精致防火性能耐火极限较低耐火极限较高2．同传统大跨木结构相比较现代大跨度木结构在继承了传统大跨木结构优势的同时，弥补了传统大跨木结构的不足。同传统本结构建筑相比较，现代大跨度木结构具有以下优点：(1)优越的材料力学性能随着社会的进步和经济的发展，人们需要建筑在跨度和高度上有所突破，然而天然木材是各向异性，非均质、随外界湿度而变化的一种生物材料，容易有自然的木结、裂纹，在材性上具有徐变大、强度低、弹性模量低、易老化、木纤参见陈启仁张纹韶．认识现代木建筑[M]，天津：天津大学出版社，2005．5：10720 第一章大跨木结构概述维方向性敏感等缺点，所以传统大跨木结构使用的天然木材往往无法达到现代结构对材料力学性能的要求。由于多采用经工厂机械加工的工业木材，材料力学性能大为提高且质量易于保证，现代大跨度木结构具有更加优越的结构性能，跨度可达百米以上，能够满足社会对建筑大尺度空间的功能需求。(2)新颖的建筑形象传统大跨木结构长期沿用固定的建筑形制，难免使人对其经久不变的建筑形象产生审美疲劳；现代大跨度木结构由于新的材料技术、结构技术以及计算机技术的物质支持，展现出了许多体现时代精神的崭新建筑形象。(3)精致的建筑细部传统大跨木结构多采用榫卯连接和粗糙的金属铆钉连接，由于是手工操作，节点难免给人以粗陋之感；现代大跨度木结构采用节点板、金属构件、螺栓连接，构件由工厂进行精确的机械加工，节点给人以精致的感觉。(4)较好的耐久性传统木结构建筑易受潮。有一句古话：“干千年，湿千年，干干湿湿过不了年。”讲的就是实木易受潮气和水的影响。受潮的木料既容易腐烂又易遭害虫侵蚀。由于木材是有机材料，所以木结构易受到白蚁和木腐菌等生物的侵害而被腐蚀掉。而现代大跨木结构在工厂经过先进的防腐防潮处理后，具有很好的耐久性。(5)耐火性能较好传统大跨木结构由于木构件没有经过防火处理，耐火极限较低；现代大跨木结构可以通过一定的防火措施来提高木构件的耐火性能。例如可以基于对木构件耐火能力的计算，采用一小时火灾防护方法。这种方法通过遇火碳化的表面保护层来达到阻燃防火；可以利用大型木构件来减少尖锐的凸出边缘以及建设过程产生的可能让高温空气通过的缝隙。另外，现代大跨木结构还可以通过使用防火涂料等方法来增强自身的耐火性能。因此，相对传统大跨木结构而言，现代大跨木结构的耐火性能较好。表3传统木结构与现代大跨木结构的比较分类传统大跨木结构现代大跨木结构材料未作处理的原木经人工处理的原木、由原木处理加工形成的层板胶合木或胶合板加工精度质量不易保证：由于手工质量易于保证：由于工厂机械力n-rN作，精度不高化加工制作，精度高构造不用第三种材料引入钢材和胶结构结构形式主要为悬臂梁、结构形式多样：框架、桁架、拱、悬索、桁架拱、网架、网壳等均适用，并创造出独特的混合结构体系。2l 东南大学硕士学位论文形态较单一较多样耐久性易腐、易受潮经处理后，具有较高的防腐、防潮能力耐火性能耐火性能较差耐火性能较好1．2．2现代大跨木结构的不足虽然现代大跨木结构有上述优点，但它还存在一定的不足之处。比如：在国内目前取材相对困难、材料的力学强度测试比较困难等。下面我们简要归纳～下现代大跨木结构存在的不足之处。首先，在取材方面需要丰富的林业资源和先进的加工技术。在森林相对匮乏、加工技术相对落后的中国，现代大跨木结构存在着取材不便的问题。第二，木材的力学强度测试，较其他材料比较困难。新发布的《木结构设计规范》，是总结国外经验与我国实践而制定的，且前应是可行的。但在胶合木的设计强度规定上，我国还缺乏系统的实验工作和大量数据，若要利用国际上的强度设计值，也还需要做大量的转换工作。第三，在防火性能方面，需要较大的构件截面来保证自然阻燃或采用经化学处理的木材来提高防火性能。第四，需要特殊的防护处理。木构件长期在潮湿的环境里易受木腐菌侵害，若通风良好，则可以使用E百年仍保持完好无损。对于室外和～些特殊部位，如与地面接触的木构件等易形成腐朽和白蚁等虫蚀问题。因此，现代大跨木结构要按照新发布的《木结构设计规范》与‘木结构工程施工质量检测规范》的条例进行特殊的防护处理。本章小结大跨木结构在东西方都有着悠久的历史。以中国为代表的东方很早就出现了几种成熟的大跨木结构类型——悬臂粱结构、拱结构和悬索结构；西方在古代也出现过大跨度的拱券结构和桁架结构。这些结构构思巧妙、受力合理，至今仍有值得我们借鉴之处。到了近代，由于钢材、钢筋混凝土等新犁建材在大跨结构领域的大规模应用，使得大跨木结构一度淡出世界建筑的舞台。近年来，随着木材加工水平的提高、结构技术的进步和人们环保意识的增强，现代大跨木结构正以优良的结构性能和崭新的空间形象走向当代建筑设计领域的前沿。由于采用取自自然的材料而很有亲和力，现代大跨术结构不仅具有良好的生态性能，而且结构安全性能良好，施工周期短且造价经济。同表情 第一章大跨木结构概述冷峻的钢结构相比，它富有人情味，给人以舒适的视觉感受；与传统大跨木结构相比，它创造了崭新的建筑形象，具有较高的结构强度，结构耐久性好，耐火性能好。除了这些优点，现代大跨木结构还存在一些不足之处，例如目前在国内取材不便、力学强度测试比其他材料困难，需要经过特殊的防火防护处理等。了解现代大跨木结构的历史沿革和现代大跨木结构的优缺点，便于我们对现代大跨木结构有较为全面的把握。 东南大学硕士学位论文第二章现代大跨木结构的主要结构类型现代大跨木结构是人类社会发展与进步的产物，它能满足工业生产和体育文化、商贸活动的需要，能体现一个城市甚或一个国家建筑技术的发展水平。奥林匹克运动会、大型的主题博览会无不成为先进的现代大跨木图2-1法国羁昂建筑学院中庭；结构建筑技术的展示舞台。同时。现代大跨木结构的公共建筑往往被作为一个城市或者地区的标志，传递着一个民族的文化特征和时代的精神风貌，并对改善城市景观，美化市民的生活环境起着重要作用。现代大跨木结构是通过先进的结构技术，将天然木材或经过现代技术加工而成具有优异的力学性能的工业木材应用于大跨结构的结构类型。在当今先进技术的支持下，木结构建筑在大跨结构领域有很大突破。以往广泛用于钢结构建筑和钢筋混凝上结构建筑中的结构形式如框架，桁架、拱、悬索、网架、薄壳等结构，如今也能灵活运用于木结构建筑中，从而创造出空间形态新颖的大跨木结构建筑。这些结构从广义上看都是空间结构，都需要在三维层次上满足存在的可能性：但从狭义上，我们可把现代大跨木结构的结构形式分为平面结构形式，(如：框架结构、桁架结构、拱结构等)和空间结构形式(如：网架结构，薄壳结构等)和混合空间结构形式(如：斜拉混合结构，张弦整体结构等)。下面分别举例加以说明：图2-2法国里昂建筑学院框架结构中的铰节点2．1平面结构2．1．1框架结构框架结构中粱为受弯构件。主要承受竖向荷载．并将竖向荷载通过节点传递给柱，柱承受压力。这种结构传力方式简洁明了，同时在视觉上给人以稳定的感觉。法国里昂建筑学院即采用框架结构，该建筑两层，长约155米，宽约26米，中间为一长向的中庭(如图2．1)。设计教室位于建筑物的二楼，分为左右两侧。二楼没有承重墙体，仅以集成板材框架组成设计教室的空间。设计教室的框架是断面为20厘米x20厘米的集成板材梁，与地板组合成为三角框架，框架中的每一个端点都是由铰接节点构成(如图2—2，2-3)。设计教室内设有夹层空间，利用悬吊方式位于框架高度的一半，此空问是用作绘图教室的。夹层楼板以预装配的箱型木框架为主，中央填充PVC泡绵用以减轻自重。中央地板则以楼梯的方式与此绘陶教室保持联系。这些配置在原本单一的空间营造出两个高程的效果，又不破坏空间原本具有的宽广感，配合漆上乳白色的集成板材和金属联结节点的细部设计，现代感十足。 图2-5端J．幽姆l呵卜木桥的侧面斜撑；图2-6瑞士曲姆河上|结构覆以多层板材l—————。一一一一．一⋯。——一——。——．．第二章现代大跨木结构的主要结构类型]2．1．2桁架结构桁架是由杆件组成的构件体系，其节点一般假定为铰接点。当荷载只作用在节点上时，所有杆件均只有轴向力，其材料强度可以得到充分利用。这种结构的跨度可达75m。就整体结构而言，桁架是受弯构件，属于平面结构。桁架结构可分为两种：一种是平面桁架，平面外刚度非常弱；另一种是立体桁架，平面外有一定的刚度。架设在瑞士西姆(Simm)河河谷上的一座大跨木桥(如图2-4)即采用了平面桁架结构。这是一座高约24米、全长108米的三跨距(27米／54米／27米)桥梁，供行人及自行车通行。基于“就地取材”的原则，在森林丰沛的伯尔尼州，建筑师奈特尔选择了木材作为建筑的结构材料。他依河谷两旁的绿带景观，极为收敛地设汁两个钢筋混凝土支座的位置，中间以54米的跨距，对应两旁各27米的跨距，合理平分垂直荷载，结构材料以集成板材为主。桥两旁为平行的桁架系统，其杆件用来承受压力。桥的横断面上每6．75米设计—个刚性框架以避免横断面产生过大的变形；桥面水平处则以交错的斜撑材提供水平面的稳定刚度(如图2．5)。此外，支座处的梁高设计为一般梁高的两倍，外覆以多层板材来保护主要的构件(如图2—6)，以延长其耐久性。这件看起来工程问题大于建筑问题的案例，结果却以合理的工程设计呈现出和谐、简洁的结构美学，令人赞赏不已。L里竺曼圭要璺翌兰塑查竺——j2．1．3拱结构拱结构是一种以受轴向压力为主的结构，这种结构的结构形态是建筑形态同结构受力特点相融合而产生的，外观呈曲面形状。在外力的作用下，拱结构内弯矩降低到最小限度，主要内力变为轴向压力，应力分布均匀。它发挥了木材抗压强度高的优势，避免了木材抗拉强度低的劣势。按照结 东南大学硕士学位论文构的组成和支撑方式，拱可分为无铰拱、两铰拱和三铰拱。通常，两铰拱的跨度不大于24m，而三铰拱的跨度则能更长。胶合木拱采用圆弧或抛物线的形状，可以达到超过60m的跨度。拱是一种有推力的结构，拱脚必须能够可靠地传承水平推力，通常可采用下列措施：(1)水平推力由拉杆承受；(2)水平推力通过刚性水平结构传递给总拉杆；(3)水平推力由竖向承重结构承担；(4)水平推力直接作用在基础上。下面我们结合实例谈一下木材在大跨拱结构中的应用。现代大跨木拱结构可以对传统木拱结构中优秀的结构原理进行继承。在古代材料力学性能不是很高的情况下，工匠们凭借巧妙的结构构思完成了大跨结构的建造。例如中国古代拱结构中的虹桥(如图2-7)结构采用了将两套不同节数的杆件系统相互咬合的建构方式，使用短材建构了大跨结构。在现代，可以结合先进的材料加工技术来借鉴这种优秀的建构方法。日本竹中工务店设计的日本郡上八幡综合体育馆(图2．9)就是这种古代拱结构体系上的再次创新。该建筑跨度近30米，乖J用虹桥的结构原理采用较小尺寸的原木实现了大跨度结构，与虹桥结构不同的是：该建筑两套杆件系统的节数增多，同时构件间的连接节点采用了铰接的钢节点，杆件都只承受轴向力，受力更加合理(图2-10)。这个建筑成功地将传统结构技术与现代先进的预制节点加工技术结合起来，建造了满足现代社会需求的大跨建筑。}图2—7i}绣中的清明E7l】Jl冬j虬桥l图28虹桥结构体系的透锐模拟图P⋯一一⋯，，一一—+J|图2-0郡上八幡综合体育馆室内{图2-10郡上八幡综合体育馆单元结构{{构件图L．～——⋯——．——————一———．—。⋯一———．1—。——⋯—。——⋯一——一⋯————．．—～⋯⋯———』除了对传统木拱结构技术进行继承，现代大跨木拱结构还发展了新的结构技术。如建于1992年的挪威的哈马尔奥林匹克滑冰馆(图2—11)将拱构件格构化，构件之间进行纵横交错的立体交叉，大大提高了结构的整 幽2．13体育馆室内及局部第二章现代大跨木结构的主要结构类型体受力性能。该建筑位于哈马尔(Hamar)城的市中心，由尼尔斯·托普建筑事务所(NiclsTorpArchitects)设计，可容纳5000名观众。该馆是为1904年冬季奥运会而建造，场地为400米环形速滑道，设有1．3万个观众座席，总建筑面积达2．5万平方米。建筑的结构体系如图2．12，2—13所示，建筑短轴为着干榀拱桁架，这些和弦似的拱桁架由四根大型层积胶合木和～些短木通过螺钉连接而成，拱脚的水平推力由距离主基脚结构1．5米(5英尺)高的混凝士支柱承担；为整个结构提供稳定性的长轴是一道跨度为96米的胶合层积木格构式拱架，由两根大型层积胶合木和一些短木通过螺钉连接而成，拱脚的水平推力由混凝土柱墩承担。(如图2-14)由于采用了纵向拱和横向拱组合的结构体系，拱桁架的构件截面尺寸相对较小，使得整个建筑看起来较为轻巧。从建筑形态上看，该建筑不仅高雅、美观，而且与地域环境非常协调。阐2—1l体育馆外观l图2．14体育馆支座}图2．12体育馆的结构体系|L⋯一～⋯～⋯⋯⋯⋯—JL⋯～⋯一-—-*—*—n-————-——--——-—一 }图}16静罔县富．游泳场剖面}l图2一静罔县富}游泳场剖面l|l东南大学硕士学位论文2．1．4刚架结构刚架结构，也称门式刚架，是指梁、柱之间为刚性连接的结构。它的内力小于排架结构，梁柱截面高度小，造型轻巧，内部净空较大。但与拱相比，坷Ⅱ架仍然属于以受弯为主的结构，材料强度不能充分发挥作用，这就造成了刚架结构自重较大，用料较多，适用跨度受到限制。刚架在大跨木结构中的应用实例有静罔县富士游泳场，(如图2-17)，该建筑平面呈椭圆形(如图2．15)，长轴121米，短轴85．7米。18榀曲线形的门式刚架沿建筑的长轴平行排列，优美的结构形式成为该建筑空间形态的主角。这些巨型的层板胶合材构件有着天然的纹理和温馨的色彩，合着从建筑一侧投进的自然光，营造出温嚣的空间氛围，活化了建筑的内部空间(图2-18)。值得提出的是，现代大跨木结构建筑具有良好的耐腐蚀性，在建造游泳馆和溜冰场时具有不可比拟的优势。由于游泳馆中水汽蒸发很严重，特别是池水中的消毒成分蒸发后，会严重腐蚀馆内的金属材料。如果游泳馆采用钢结构，势必会影响整个场馆的结构安全性。相反，木结构材料经过处理后，可以很好地抵御水蒸汽的侵蚀。图2．18静罔县富士游泳场室内空『日J2．2空间结构2．2．1实体结构类实体结构类的空间结构有薄壳结构、折板结构。薄壳结构在大跨木结构中应用较多，折板结构相对较少。因此，本文蘑点讨论薄壳结构。薄壳结构为曲面的薄擘结构。壳体结构刚度主要是利用其几何形状的合理性，而不是以增大其结构截面尺寸取得的。这是薄壳结构与拱式结构相似之处。在杆系结构中，粱主要受弯矩和剪力的作用，而拱主要受轴力 图2．19瑞上建国700周年纪念馆窜内宅问幽2-20瑞士建国700周年纪念馆室内卒间l图2-21瑞士建国700周年纪念馆；l室内屋顶细部|L～——，．+。．．，。⋯——⋯。f第二章现代大跨木结构的主要结构类型的作用，因此，拱式结构比粱式结构受力合理、节省材料。在面结构中也有类似的情况，平板主要受力矩的作用(包括取向弯矩及扭矩)，而薄壳结构则主要靠曲面内的双向轴力及顺剪力承重。同时，薄壳结构比拱式结构更具优越性，因为拱式结构只有在某种确定荷载的作用下才有可能找到处于无弯矩状态的合理拱轴线，而薄壳结构由于受两个方向薄膜轴力和薄膜剪力的共同作用，可以在较大的范围内承受多种分布荷载而不致产生弯曲。因此，薄壳结构宅间整体工作性能良好，内力比较均匀，是一种强度高、刚度大、既经济又合理的结构型式。薄壳结构按曲面生成的形式可分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围护两种功能融合为一。实际工程中还可利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的建筑，但施工较为复杂。工程中常见的各种扭壳也为其中一种类型，因其容易制作，稳定性好，容易适应建筑功能和造型需要，故应用较广泛。下面介绍几个薄壳结构的实例。瑞士建国700周年纪念馆的圆形多功能厅采用了木薄壳结构，该建筑利用四层厚度2．7厘米、宽度12厘米的木板材，交错叠合成薄壳结构体，覆盖了高7米、面积为25米x25米的空间。屋顶的荷载(主要为雪荷载)由薄壳下传到四边基脚，而基脚与基脚问的立面，则以小尺寸集成板材构成的拱粱配上大片透明玻璃，使整体结构呈现既轻盈又合理的体量及比例。木构件交错形成的薄壳体因层与层之间的宅隙而使结构厚度自然变厚，这种做法使得小截面的秆件即可满足结构强度的要求。构件交错处的节点仅以简易的螺栓及钉固定，降低了施工的难度。更值得一提的是，节点位置是先经电脑计算，再到现场进行放样及施工的。计算机数字技术的介入，使得该建筑的设计工作可以高效地进行。该建筑屋顶板材的配置纹理完全依照力学原理，接近两中央轴线的部分较为紧密，其余部位则渐次散开，有别于一般等向性的薄壳。屋顶部位以结构的合理性避免了几何的单调感，真实地结构之美暴露在建筑的内部空间当中。再加上木质杆件天然的纹理和色泽，整个建筑空间显得既温暖又亲切(如图2—19，2—20．2—21)。奥地利维也纳的工业垃圾资源回收站(如图2-22)是世界上最大的悬吊薄壳结构。48个悬吊薄壳单元固定在建筑中央高达67米的混凝土圆柱上，并向外延伸呈放射状。建筑平面为一直径170．6米的圆形，平面外围有48座高ll米的楔形混凝土基础，可以有效地传递来自悬吊薄壳的轴向力。建造初期首先在基地中心建造一座相当高的混凝土圆柱，并在外围浇灌、建造好楔型基础，接着才开始处理悬吊薄壳单元。悬吊薄壳的安装作法是：先将悬吊薄壳单元的肋材(Rib)放置在地面，再利用桁檩相接。为了提供为足够的刚度，在利用起重机将悬吊薄壳单元定位于混凝土圆柱前，首先在桁檩及肋材上钉入板材。在这样的结构体系中，所有的构件仅承受拉力及张力，可以充分发挥材料的力学性能，因此实现了超大的跨距。 东南丈学硕士学位论文——一一⋯～i图2—22奥地利维也纳的工业垃圾资源刨收站的空问形态L～—。——～⋯一一+一～～⋯⋯一～⋯～～一——～～～一⋯～⋯～。。．．．．．．．．。．。．。。．。。。。。．。。．。．．．．．。。一2．2．2网格结构类网格结构由许多形状和尺寸都标准化的杆件与节点体系组成，一般杆件采用木材，节点采用加工精确的铡构件，它们按一定规律相连接形成空间网格状结构。网格结构主要有两种：外观旱平板状的一般称为网架，里曲面状的则称为网壳。在刚格结构中，杆件在空间汇交于节点，形成高次超静定结构，冈此网格结构具有相当大的空间刚度，整体性强，能适应不同方向、不同性质的荷载。特别是网壳还兼有薄壳结构的特性。由于网格结构中杆件上要受轴力，所以容易做到材尽其用，节省材料，减轻自重。 图2—23体育馆外景第二章现代大跨木结构的主要结构类型2．2．2．1网架结构网架结构是由杆件以一定规律组成的网状结构，结构布置灵活，跨度一般在75m。这种结构外观轻巧，在平面或节点外力作用下，杆件主要受力为轴向拉力或压力，可以充分发挥材料的自身特性，同时杆件通过节点连接形成了具有整体效应的结构。这种结构具有面外刚度，整体受弯，是大跨结构中较为理想的结构形式。位于日本熊本县的小国町民体育馆屋架是采用当地盛产的小国町杉木代替钢材来建造空间网架的一个实例(图2．23)。该建筑跨度56m，长46m，曲面形的网架结构上使用了5602根桁架杆件和1455个球节点。该{结构采用金属球节点(如图2．24，这种球节点的具体构造做法我们会在本文的第j章谈及)连接8根截面边长为90-一lTOmm的方形杉木杆件，形成了三维的空间结构。从事内窄间看，具有天然纹理和色彩的众多木杆件和体现现代加工工艺的精致的金属球节点一起，构成了丰富的室内空『日J肌理(如图2．25)。l；蠢锋蚓耳·坤I-峨执乳“lo阚]立l|·M／t_Ⅻ‰0嚣嚣。。l；o《翌王{ll图2．24术桁架金属球节点及详图ll图2-25体育馆的室内空fHlli。一⋯+⋯一⋯⋯。～+⋯～，．。．w．．．．*—j2．2．2．2网壳结构网壳结构是网状的壳体结构，或者说曲面的网架结构。其外形为壳，其构成为网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架。由于网壳结构的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，应力峰值较小，因而可以充分发挥材料的强度。由于杆件尺寸与整个网壳结构的尺寸相比很小，可把网壳结构近似地看成各向同性或各向异性的连续体。网壳结构中网格的杆件 幽2—26奈良丝绸之路博览会主展馆网壳结构鸟瞰图2—27奈良丝绸之路博览会生展馆造型图2—30奈良丝绸2路博览会主展馆室内空间图2—31奈良蝗绸之路博览会主展馆旧壳结构节点东南丈学硕士学位论文可以用直杆代替曲杆，即以折面代替曲面，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。同时又便于工厂制造和现场安装，在构造上和施工方法上具有与平板网架结构一样的优越性。因此，网壳结构兼有薄壳结构和平板网架结构的优点，跨度可达100米，是一种很有竞争力的大跨度空问结构。网壳结构的缺点是计算、构造、制作安装均较复杂，使其在实际工程中应用受到限制。但是随着计算机技术的发展，网壳结构的计算和制作中的复杂性将由于计算机的广泛应用而得到克服，而嘲壳结构优美的造型、良好的受力性能和出众的经济合理性将口益明显。位于日本的奈良丝绸之路博览会主展馆采用了木网壳结构(如图2—27，2-28)。这座建筑使用的木材为奈良县生长的吉野杉树。建筑师充分利用木材的柔韧性，将其用于曲面木网壳结构。该木网壳结构采用40mmx70mm方形截面杉木，纵横间距500mm重叠交叉组合而成，网格节点采用9mm的螺栓连接(如图2-31，2-32)。这是～种利用小断面木材进行大空间创造的结构方式，其特点为结构自重轻，平面和空间设计自由。展馆建筑自重仅为钢筋混凝土结构的1／10，这有利于古城奈良地下遗构的保全。同时，自由的平面设计也使得散布在会场中的树木得以最大限度的保存(如图2-26)。由于采用自由的曲面网壳屋顶，建筑的空问形式摆脱了常规大跨结构的空间形态，具有一种动态的视觉美感(如图2．29)。另外，这座建筑的施工方法也是比较特殊的。施工时，先在地面加工正方形井字粱构架，然后吊起，各构架之间增加结构构件在空中进行连接固定，并利用木材所具有的柔韧性和变形能力，拼装成自由形态的空间构架1。：图2-32奈良丝绸之路博览会主ll展馆网先结构节点洋图L——⋯⋯～。』图2—28奈良丝绸之路博览会主展馆参见王静，日本现代空间与材料表现【M】。南京；东南大学出版社，2005．3：12332 第二章现代大跨木结构的主要结构类型l图2-29奈良丝绸之路博览会主展馆室内窄问、。．一一～⋯⋯。一⋯⋯⋯。一⋯⋯⋯⋯～⋯一一v------—一2．3混合空间结构通常，大跨建筑的结构型式有刚架结构、桁架结构、拱结构、薄壳结构、网架结构、网壳结构等，这些单一类型结构都有自己的受力特点及适用范围，也有自己的局限性；混合空间结构是由这些单一类型结构中的两种或三神结构单元组合成一种新的结构，它可以实现结构优化，同时，还比单一结构更容易实现建筑造型与结构受力的协调统一，从而使结构力学原理的科学性与建筑空间的艺术性达到完美结合。下面我们举几个比较典型的例子。2．3．1组合悬索结构将两种或两种以上的悬索体系(素网、单层索系、双层索系等)和强大的中间支承结构组合在一起，可形成形式各异的组合悬索结构。采用组合悬索结构，往往出于满足建筑功能和建筑造型的需要。例如，在体育建筑中通过设置中央支承结构，适当提高体育比赛场地上方的狰空高度，两侧下垂的悬索屋面正好与看台升起坡度一致，这样所形成的内部空间体积最小，且利用中央支承结构还可以设置天窗，以满足室内的采光要求。这种体系的中央支承结构和两侧悬索体系的形式可有多种变化，因而组合悬索结构的建筑造型往往丰富多样，留给建筑师很大的创作空间。33 东南大学硕士学仿论文由于中央支承结构负担很重，多采用刚度大、受力合理的拱、刚架、索拱体系等结构形式，还有案例采用了由粗大的钢缆绳组成的钢索。组合悬索结构在国外已出现工程实例，如木拱——钢索网——膜混合结构、钢拱——铜索网——木网壳混合结构等。2．3．1-1木拱——钢索网——膜混合结构木拱——钢索网——膜混合结构是拱结构、悬索结构和膜结构相组合的混合窄间结构。由竹中公务店设计的R本白龙穹顶即是这种结构类犁。该建筑平面尺寸为50米X47米．屋顶结构由刚性较大的格构式胶合木拱和钢悬索结构组成，两侧的钢索网由从拱券向外框延伸的10裉起承重作用的悬索和与其呈正交方式布置的单侧共7根的起稳定作用的压顶钢索构成，索网的网格呈正方形，大小约50era，其上有涂膜玻璃纤维布覆盖，其下垂的形式正好与看台升起坡度一致，结构空间与使用空间结合得很好。胶合木拱为刚性受压结构，能够很好地为结构提供刚度，张拉的索膜结构为柔性结构，对水平的地震作用力及风力有良好的适应能力。图2．33白龙穹顶外景图2．34[J龙穹顶事内2．3．1．2钢拱——钢索网——木网壳混合结构钢拱——钢索网——木网壳混合结构是拱结构，悬索结构和术网壳结构相组合的空间混合结构。如德国慕尼黑奥林匹克公园冰球练习馆(图2—35)，建筑是88mX67m的椭圆形平面，结构由跨度104米，高度18．5米的钢拱悬吊着钢索网和曲面木网壳(如图2-36)组成。跨越建筑中央的钢拱是由两根上弦、～根下弦组成的三角形立体桁架(图2-37)单元组成，其中每根弦杆的外径是267mm，桁架的高度为1．45m，高跨比达到了1／70，34 图2-35德国幕尼黑的滑冰馆远景图2-37德国幕尼黑滑冰馆的立体桁架式钢拱的详图图2—38德国幕尼黑滑冰馆平面图第二章现代大跨木结构的主要结构类型结构效率非常高。这个巨型拱架外露于屋面之上，是建筑造型的重要表现元素，它优美的轮廓线与周围的自然环境取得了很好的呼应。钢拱在不同的位置悬吊着两侧的索网。这些索网的边缘被设计成曲线形，很好地表现了柔性索网的受力状态。白天，自然光由两侧索网交接部位洒下来，形成了富有韵律感的光带(如图2-36)。索网边索的节点通过周边的斜撑柱固定，索网之上是双曲木网壳，索网与双向木格栅都采用750mmx750mm的网格模数，这样可以有效地减少节点的数量，同时也便于在木网壳上装配膜材。这种拱承结构组合以拱作为屋盖支撑体系的重要部分，省去支柱以跨越大空间，达到了优化结构设计的目的。，图2-36德崮幕尼黑滑冰馆的木网壳结构L——。——⋯——————⋯。。～+，————⋯—，——⋯—．—————．—————。。——．．．J2．3．2索支撑式索拱混合结构索支撑式索拱混合结构——即索结构与拱结构相组合的混合空间结构，如日本的出云体育馆(图2．40)。这座圆形体育馆赢径143m、高48．9m，建于1992年，是当时日本最大规模的犬跨木结构建筑。该建筑的结构体系中，起主要结构作用的是木材和塑料薄膜，而钢材用来将木构件连接起来，并保持结构的稳定。如图2-4l是该体育馆穹项的结构拆解图，从图中我们可以看出：穹顶由四类构件和材料构成——屋面膜材、木拱构件、钢拉索及钢圈粱、混凝土圈粱和支柱。该结构中有36榀呈放射状布置的拱，每个拱由长约19m的4根直线构件呈折线状内接于球面构成，上、下两端分别支承在半径llm的位于穹顶中央顶点的钢结构承压环和高度约为6m的分布在穹顶周围的钢筋混凝土柱上。木拱截面如图2-42所示，是由两块273mmx914mm的主要板材与l块同尺寸的实腹板构成。这样的组合构件可以确保弱轴的抗弯刚度。在拱的折角部位，为了能够实现11．5度的转折角度，采用了经过弯曲加工的层板胶合木。为了联系各榀拱 一⋯～夕i囝z一。。出厶穹顶图2．41穹坝的结构拆解蚓(从f．到下依次为：屋面膜材，木拱构件、锕拉索及钢圈梁、混凝土圈梁和支柱)东南大学硕士学位论文结构并保证其稳定，设计师设置了三道由钢索构成的承拉环来控制拱券向外侧扩张的变形并约束拱券发生平面失稳，在穹顶的顶部也设置了一个刚度很大的钢结构圆环，用来承受来自各拱券的压力及弯矩。另外，还有一些预应力钢拉杆呈放射状布置，并沿拱券呈网状铺开，与拱券一起共同构成下撑式桁架，用来承受结构体系中的非对称荷载。图242出云穹项拱券剖面及连接节点位置由这个例子不难看出：在索支撑式索拱混合结构中，层板胶合木拱充分发挥了它的自身抗压性能的优势，而钢材作为抗拉见长的材料，在这里起到了控制拱券失稳和变形的作用。木材和钢材的材料性能都得到了合理的发挥。同时，这种混合结构又非常具有建筑表现力——木材天然的材质为大尺度的建筑空间增添以柔美感，纤细的钢索令建筑空间有了轻巧感。2．3．3悬臂拱梁薄壳混合结构悬臂拱梁薄壳混合结构——即悬臂拱粱结构和薄壳结构的组合结构，如2000年汉诺威世界博览会德国馆的大屋顶(图2．43，2．“)。该建筑由lO个边长为40mx40m、高度超过20m的“大伞”组成。“大伞”的基础为四根直径1．2m，长度lOm一15m的混凝土桩基。“大伞”地面以上的结构由五部分组成(如图2-45)：支座、塔式柱、钢制金字塔结构、悬臂梁和网壳。支撑主体的塔式柱高度为17．6m，其中接近地面部分的尺寸约为6mx6m，项部尺寸约为2．5mx2．5m。每个塔式柱由四根长度为16m、 第二章现代大跨木结构的主要结构类型银枞树树干制成的木柱支撑。木柱之间的斜向稳定支撑组件包括术梁和里外两面包贴的层压木片。塔式柱与伞盖之间通过钢制构件连接。由于形状的关系，起连接作用的钢制构件被形象地称为“钢金字塔”。“钢金字塔”的高度是69m，焊接的板材厚度为lOmm一60Inm。固定在“钢金字塔”上的悬挑L形木构架由上弦粱、下弦粱和“K”形对角稳定支撑构架组成。这些构件都是利用粘合的层压木梁制成，外包层压木板。菱形木栅格组成的曲面网壳由8—10层宽16cm、厚3m的楔形榫榫接的软木板制成。在建筑师的精心设计下，该建筑造型独特的塔式柱和曲面薄壳屋顶不仅受力合理，而且具有较高的美学价值，是建筑空问造型的重要表现元素。屋顶的嗣护结构由两种膜材组成：一种是聚四氟乙烯fEthyl∞—Te仃a—FhlorEthylen)材料，厚度0．2mm，透光度约为95％．用于悬挑木构架的上方，以及不同结构单元连接部分的屋顶。另外一种是特氟龙一玻璃纤维材料，用于大面积的屋顶，厚度为0．9mm，透光度约为10％。另外，值得一提的是：该建筑体现了“可持续建筑”的设计理念。首先，整体结构大量采用本地木材，结合德国的林业机制，应用严格的材级分等技术将不同品质的木材应用于对材料力学性能有不同需求的构件上，尽量做到减废、节能以及再生资源管理：其次，该建筑选用了透光的膜材，这种材料可以使一定量的自然光进入室内，从而降低了建筑对日间人工照明的需求。因此，该建筑是生态建筑的典范。它将生态设计思想同高科技研发应用相结合，展现了大跨术结构建筑的高度发展水平。⋯|图2—442000年汉诺成世界博览会|睦里塑二一——jl图：弗2000年汉渊黼蝴馆；～～一～⋯一一图2．43年汉诺威世界博览会德国馆i37 东南大学硕士学位论文}i图2-45汉诺威博览会德国馆结构单元的拆解图L～～一～—++．⋯—————。——⋯一～——．。，．．。．。。一2．3．4斜拉混合结构斜拉混合结构是指斜拉钢索同梁、刚架、桁架、拱、壳体、网架、网壳等结构组合而成的混合结构。这种结构利用塔柱顶端伸出的斜拉索作为附加的弹性支承点，使结构的跨度减小，将受弯构件的传力途径改为由索和塔柱承受拉、压的传力途径，可以减小结构截面、减少材料用量。建于1989年的瑞士汝拉州(Jura)巴勒格市(Ballaique)的一座人行天桥(图2-46)即采用了斜拉混合结构。这座桥位于从瑞士西部到法国边境的林区高速公路上，之所以选用木材作为建桥的材料，是为了配合当地的自然景观并利用当地的天然资源。为了减少桥梁基础对基地的破坏，避免如汽车冲撞桥基的交通意外造成结构的安全问题，设计师将塔柱的基础设置在高速公路两侧的护坡之上(图2-47)。为了适应地貌和利于排出冬季的积雪融水，桥面进行了适当倾斜。在桥面较低的一端，设计师使用木38 图2—47瑞上汝拉州的菜斜拉混合结构桥的塔柱基础位于高速公路·侧的护坡上第二章现代大跨木结构的主要结构类型柱支撑桥面，并有长约三十米与桥面方向垂直的斜坡；在桥面较高的一端，设计师使用了两根木柱塔，并利用柱端悬吊的钢索来悬吊桥面。桥的主体结构中，设计师选用了圆木串联成纵向跨距。在这个混合结构中，柱塔和桥面结构为整个结构体系提供刚度，钢拉索将桥面的荷载传递至柱塔还可以起到稳定结构的作用，这些元素组合在一起实现了结构中力的平衡。从建筑造型上看，倾斜的桥面、塔枉和张拉的钢索组合在一起，具有视觉张力，体现了力与美的完美结合。由上述例子可以看出，斜拉索混合结构不仅可以合理发挥钢材和木材两种材料的材料性能，而且建筑造型往往轻巧活泼、充满视觉张力。图2-48瑞士汝拉州的某斜拉混合结i构桥一端的坡道l⋯一⋯⋯⋯一j图246瑞上汝拉州的桀斜拉混合结构桥2．3．5张弦结构张弦结构是一种由刚性构件上弦、柔性拉索下弦、中间连以撑杆形成的混合结构体系。在这种结构中，荷载先传递至主要受弯构件中，通过中间受压的撑杆或竖杆传递至通过下弦的钢索中并转化为拉力，然后由钢索和竖向结构的连接点传递至下部支撑结构。根据刚性上弦的不同构成，张弦结构体系可分为张弦梁、张弦平面桁架、张弦立体桁架、索承网壳(弦支穹顶)等多种结构形式。美国AlnEtrong—spaUumcheen体育馆(图2-49，2-50)即采用了张弦粱结构。结构主要由截面为200mmx75mm的胶合木拱粱、直径35mm的高强钢索和V形钢撑杆组成。它的受力机理为：通过在下弦拉索中施加预应力使上弦受压和受弯的拱梁产生反挠度，结构在荷载作用下的最终挠度得以减小，而V形钢撑杆对上弦的压弯构件提供弹性支撑。该建筑的细部也经过了建筑师的精心处理。如图2．51是木拱梁同钢拉索之间的39 东南大学硕上学位论文连接节点，图2．52是钢拉索同v形钢撑杆之间的连接构造。l图2-49Armstrong--Spallumcheen体育馆}。。．。。。。。．．。一————————。。。，．。．．。．．．．．．．．．．。．．。．．。，．。．．．．—．．．i]幽252Armstrong--Spallumcheen；{图2—50Armstrong—spallumcheen体育馆室内侮甫锦中V形诵撵轩屙锅京z诵的＼一‘“、～⋯一⋯一⋯—～一连接构造⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯～{位于瑞士的特拉弗西那桥(travcrsinabridge)(如图2．53)采用了张弦立体桁架结构，该桥跨度48m，主要由三个主要构件组成——抛物线形的张弦立体桁架、H形稳定木构架和带栏杆的人行道(如图2—54)。张弦立体桁架主要由23个结构复杂的三角形木构架和下方的两道钢索组成，三角形木构架从桥的中部到两端逐渐变小，两根钢索分别同每一组三角形木构架的两个底角相连。除此之外，三角形木构架的平面内和平面之间还有对角交叉的钢索对木构架进行联系和牵拉；木构架的上部由胶合木板连接(如图2．55)，支撑桥面并提供横向刚度，抵抗风荷载。以上是在张弦立体桁架的各个组成部分。在张弦立体桁架外，有H形稳定木构架与张弦立体桁架中的三角爪构架相对应——-H形本构架的支腿与下面的三角形木构架相夹合并有螺栓固定(如图2．56)。H形稳定木构架}：方是由实心木板组成的人行道。之所以采用实心木板，一方面是给行人安全感，另一方面也是出于结构上的考虑。人行道两边的实心木材与桥丽板一起构成槽形结构，可以在非均布荷载作用下使桥面保持水平。当桥受到桥面板、H形支撑木构架及行人荷载时，所有的钢索都受拉，而大部分木制支柱受压，各种材料都能充分发挥力学性能。这座采用张弦屯体桁架结构的桥，不仅结构形态真实地反映了力的流动，而且构件的形态和质感有着对比之美——人行道的面状结构同张弦立体桁架的杆件在形态上产生了实与虚的对比，木材同钢索之间有着强烈的质感对比。 l图2．55瑞上的txavccsina桥的结构细j{部‰⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一第二章现代大跨木结构的主要结构类型{图2-53瑞上的travcrsina桥，|图2-56瑞士的traversina桥的细部Z．．．—。⋯。．?+．⋯?一⋯．⋯一．‘，．⋯一⋯——。——————．。．．。，⋯j通过以上实例的分析，我们可以看出：张弦结构的结构形态丰富多样、受力明确、充分发挥了刚性材料和柔性材料各自的优势，为建筑师的建筑表现提供了很大的创作空间。本章小结现代大跨木结构有着丰富的结构类型。一方面．它继承了传统结构技术中的精华，利用现代技术对传统结构中的节点构造等技术要素进行改良，使之更适合于现代社会对大跨结构力学性能的要求；另一方面，它引入了新兴的结构理论和结构类型，如薄壳结构、网架结构、网壳结构等，这砦新型结构受力合理，建筑形态变化的自由度较大，便于建筑帅结合美学要求进行造型设计。另外，现代大跨木结构还将若干种单一类型的结构优化组合成混合空间结构，这样不仅结构上可以做到经济合理而且建筑造型也富有新意。41 东南大学硕士学位论文第三章现代大跨木结构的材料、节点构造及施工技术纵观建筑的发展历史，建筑技术的革新往往会给建筑带来翻天覆地的变化，它推动了建筑领域中新的空间形态的产生。现代大跨木结构物质形式的实现，很大程度上依赖于当代先进的材料技术、结构技术及施工技术等技术要素。上一章我们对现代大跨木结构建立在先进结构技术基础之上的结构体系及其受力特点进行了归纳与分析，下面我们就现代大跨木结构的材料、节点构造及施工技术进行总结与应用分析。3．1材料性能与特点现代大跨木结构使用的木材可分为两大类：一类是天然木材，一类是工业木材。天然木材具有质轻、易加工等优点，但也有易变形、质地不均、各方向强度不一等缺陷。而且木材丰富的树种也使了天然木材存在着个体特性的差异。因此，天然木材多用于对材料力学性能不高的中小跨度建筑。工业木材由于采用了现代胶合技术、防腐技术等先进的加工技术，材料尺寸不受木材天然尺寸的限制，且力学强度、材料耐久性能大大提高，适合用于对材料力学性能要求】较高的大跨结构。下面我们对这两种材料的种类和性能作以介绍。3．1．1天然木材的种类及材料性能3．1．1．1天然木材的常用树种目前，国内天然木材的常用树种有：柏木、东北落叶松、铁杉、油杉、鱼鳞云杉、西南云杉、油松、新疆落叶松、云南松、马尾松、红皮云杉、丽江云杉、樟子松等：国外天然木材的常用树种有：南方松(southernpine)、西部落叶松(westernlarch)、欧洲赤松(scotchpine)、俄罗斯落叶松、花旗松(Douglasfir)、南亚松(merkuspine)等。3．1．1．2天然木材的力学性能在受拉性能上，天然木材的顺纹抗拉强度较高，横纹的抗拉强度仪是顺纹抗拉强度的I／10—1／40。天然术材过度收拉会发生脆性形变，没有显著的蠼性变形。在受难性能上，天然木材在顺纹受压时有较好的塑性变形，可以使应力集中逐渐趋于缓和，所以局部削弱的影响比受拉时小得多，受压工作比受拉工作要合理。天然木材受拉和受剪皆是脆性破坏，其强度受木节、斜纹及裂缝等天然缺陷的影响很大；但在受压和受弯时具有一定的塑性。 第三章现代大跨木结构的材料、节点构造及施工技术3．1．1．3其它性能木材具有相对低的导热系数。相关数据显示：红砖的导热系数是胶合板的4．35倍，是干木板的13倍，混凝土分别是上述木质材料的8．69倍和26倍’。所以使用热工性能良好的木材可以相对降低建筑的热工能耗。调湿性也是木材具备的独特性能之一，也是其作为室内装饰材料和家具材料的优点所在。材辩的调湿特性是指靠材料自身的吸湿或解吸作用，直接缓和室内的湿度变化，使建筑内部的湿度稳定在一定范围之内，这样对人体健康和物品保存都是非常有利的。木材处于潮湿状态时，易受木腐菌侵蚀而腐朽：在空气温度、湿度较高的地区，白蚁、蛀虫、家天牛等对木材危害颇大。木材能着火燃烧，但有一定的耐火性能。因此术结构应采取防腐、防虫、防火措施，以保证其耐久性。3．1．2工业木材的种类及材料性能现代大跨度木结构多采用力学性能良好的工业木材，这些材料性能通过技术处理得到改善，普遍具有力学强度高、耐火、防腐等优点。下面我们介绍一下工业木材的种类及材料性能。3．1。2．1层板胶合木(Glued-laminatedtiⅢber-—-G1ul蛐)层板胶合木又称胶结层积材，在日本被称为集成材。它是将厚度为20--45mm、含水率不高于18％的木板的木板刨光后，涂胶层叠加压，胶合成各种形状和截面尺寸的构件。其生产工艺流程如图3-1。1涂平涛，木材与建筑，人造板通讯[J]，2003．9：443 陶3-2在T厂加工的曲形木构件}图3—3日本秋田县的伊近日托所室内l图3-4日托中心整体结构示意!⋯～一!图3-5日托中心剖面￡⋯～——．一⋯一⋯～⋯——』东南大学硕士学位论文层板胶合木在材料的性能上有许多优点(1)这种工业木材能在加工过程中按构件各部位不同的应力来配置不同等级的木材，将木材缺陷分层匀开，使得材料的力学性能更有保证。例如当加工梁构件时，强度高的材料被分布在承受拉力和压力晟多的梁的顶部和底部，结构强度低的材料则分布在力学要求低的部位。(2)通过小尺寸的木构件的指接节点工艺及胶结层压技术，构件的长度和截面尺寸不再受天然尺寸限制。这为要求构件有较大截面尺寸和较大长度的大跨木结构提供了很好的技术支持。(3)由于在加工过程中进行了干燥处理和化学处理，因此层板胶合木构件的尺寸和形状在使用过程中具有较高的稳定性，且具有良好的防腐性能。在防火方面，由于着火后形成的炭化层有良好的滞火作用，层积胶合木具有高于钢结构和预应力混凝十结构的耐火极限。(4)层板胶合木可以被加工成任意形状和尺寸的构件，能胶合成受力合理的工字形截面构件；还能按建筑师的要求胶合成各种曲线形构件。在保证结构强度的同时，使建筑师的创作有很大的自由度(图3—2)；(5)材料质轻高强，适合应用于对材料力学性能要求较高的大跨度公共建筑。单纯的层板胶合木以拱或梁的形式就可跨越几十米的空间，而辅以钢构件或钢结构，可实现更大跨度；(6)由于采用工厂机械化生产，层板胶合木的生产效率高且加工精度高o。层板胶合木在现代大跨木结构中有着广泛的应用，上文提到的～些案例就使用了这种工业本材，如日本白龙穹项中起主要支撑作用的木拱架、Anmstrong—Spallumcheen体育馆的木拱梁等。3．1．2．2结构复合木材(Structuralcompositelumber--SOL)结构复合木材主要包括旋切板胶合木和旋切片胶合木。(1)旋切板胶合木(Laminatedveneerlumber--LVL)。这是将旋切的厚单板(2．5m—6．4mm)涂胶后顺木纹层叠热压而成。生产时采用辊轴热压机，将宽为1219M，长度为610mm的单板层叠，对接接头分层错开，连续压制成长度达24m的板材。其成品厚度分别有38mm、45m、57m、64m及89mm等数种。旋切板胶合木由于是由旋切板直接胶合而成，既无锯末又无刨花，比层板胶合木的出材率高20％以上。旋切板胶合木的厚度远小于层板胶合木，将木材天然缺陷分层匀开的效应高得多，其设计强度也相应地提高。(2)旋切片胶合木是将厚度不大于6．4mm，长度至少为厚度150倍的旋切加工的窄木片顺木纹胶合热压而成，有平行木片胶合木(Parallelstrandlumber--PSL)和层叠木片胶合木(Laminatedstrandlumber--参考侯建芬，现代钢木复合结构建筑设计研究，东南大学建筑学院硕士论文，200618 第三章现代大跨术结构的材料、节点构造及施工技术LSL)两种性能相似的产品1。结构复合木材可利用材质等级较低的原木生产，提高了木材的利用率，它的结构强度与层板胶合木相比要差一些，一般应用在一些中小规模的建筑上。如建筑师坂茂(ShigeruBan)设计的位于日本秋田县(Odam)的伊迈日托所(图3．3)便是直接利用结构复合木材的弯曲性能，借鉴日本的一种传统柳制品的编制构造而建造的。尽管这个结构既有创意，又非常美观，但是规模上要小得多，而且所采用的材料是结构复合木材中的旋切板胶合木(LVL)，同时还使用了一个稳定的钢制的外部框架(如图3．4，3．5)。如果能够进行科学的结构设计和构造设计，结构复合木材也可以被用于建造大跨建筑，如坂茂在伊迈日托所旁边设计的At．sushiImai纪念体育馆(图3．6)。与上文提到的日托所不同，这座建筑更依靠木材本身来实现结构上的需求。出于对轻质结构材料的偏爱，建筑师选用层叠木片胶合木(LSL)来建造体育馆中20mx28m的穹顶。这是一种轻质的、并非是专门用来承担雪荷载的结构复合木材，它与LVL类似，但是由较低级别的原木(如并不适合于常规木结构构件的白杨)合成的材料。之所以选用LSL这种材料，是冈为它可以被加工成长度达到28m且宽度达到2．5m的板材，这种板材可以帮助建筑师实现拱形结构的设计概念。该建筑由一系列平行于长轴方向的格构式空腹粱和平行于短轴方向的桁架拱结构相互交叉而成(如图3-7)。桁架拱结构包括LSL弦杆和钢腹杆构件。因为要把60mm厚的LSL加工成弯曲的形状是不町能的，所以这种材料被分成了三个薄板，每个20mm厚。这些分割后的薄板各自经过弯曲加工以后再重新被压制到一起。空腹桁架没有使用斜向的支撑构件，使用的是用来加强刚度的呈直角的构件——包括钢管水平构件、钢竖向构件和LSL抗剪嵌板(如图3—8)。夹板在内部完全暴露，而锯齿形的连接营造出一种i维的效果(如图3-9)。结构的基础由一个圆形的混凝土环梁构成。因为周围的建筑物都很低，坂茂将建筑的下半部设置在深入地面以下，这样建筑在受到雪荷载的影响之前就已经成为半地下的了。地平面以上，只有体育馆的穹顶和两个入口。穹顶由透明的聚碳酸酯包覆着，其上面则设置了一条一条的不锈钢带(如图3-10)。这种组合可以保证有大量的光线进入体育馆中，给人一种与外面的世界融为一体的感觉。建筑师坂茂比那些与他一起工作的结构工程师们要自信得多，那些结构工程师曾经劝说他在施工开始前或者结束后不要使用那么多钢构件，而坂茂则认为那些是必须的。虽然如此，房子的构件还是接受了严格的测试，其中每个组件的特性都经过严格的检验。作为在一个接一个工程中小断发展其设计理念的建筑师来说，坂茂可能会在那些保守工程师的束缚中更为自由地释放自己的才华。在已经展示了纸板到底能用来做成什么以后(坂茂在汉诺威世界博览会日本馆的设计1参考侯建芬，现代钢木复合结构建筑设计研究，东南大学建筑学院硕士论文，2006：1945F步瞎一育体岔纪，蚍～S乩。CA6一图景 东南大学硕士学位论文中曾使用纸作为大跨结构的建筑材料)，他现在又在向世人证明，即使在必不可少的技术条件下，木材和钢材以最为常见的方式结合在一起也可以作为一种轻质材料。{圈3-8Atsushilmai纪念体育馆结构节点图 }图3-1LSalzlagerhalle体阙广场f第三章现代大跨木结构的材料、节点构造及施工技术l图3-9AtsushiImai纪念体育馆结构节点图}图3-10Atsushilmai纪念体育馆屋顶的不锈制带￡一⋯⋯，。。．．————。除此之外，美国爱达荷大学体育馆跨度达122m的屋盖也采用了旋片板胶合木做筒拱的上、下翼缘。可见，结构复合木材在一定结构技术的支持下，可被用来建造现代大跨木结构。3．1．2．3木基结构板材(Wood--basedstructuralpanel)木基复合材是指以木材作为主要原料粉碎后胶合而成的一大类木产品。包括定向刨花板、各种碎料板和密度板颗粒板。这一类木产品是由碎料胶合而成，各种木材的边角料和太小的木料以及原木不适合用作建筑材料的树种均可以作为原料，这样就大大的提高了森林资源的利用效率，降低了成产成本。木基结构板材是指用于承重结构的木基复合板材(Wood--basedpanel)，包括结构胶合板(Structuralpanel)和定向木片板(Oriented$halldboard)1。这种材料通常可用于大跨木结构的屋面板。跨度60M，长度144M的Salzlagerhalle休闲广场(如图3-11)，屋面即使用了定向木片板(OSB)。1参考侯建芬，现代钢木复台结构建筑设计研究，东南大学建筑学院硕士论文，2006；2047 东南大学硕士学位论文3．2节点构造现代大跨木结构的设计中最困难也是最鼋要的一个环节就是节点构造设计。为了实现较大的结构跨度，现代大跨木结构引入了钢结构的一些设计方法，因此，在节点构造方面，除了继承传统大跨木结构榫卯、齿接、金属件连接等连接构造方式，现代大跨木结构还引入了钢结构节点等新的连接构造方式。这些节点构造方式的选用要由建筑的结构特点，所连接的材料特点等因素来决定。一般情况下，在拱结构、桁架结构等平面结构中，常见的节点构造方式有：钢板+螺栓节点、裂环节点、齿板节点、金属铰节点等；在网架、网壳结构等空间结构中，常见的节点构造方式有：金属球节点、金属板嵌同节点、木材夹合+螺钉节点、内置的钢板+螺栓+胶合节点等；在混合空间结构中，常见的节点构造方式有：穿套式金属节点、销式金属节点等。下面我们简要介绍一下各种节点构造方式的特点。3．2．1平面结构的节点构造方式3．2．1．1钢板+螺栓节点钢板+螺栓节点是现代大跨木结构中常见的一种节点构造方式。具体做法是：在构件的结合处插入钢板与木构件固定，钢板之间采用螺栓等钢构件进行连接。(如图3-12)这种节点还可以加胶形成复合节点，如大馆树海棒球馆采用以复合木材为主要构件的双向拱型桁架结构，在节点处通过钢材传力，木构件在中央的接缝处插入花纹钢板，填入环氧树脂，使其连接硬化后，依靠连接在花纹钢板上的内嵌式螺母和高强螺栓与连接钢板紧密连接(如图3—13)。l图3．13大馆树海棒球馆的节点—+—．+，—。⋯——⋯。一3．2．1．2裂环节点裂环节点，是指通过金属构件裂环(如图3．14所示)来进行连接的48 第三章现代大跨木结构的材料、节点构造及施工技术构造节点。裂环这种金属构件能标准化生产，通过环槽承压和连接，靠木材受剪传力，其安全度受脆性破坏的木材抗剪强度控制。北京清华大学29．5米跨度的大跨木结构礼堂(建于50年代，后改作西大饭厅)即采用了这种裂环节点。值得注意的是，这种节点被安装后处于隐蔽状态，不易进行检查维修。图3．14裂环节点的构件3．2．1．3齿板节点齿板节点，是指将冲压而成的齿板用油压机直接压入木材的节点。这种节点通过众多的齿分散承压传力，有很好的韧性。它与裂环连接相比，具有较高的紧密性，减小了结构的变形，且便十检查。近年来国外多将齿板节点应用于桁架和接头的连接。3．2．1．4金属铰节点金属铰节点，是利用两端可以转动的金属构件将两个木构件连接在一起的节点。这种节点只传递压力和拉力而不传递弯矩，允许两侧构件之间的位置关系有相对的变化，以适应结构设计的要求或建筑造型的需要。金属铰节点经常用于现代大跨木结构的支座连接。如英国谢菲尔德冬季花园的木拱构件与支座的连接即采用了这种金属铰节点(如图3-15)，满足了结构设计中对铰支座的需求。日本高知县的牧野植物与人类博物馆(MakinoMuseumofPlantsandPeople)为了实现屋顶起伏变换的造型，采用了金属铰节点来连接支撑屋顶的一系列成组的木粱。这种铰节点两侧分别有两个钢片将斜置木粱夹住并用铆钉固定起来(如图3．16)。3．2．2空间结构的节点构造方式3．2．2．1金属球节点金属球节点，是将多个不在同一平面上的杆件连接在一点的铰接球形金属节点。这种节点常应用于空间网架，将所有的轴向力都汇集于一点，只传递轴向力，不传递弯矩。如日本小国町民体育馆即采用了金属球节点(图3一17，3-18)，为了防止木材特有的接合部的横纹挤压下陷，设49 东南大学硕士学位论文图3-17日本小国町民体育馆的：{金属球节点图3-18日本小国町民体育馆的：l金属球节点【。．．，。．．．。．．．．．．。，。。．，。．．．．．．．．．．．。。。、。。。．。．．．。．．．．一——，⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯3222参卿磁炭厨：#￡青金属板嵌同节点，是指把多层木拱条交叉叠合，然后用螺栓和钢板将其加固的节点构造方式。这种构造方式适用于网壳结构中纵横变错的小截面木构件之间的连接，其优点是节点小巧，不破坏木拱网格的整体性。如曲面网壳结构的英国野地博物馆即采用了这种节点(如图3-20，3-21)，这种节点在网壳结构成形初期松散地固定，允许所连接的木拱条有滑动，在壳体安装完毕后，节点的钢板四角上安装仁螺栓，为结构提供必要的剪切刚度。图3-20博物馆特殊的钢构件连接3．2．2．3木材夹合+螺栓节点件⋯⋯一“-_⋯⋯⋯。_⋯⋯在木网壳结构中，还经常采用木材夹合辅助螺钉固定的节点构造方式。这种构造方式的具体做法是：将木构件蓐叠交叉组合，然后在构件重叠处以螺栓固定。这种构造方式适用于应力较为分散的网壳结构。如我们在第二章提到过的日本奈良丝绸之路博览会登大路会场的木网壳屋顶，该屋顶采用40mmx70mm方形截面杉木纵横间距500mm重叠交叉组合而成，木构件重叠处的节点采用直径9ram的螺栓连接(图2—31，2-32)。采50 苎三差里垡查堕查堕塑竺笪垫：堇生塑堕墨堕三垫垄用这种节点构造方式的还有：2000年汉诺威世界博览会德国馆的木网壳屋顶和瑞士建国700周年纪念馆的节点(图3-22)。1图3—22瑞士建国700周年纪念馆的廿点⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯一～一～～一⋯～———————。——————————』3．2．3混合空间结构的节点构造方式由于混合空间结构中常常引入钢索等结构构件，因此除了前面提到的那些节点构造方式之外，混合空间结构还会采用穿套式金属节点和销式金属节点，下面做以简要介绍：3．2．3．1穿套式金属节点穿套式金属节点，是指将一个构件上的套环式连接口套在另一个构件上的连结方式，适用于混合空间结构中的钢索与木构件的连接。如图3．23．是大不列颠哥伦比亚省萨利中心城中庭术构件与钢索间的节点，专门设计的穿套式节点将钢索卡套在金属卡槽中，这个节点将木撑杆中的压力转化；幽323萨利r『】心城穿垂A金属竹点，i图3-24瑞士特拉弗曲娜桥芽套i|{式金属节点o～⋯⋯⋯⋯————一⋯一～～一⋯一一一i，⋯一⋯⋯⋯⋯⋯。l为钢索中的拉力。另外，瑞士特拉弗西娜桥也采取了类似的节点构造方式(图3-24)，这种构造方式很好地满足了几何形状比较复杂的构件之间的连接。 图3-25日本爱媛县武道馆的销式l金属节点L⋯一一一——一——⋯——一一东南大学硕士学位论文3．2．3．2销式金属节点钢索与木杆件间的连接还有～种销式金属连接。如图2—25．是日本爱媛县武道馆的销式金属节点，节点部位设计钢板或专用的钢构件，可以加强节点局部强度和刚度，同时将木构件的压力转化为拉索中的拉力，很好地实现了构件间力的传递。3．3施工建造技术现代大跨木结构的施工主要有两大部分：一是地基、基础施工；二是结构安装施工。由于现代大跨木结构跨度大、构件大、安装位置高，其结构安装的施工难度相对较大，是施工建造的重要环节。因此本文着重介绍现代大跨木结构的结构安装施工方法。在进行结构安装施工以前，结构构件一般先在工厂进行预制加工，这样可以减少结构安装施工的高空作业、降低施工难度、缩短施工工期。预制加工的构件运至施工现场后便可利用机械进行结构安装。安装施工方法的选择需要综合考虑建筑物的规模、结构特点、建筑周边环境以及工期等诸项条件。下面以一些实例简要介绍一下现代大跨木结构建筑中的几种安装施工方法。3．3．1吊装施工吊装施工是现代大跨木结构建筑中常用的一种施工方法。它主要是将人力所不能及的建筑构件(这类构件往往尺寸大、重量重、设计标高较高)采用起重机械提升的方法来实现构件的就位安装。为了避免起吊次数过多和需要大晕的临时支模]二程及人工高守作业，现代大跨木结构的吊装施工尽可能将预制的建筑构件在地面组装成一定的吊装单元，然后起吊安放定位。如2000年汉诺威世界博览会德围馆的大屋顶即是采用单元组装吊装的施工方法。这个采用混合结构的大跨术结构建筑我们在上文已提到过，它由10个边长40mx40m，高度超过20m的伞盖式构筑物组成。每个伞盖由塔式柱、钢制倒金字塔结构、木悬臂桁架粱及4片曲面木网壳组成，网壳上覆盖透光的膜材。施工中，金字塔形的钢木支柱构件由工厂加工完成后在现场进行组装。木悬臂桁架梁是在700公里以外的地方制作的，然后在夜间封闭道路将其运送到工地现场。本网壳直接在工地旁的巨大的脚手架上进行装配，然后由起重提升至结构设计预定的位置并进行固定。(图3-26)。而屋面的膜材则是在主体结构完成并且进行相关的结构性能测试及检验以后，工作人员直接在网壳体结构上进行铺设的(图3-27)。 图3-27屋曲膜材的钠垃第三章现代大跨木结构的材料、节点构造及旌工技术图3—26双曲皿小|卅壳的施上过程3．3．2顶升施工项升施工，是指结构构件在地面拼装后，用千斤顶整体顶升就位的施工方法。1992年的出云穹顶的施工最大限度地利用了木结构轻巧的特点和穹顶建筑的结构特征，首次采用了大规模的项升施工。施工之前，有关人员53 东南大学硕士学位论文l进行了科学的实验。以充分估计施工过程中有可能遇到的问题。施工过程i中，首先将穹顶的36榀术拱件按照结构设计放射状装配在一起并平放在地面；然后，利用千斤项将穹顶整体顶升至预定的高位，并进行固定(图‘3-28)。为了确保顶升时的拱券的稳定性，每两榀拱券组成一个单元，单，元内的支杆、预应力钢杆和薄膜等构件一概在地面上安装就位。此外，在，拱券的折弯点处，为提高组装起来的拱券的刚度，加设了临时的横向连接；构件。在拱券的顶端和底脚之间，安装临时拉索。以便控制拱脚的变形。!由于每榀木拱都是用直线构件呈折线状内接于球面而构成，各单元问在拱；脚处要比安装就位后长出一部分。因此，支杆、预应力钢杆和薄膜都无法在地面上一次装配完成。这样一来，单元问的18块薄膜只能在顶升就位：后进行铺设，支杆及预应力钢杆也一起携带上去。这种顶升施工法的采用，不但可以在地面单元化组装，减少了高空作业，而且提高了施工效率。{3．3．3提升施工i图3-28出云穹项采用项升施工方l；法升起整个穹项1．．。．．。．．。。。。．。。。。。．。。+．．．．．．．。。．．．．。，。．．．．．．．．．．。．．．．．。。．．，．．．．．．。．．．。．．．．Jl图3-29长野冬季奥运会体育馆用卷l扬机对屋顶进行提升提升施工，是将构件在地面进行拼装后，利用提升设备将其提升到设计标高并安装就位。如日本长野冬季奥运会体育馆由于其跨长达80m的悬挂式屋顶要凭借施加拉力才能保持稳定状态，所以为了确保施工中的风等外力作用时的安全性，采用了凭借屋顶构件自身重量产生的受拉状态进行吊装的提升式施工技术。施工过程是这样的：首先，在首层地面上，将6榀准备吊装的悬挂构件(长80m)按问距为60cm进行地面组装，然后，再沿提升支架，用卷扬机实施提升(图3-29)，待完全就位后，提升支架则沿轨道向下一个提升部位平移。经过5次重复作业便可完成一段幅宽18m的悬挂屋顶。图3—30是第一次提升作业完了后的情景，一目了然的是悬挂型屋顶的80m跨长与厚30cm之间的比例关系。如前所述，悬挂构件的端部是铰链连接的，为了提高销钉插入作业的准确性，给支承悬挂构件的横向构件加设可以微调的构造。通过采用，卜述的施工方法，不但减少了高空作业，而且确保了安全，同时也收到了缩短工期的效果。l图3-30K野冬季舆运会体白馆悬挂屋顶吊装剑位的情景L一——～一～一一——～．一一⋯一一一一。一一—、。一一一一一，⋯，⋯一 第三章现代大跨木结构的材料、节点构造及施工技术33．4滑轮抬升施工滑轮抬升旌工，是将构件在地面进行拼装后，利用滑轮将其提升到设计标高并安装就位。如瑞士建国700周年纪念馆即采用了滑轮抬升的施工方法。作法是；先将木板平铺在地面(图3-31)，由四端及中央五个吊台利用简易的滑轮，幽3-3|瑞士建国700周年纪念馆；将构件抬升到预期的高度(图3-32)，再由工人现场钻孔并安装螺栓。全抬升施工前|工地同时最多只需用剑十位工人。这种施工方法适于规模较小的大跨木结‘构，操作简便易行，造价经济。图3．32瑞士建国700周年纪念馆；4抬升施工后⋯。。。⋯+。⋯～⋯⋯～。⋯一。{●。^1⋯^^⋯f^Hw⋯“～“⋯p”⋯_^n图3．33工人用金属模其在检查接头的尺寸及精度的情况3．3．5现场胶合施工现场胶合施工，是将一定规格的层板胶合材在施工现场胶合成更大尺寸的木构件，在胶合的过程中需要对胶合接头的质量进行严格控制。如口本白龙穹顶的层板胶合木拱施工即采用了大型梳齿状对接接头的现场胶合施工，将长约lOm的弯曲成型的层板胶合材扁放在地面上通过现场胶合工艺拼接成跨长约50m的2榀拱券。大尺寸层板胶合木的大型梳齿状对接接头是首先南欧洲开发出来的接头方法，早在德国的DIN(1=业标准)中就已经标准化了。不过，那里的胶合丁艺都是在工厂里实施的，日本白龙穹顶足首次进行现场胶合施工。为了保证工程质量，业主对于大型梳齿状对接接头的加工，向素有加工经验的德国厂家发包；而对于现场施上，起草了《现场胶合施工管理要领》，并追随施工流程，实施检查和管理。在实施胶合作业之前，要进行温度等有关操作环境和管理，涂胶前的接头尺寸及精度管理，含水量测定及胶合剂检验，涂胶时的木材胶合技术实施的检查，胶合剂的可用时间管理，涂胶后的压紧及养护管理等等。图3—33展示的是，工人用金属模具在检查接头的尺寸及精度的情况，而图3—34则展示利用拉紧螺栓进行拉力测定的压紧工序管理的情形。然后，再利用4台起重机将这2榀拱券吊起，并按图3—35中所示的样子安装就位。本章小结图3-34利用托紧螺栓进行拉力测{木材加工技术的进步克服了天然木材强度不均、干燥易变形、易腐蚀定的压紧工序管理；及天然尺寸的诸多限制，使新型工业木材具有匀质、高强、耐久的特点，这为木材作为结构材料大量用于大跨结构奠定了物质基础。作为结构设计的核心内容之一，节点构造设计在现代技术条件下有了质的飞跃，它使复杂形体与结构的实现成为可能。现代施工建造技术的特点是运用机械设备进行大型构件的提升和吊装，它使现代大跨结构可以由设想变为现实。}图3-35木拱安装i～⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．。．．。．．。，．．．．．．．．．．J 东南大学硕士学位论文第四章现代大跨木结构的建筑表现在前两章，我们总结了现代大跨木结构所依靠的现代结构技术、材料加工技术，施工建造技术、节点构造技术，这些先进的技术要素不仅足现代大跨木结构得以实现的物质基础，而且是现代大跨木结构建筑表现的创作源泉。当代建筑创作中崇尚技术的审美烦向使得建筑师们常常将建筑技术的视觉化表达作为建筑表现的重点。在这种情况下，现代大跨木结构的结构和材料便成为建筑空间形态设计中的重要表现元素。与此同时，为了避免滥用技术所造成的人文精神的失落与人性的异化，建筑师们开始有意识地将技术同地方的人文特色相结合，运用技术手段来表现地方文化，创作具有文化认同感和心理归属感的现代场所。4．1对结构的表现现代大跨木结构具有建筑造型与结构形态合一的特点。暴露在外的结构表达了建筑的受力状况、构造与材料的逻辑关系和建筑的外观形象。它既为实现建筑造型提供技术支持，又是建筑表现的重要元素。因此，对结构的表现往往是现代大跨木结构建筑表现剑作的核心内容。所谓结构表现，不是仅仅忠实地反映结构，而是要以深刻认识结构的力学规律为前提，着眼于建筑艺术性与结构有效性的完美结合，使建筑内在的逻辑性赋予建筑形象深厚的内涵美。相对于小型木结构，大跨木结构受到自然界力学规律的约束要严格得多，但结构的力学规律并不是建筑艺术表现的敲人，相反，如果建筑师能够在透彻地理解大跨木结构力学规律的前提下，有意识地进行体现力学法则的结构表现，就可以很好地展现大跨木结构的力学技术美。要创造性地进行结构表现，就要求建筑师从结构角度思考建筑设计。即在建筑设计过程中，建筑师统览全局。确定一种合适的结构形态：同时寻求建筑与结构的有机结合，充分利用结构形式中对建筑审美有利的一面，着跟于室闻和造型的整体性和逻辑性，提高建筑的艺术表现力；充分考虑各种材料的性能和特点，做到崩材合理经济，受力简洁、流畅，下面我们详细介绍一下大跨木结构的结构表现特点。4。l，1结构体系与建筑空闯设计的统一现代大跨木结构的空间形态同它的结构形态之间存在着密切的关系。不同于小跨度的传统木结构建筑，现代大跨木结构在外部形态上往往体量高大，支撑构件尺度超常。～般情况下，它很少表现出审问的复杂组合，更多侧重的是空脚的围合设计。在建筑内部空闯的肌理构成上。现代大跨木结构的空间品质往往借助十裸露的、不断重复的构件单元；借助于不同 第四章现代大跨术结掏的建筑表现⋯⋯⋯⋯一一+’⋯●_———-——●-__———‘-●，———————-——●-———_————_———————————_—————_—_____-——●'_-___-----__一构件之间的精致的连接；借助于单一构件的质感和巨大尺度等因素来体现。由于在现代大跨术结构的建筑形态创作中，技术因素扮演着霍要的角色——它既是获得理想空间形态的保证，也是建筑形态表现的要素。所以，大跨建筑技术的视觉化表现作为一种建筑表现方法，正被越来越多的建筑师采用。由此带来的是，在现代大跨木结构的空间建筑艺术表现中，空间组合的表达被非空间因素——即建筑的结构，构造及建造手段——的表现所取代，并成为建筑创作的重点。i图4-1人馆树晦体育馆外观位于日本秋田县北部的大馆市树海体育馆(图4．1)就是一个结构形{态与建筑空间形态有机统一的例子。该建筑的功能是5000人规模的棒球场。建筑的屋顶采用椭球型穹顶，是世界上最大规模的木结构穹顶建筑。设计者是竹中公务店和伊东丰雄所射成的合作单位。之所以采用椭球状的结构形态，是因为：首先，椭球体的平面投形是椭圆形，椭圆的平面比正圆更适于举行棒球比赛；其次，三维形体中椭球形具有最小的表面积，这意味着采用椭砑l体，建筑围护结构的表血积可以相对变小，从商有利于降’嘲4-2人馆树向倬自讯《内；低建筑的造价；另外，椭球状的形体最适合于秋田县冬季常见的夹杂着雪花的强风气候。为了实现这个尺度巨大的穹顶，设计者采用了由横向桁架和纵向拱(图4—4)组合而成的三维桁架结构来建构太跨度的曲面空间。相互交错的木构件暴露十建筑的空间之中，本来应该是粗壮的秋田杉木。由于采用了小尺寸杆件组成的二维桁架结构而像格栅一样在透过顶膜的光中使人感到非常柔和(图4．2，4．3，4．5)。在这里，在结构体系中起力学作用的结构构件变成了形成建筑窄间界面的蓖要装饰元素，结构形态与}图4-4大馆树海体育馆木拱构件l建筑空间形态成为了有机统一体。为了不失屋顶上膜材护的流动感，设计者在连接部分用心设计了细部，冈此整体上非常简约。膜的最下部分从屋顶底部的微型折叠开始，渐渐变得平缓。但是膜与膜之间相互连接的结合4—{图4．5大馆树海体育馆屋顶结构细部l一璺竺当兰箩海体白罂塑⋯。．一一～——⋯一———j57 东南大学硕士学位论文部位的突起本身通过特殊的金属拉伸件向内侧隐藏，使膜能够实现甲滑的交接，并使人感到外部更加简洁。将膜尽可能地降到最下部，并用铝板进行简洁的封边。从外观看，建筑椭球状穹顶的流线形体根据所在的位置不同会有细微的形态变化，虽由人造却不可思议地融于四周的山峦起伏的自然环境之中。由于穹项采用曲_面形式，在外观上具有丰富的造型，无论是建筑平面或建筑形体，都能给设计人员以充分的设计自由和想象空间，通过使结构明暗对比、虚实对比，把建筑美与结构美有机地结合起来，使建筑更易于与环境相协调。该建筑整体形象完整、局部变化丰富，是大跨木结构空间造型的杰出代表。由上述例子我们可以看出，现代大跨木结构由于采用暴露结构的设计手法，结构空间与建筑空间是耦合的。结构形态决定了建筑造型的特征，同时又是建筑内部空间的表现元素。在现代大跨木结构中．结构形态和建筑空间形态是有机的整体，空间艺术同结构技术可以达到高度统一。4．1．2结构体系的建造逻辑表现r⋯⋯⋯⋯⋯。现代大跨木结构的结构不仅扮演着支撑建筑实体的角色，它还与空间图4—7n尼穹顶夜景嘲4-8白龙穹丁负结构横犁图4-9白花弩顶内景围合系统一起共同影响着建筑的空间品质。同时，结构体系本身的逻辑性成为建筑师表现的重点。这种以力学规律为基础的建筑设计方法给现代大跨木结构带来了理性的建筑空间形态。具体来讲，结构体系的建造逻辑表现主要包括两个方面：一方面是通过完善的结构体系；另～方面是通过合理的结构形态。下面我们就这两方面作以简要的论述。结构体系是构成建筑的基本要素，它的视觉造型是建筑结构表现的重要组成部分。完善的结构体系不仅是支撑建筑空间的实体要素，它还可以将美的形式和内容融入空间艺术的整体表现之中，使建筑空间艺术趋于完善。注重结构体系的完整性和合理性，可以很好地体现建筑结构的内在逻辑性。位于日本广岛县大和町的白龙穹顶即是通过完善的结构体系来表现结构体系建造逻辑的典型例子。该建筑平面规模为50x47m，屋顶结构中央有一个两端被固定在混凝七支座f=的巨型格构式胶合木拱，它为结构体系提供刚性支撑：胶合木拱的两侧是钢悬索结构，它为结构体系提供稳定性，并支撑了起围护作用的膜结构。整个结构体系暴露在建筑的室内空间当中，受压的刚性结构同受拉的柔性结构共同完成了建筑空间界面的围合。从室内看，建筑的结构体系非常完善又简洁清晰，赋予了它所支撑的建筑窄间一种具有视觉秩序的理性美。由这个例子我们可以看出，完善的结构体系是表现建筑空问逻辑性的一个重要方面。合理的结构形态可以真实地反映结构的受力情况，表达结构的内在逻。辑性。有结构思维的建筑师总是依据力学原理来创作现代大跨木结构的结构形态。对于受弯构件悬臂粱来说，其根部弯矩较大，采用根部较高的变截面结构形态则较为合理。2000年汉诺威世界博览会德国馆支柱上端支撑曲面网壳的悬臂梁即采用了截面高度根部高端部低的结构形态，真实地58 第四章现代太跨术结构的建筑表现‘反映了结构的受力特点(图4-10)。对于简支粱来说。其跨中弯矩比两端大，那么将其中部的粱截面加高就可以合理地反映它的受力情况，St‘lttgart学校体育馆的胶合木粱即是这样处理的(图4-11，4-12)。对于受压构件来：说，由于要考虑压杆的稳定性，杆件会做得较租，在这种情况下，中问租{两端细的杆件则更为合理，天缄穹顶中索穹顶结构中的受压木杆件即采用{这种符台力学规律的构件形式(如图4-13)。另外，建筑师可以依据力学分析图所反映的力学原理来理性地创造现代大跨本结构的结构形态。瑞士特拉弗西那桥极具形式美感的结构形态便是建筑师对该桥的受力特点作出理性分析后所进行的建筑形式龟q造。从建筑师的草图上，我们可以看出，；国4-lo汉诺威世界搏览会德国馆的}}变截商悬臂粱{!{图4—12Stuttgart校体育馆的般台术}k⋯，⋯一～、⋯一⋯．}¨3天城穹顶⋯⋯一⋯⋯⋯、{√这座桥合理的结构形态与其力学弯矩图保持着形态上的拓扑相似，技术与一lSr9f—』U围4-11S￡uttgart学梭体育馆剖面由上述例子我们可以看出，优秀的大跨术结构建筑的结构体系，往往能够透过清晰的建构逻辑，艺术地体现结构的力学规律，表达出～种真实的结构美。将结构的逻辑性作为建筑形式美的表现元素，加入到现代大跨木结构的建筑设计中可以创造出展示术建筑空间形态理性美的优秀设计作龋。4．1．3结构构件的造型表现由于大跨术结构往往采取建筑与结构合一的表现方法，因此结构构件的形态和位置对现代太跨木结构的空间造趔效果有重要的影响。在现代大跨木结构中，结构构件既是结构体系中重要组成部分，又在建筑空间形态的细部表现中扮演着不可替代的角色。建筑师可以通过对结构构件的造型59 东南大学硕士学位论文设计，来丰富大跨木结构建筑的空间形态。下面我们对结构构件的造型表现手法做以简要的分析。4．1．3．1采用特殊形态的构件在符合受力原理的情况下，将构件的形状进行特殊化处理往往能够使其具有很好的造型表现力。其关键在于既美观又合理。如智利的圣克罗伊酒业中心，虽然是一座用来进行葡萄酒生产和储存的T业建筑，却南于建筑师约瑟·克鲁兹·奥瓦勒在木构件形态方面的新颖设计而独具特色。该建筑主要由层板胶合木制成的筒形拱构件、曲线形的柱子和平面网架结构的大屋顶组成(图4-16，4-17)。筒形拱构件覆盖了建筑的主要使用空间，这些拱构件由于有小尺度的木片在外层包裹晌给人精致的视觉感受。尽管筒形拱的覆层一直沿着拱的曲线，但在覆层的端部，其走向与垂直方向呈45度角，而不是简单的垂直和水平(图4-18)。这种对结构构件的用心经营，使得用眼睛观察、绘画以及从其旁边穿行而过都会成为一种生动的经历。该建筑外廊采用的柱子，不同于一般的直线形实腹柱，建筑师结合包裹建筑使用空间的筒形拱构件的，将柱子设计为底部相交，向上逐渐分离的曲线形层板胶合木构件。成组的木柱由于要实现在底部穿插的造型，每一组其中的一根要由三片层板胶合木组合起来，为了连接这三层木构件，建筑师选用螺栓，这些螺栓有规律地分布在柱构件的表面，极富装饰效果(图4．19)。柱子成排分布在建筑外侧，不仅受力合理，支撑了向外出挑的巨大屋檐，而且形态新颖，富于生动的美感和表现力。这些形态特殊的柱子与外挑的屋顶一道，构成了建筑极富感染力的动感造型。1年|4．16卡凫罗伊们业中心图4．17圣克罗伊洒业中心；I鍪l4-18圣克罗伊酒业中心剖面{图4-19圣克罗伊滔业中心的曲形柱卡沃·窝连中学会议厅的木结构构件也很有特色。该建筑会议厅中的三铰拱结构在经过建筑师卡拉特拉瓦的特殊形态处理后，成为营造独特空间造型的重要元素。不同于一般的拱，建筑师模拟自然界棕榈叶的结构形60 第四章现代大跨木结构的建筑表现⋯一———?菊磊面赢雨磊丽瓦磊五瓦i不夏面磊巧丽ii，．5米，拱中央为一集成板材拱粱，两侧的小径实术则以分叉的方式沿拱粱向两侧悬出，再与邻近的构架相连，构成极具趣味的结构构件形态(图4-21，4-22)。这些形态优美的结构构件使会议厅的空间造型富有特色，很容易使处于其中的人产生视觉上的愉悦。这所中学圆形大厅的屋顶构件也有类似的处理手法。该建筑屋顶的结构体系由20个截面为v型、呈放射状分，布的木结构单元共同组成。建筑师对这砦截面为v型的木结构单元进行翻4—21}沃‘窝_哇中学会议厅室内l了别出心裁的造型设计：结构单元两侧呈肩胛骨状的木制板，由整块的三角形腹板切割出半个树叶状构件组成，它们的首尾通过精敛的钢构件相连接(图4-23，4-24)。这个案例中，建筑师在深刻理解力学规律的前提下将结构构件的形态进行艺术加工，取得了很好的建筑表现效果。可见，采用特殊形态的构件可以创造出新颖的现代大跨建筑造型和生动的建筑内部空间。图4-20模拟自然界棕掴叶结构形态的拱构件4．1．3．2将同一构件大量运用，使之产生韵律感现代大跨木结构由大量的木构件组成，若能够结合结构受力特点将这些构件的分布位置进行有组织的变化和有规律的重复，使之形成有节奏的韵律感，就可以给人以美的感受。现代大跨木结构建筑设计中，常用的韵律手法有连续韵律、渐变韵律、交错韵律和起伏韵律等。连续韵律将I司样的构件进行连续排列并使它们之间的距离保持恒定可以形成连续的韵律。如位于加利福尼亚州Anaheim市的迪斯尼溜冰场的结构构件。建筑师TomasoBradshaw将马鞍形曲线层板胶合材木拱线性排布组成溜冰场的主要结构体系，这些线条优美的木构件排列在一起形成了富有连续韵律的建筑构图(图4—25)。61t_ll{f{!Ell々}ii{{{{{}}《{{l|}㈣=斤～泌一会～学～连～掰～．～沃一m霎|4掏。例绪，i；”』r 东南大学硕士学位论文幽4-25迪斯尼溜冰场室内⋯L一⋯一——一～一⋯——————⋯～———一图4．26长野冬季奥运会体育馆}图4-27长野冬季奥运会体育馆室内|L⋯～⋯一一⋯⋯～⋯⋯一—。——⋯⋯～～．。．J图4-28芬芝赫尔辛基理_[大学多功能木结构大厅}图4-29芬兰赫尔辛基理工人学多功lL竺堕鉴兰!渐变韵律重复出现的构件在某一方面进行有规律的变化，如比例的变化、尺寸的变化，便可以形成连续的韵律。日本长野奥运会体育馆便是一个典型的例子。该建筑由15个M形的悬吊结构单元组成，这些结构单元最高处43．28m，高低错落、成线性阵列开，形成了富有渐变韵律的建筑造型，给人以开放感和自由感，极富视觉冲击力(图4—26)。值得～提的是，建筑师还利用结构单元的错落形态安排了可以自然采光的横向的水平采光带，不但增加了场地的照度，也提高了看台的照度，使竞技场的空间质量有了很大的提高。从室内造型来看，木构件整齐细密的排列，形成一种纯粹的空间形象，体现了日本的传统审美情趣(图4-27)。交错韵律构件之间相互穿插、一隐一现，可以形成交错韵律。如芬兰赫尔辛基理工大学多功能木结构大厅(图4-28)。该大厅跨度42米，使用网状木骨架表面结构，由4层木板组成，用钉子固定。不同方向的木构件交织在一起形成迷人的交错韵律(图4-29)。值得提出的是，把这个结构从不同的角度切开，绕经线轴旋转还会产生不同的形状变化。除了这个建筑，还有很多大跨木网壳结构由于自身的结构形态特征，它们的杆件组合都可以呈现出很强的交错韵律。起伏韵律保持构件连续的、时起时伏、形状如波浪式的变化就形成了起伏韵律。如伯德加斯·以索斯葡萄酒厂房，建筑师卡拉特拉瓦用一个简单的几何概念创造出了一种具有视觉冲击力的i维动感造型。这座建筑长196米，宽26米，主要入口朝南，前而是公路，后面是群山。建筑的正面和背面都有波形的混凝土承重墙。这些墙的高度，在向外最为凸出的地方最高，在向内最为凹进的地方最低。作为建筑主要造型元素的屋顶也呼应了墙体的曲面形态。建筑师在屋顶部位选用斯堪的那维哑冷杉木层压梁这种木构件，通过将这些构件沿建筑长轴的方向逐渐变换角度而巧妙地创造了富有起伏韵律感的曲面的屋顶结构形态(图4—30，4—31)。连绵起伏的屋顶也与附近坎达布连山脉的轮廓形成了形态上的相互呼应。在室内空间的处理上，建筑师特意将雕塑般的屋顶结构构件的暴露在室内，因而，人们在室内同样能感受到那些富有起伏韵律的术构件所营造的与众不同 网4-30伯德加斯以索斯葡萄洒第四章现代太跨木结构的建筑表现的空间氛围(图4—32，4—33)。7，～～⋯一图4．34刚行点彤态{图4-32伯德加斯以索斯葡萄酒厂室内空问l圈。一33伯德加斯以索斯葡萄酒{l图伯德加斯以索斯葡萄酒厂室内空『日】l圈4一伯德加斯以索斯葡萄酒L——⋯上竺!⋯⋯一』从这些例子我们可以看出，在充分理解结构构件受力特点的前提下，将构件的形态和位置关系按照形式美的法则进行艺术化处理，可以创造出变化丰富的建筑空间形态。4．2对节点的表现结构体系中的节点不仅是结构设计的核心，也是建筑空闻形态表现的重点。从力学角度讲，节点是整个结构体系中局部力的汇聚点和分散点，可以将构件之间的力进行简洁高效的传递并实现力的平衡；从美学角度讲，节点是结构形态转换的地方，完成构件形体的转折和过渡，从而成为人们视觉体验的焦点。在倾向于暴露结构和构造的现代大跨木结构中，节点构造当然是建筑造型表现所要着力展现的地方。优秀的节点造型设计在使节点有效传递力流的同时，还将力的流动视觉化、艺术化，从而为现代j大跨木结构带来精湛的空间细部。下面我们分别从建造逻辑和造型两个方!面来分析大跨木结构的节点表现。4．2．1节点的建造逻辑表现在现代大跨木结构的结构表现中，节点的建构逻辑表现是不可缺少的一部分。优秀的节点建构逻辑表现不仅忠实地反映节点的结构联系作用，还通过对其形态的艺术化加工，将其内在的逻辑性进行可视化的展现。节点的形态可以表现结构体系的受力特点。建筑师可以根据不同结构体系的受力特点来将节点的形状进行强化放大或缩小。例如，刚接节点处往往会因集中较大的弯矩而成为结构的薄弱之处，这种结构的节点处需要增大强度和刚度。因此，在节点形态上常出现可以提l白i结构强度和刚度的钢板和螺栓。如图4-34，由于柱子同支座之间是刚接．建筑师采用了螺栓和钢板的节点形态。这种节点上重复排列的螺栓在建筑的空间环境中具有很好的装饰效果。与刚接节点不同，铰接节点只传递轴向力、不传递弯矩， 东南大学硕上学位论文厂～⋯～]节点示需要加强刚度，i斌在形慕工表现牙不磊孟高石孬磊。i时，由千圈4-36受压节点的形态铰接节点相连杆件中的弯矩两头小，中间大，所以这些相连杆件的形态可以根据受力特点而处理成由中间向两端逐渐收束的造型，这种杆件的形态处理强化了节点构件形态缩小的效果，会产生戏剧化的视觉效果。如法国里昂建筑学院的斜向木杆件与水平木杆件相交处的铰接节点，即在交接处缩小了木杆件截面尺寸，这种处理手法既符合力学规律，又具有形式上的美感(图4-35)。综上，我们可以看出：刚节点放大，铰接点缩小，这是建立在科学的力学分析上的节点形态设计，也是建筑师在节点的形态设计中主动表现节点建造逻辑的结果。节点的形态还可以表现节点的受力方式。因为不同受力方式的结构构件需要不同的连接方式，所以节点的形式会随之发生相应的变化。在受力平衡原则的制约下，结构构件的拉力、压力等受力关系都反映在它们的连接关系上，节点处的压力的平衡表现为力的汇集，节点在形态上往往粗壮有力(图4-36)；而节点处的拉力的平衡表现为力的分散，形成张拉力的l。里竺竺!塞竺奎l动势，节点的形态也随之表现出轻盈、富有活力的动态特征(圈4-37)。阐4—38出i穹琐木拱结构细部{图4-39圣克罗伊酒业中心的曲形柱l}节点的形态还可以表现节点的构造特征。从构造特征上分，节点形态有三类：分解式节点、转化式节点和整合式节点。下面作以简要说明：(I)分解式节点，是指为了实现构件之间的连接，在交接处进行构件数量的分解或截面形式的分解的节点形态。这一手法在现代大跨木结构杆件体系的连接设计中颇为常见，如日本出云穹顶的木制拱构件在下端分叉为两支，其中外侧的一支又分叉为四支。这样的节点形态既町以使结构的整体受力更加合理，又在形式上非常美观(图4—38)。圣克罗伊酒业中心外廊的柱子每两根曲形柱在底部交汇在一起，为了实现构件的合并，在节点部位，内侧的柱子分解为三部分，以便产生豁口使外侧曲柱的底部穿插进来。这样的节点不仅使两根柱子在底部合并成为一体，而且形态上给人以简洁、洗炼的感觉(图4—39)。在以上两个例子中，出云穹项节点处构件的分解足出于结构合理受力的需要，而圣克罗伊酒业中心外廊的柱子仅仅是为了在构件中制造间隙，方便连接。(2)转化式节点，是指为了方便连接，在连接处将构件截面进行变化的节点形态。如前文提到的小国町民体育馆木网架结构，由于若干根杆件要汇聚于一点，采用了钢构件节点，一端连接矩形截面的木杆件，一端相交于球形钢构件。杆件截面的转化不仅带来连接的便利，也使得节点形态设计的灵活性得以体现，在表达传力的同时，节点富有雕塑感的造型将力的流动视觉化、艺术化。(3)整合式节点，是指当各节点受力方式相同，结构构件截面形状类似、尺度近似时，构件种类及数量较少、连接方式较为简洁的节点形态。这种节点可以增强结构形态的视觉整体性，使建筑的空间形态具有一种优雅的感觉。如诺瓦·费拉展览中心的穹顶结构(图3-40，3-4l，3-42)，采用统一的隐式钢节点来连接穹顶上若干个截面尺寸相同的的木杆件，使穹顶上的结构形态看起来整体性很强且富有韵律感。在这些节点形态反映构造特征的同时，节点上64 图4．40诺虬赞扭鹱塑中心的弩顶结构一星空兰翌垡查苎查堕塑竺堡蔓墨翌的功能性细部便自然向然地呈现出来了，这种精湛的细部具有一种真实的美。4．2．2节点的造型表现由于材料技术和加工技术的局限，传统大跨木结构单一的榫卯节点、铆钉节点一般以质朴、加TI精度较低的形象出现；得益于材料技术和加工技术的发展，现代大跨木结构丰富多样的节点往往呈现出精确洗炼的造型。它所体现的鲜明的技术手段和细部构造。让人体味到属于这个时代的建筑语言。在现代大跨木结构中，由于整体结构的需要，有时会出现特殊形式的节点。这种特殊的节点往往尺寸较大，在室内空间环境中处于显要之位，是建筑表现中需要重点刻画的构件。如苏格兰会议中心屋顶结构中造型特殊的倒锥形节点．由八根大尺度木杆件、十根钢索和一个倒锥形金属构件组成，端部的倒锥形钢构件将术杆件的下端聚拢在一点，同时四周连接着斜拉的钢索。这个独征的倒锥形节点的设计不仅出于结构技术的理性需要，还作为～种空间表现元素充分展现了自身构罔形式的完美。钢索与木杆件共同作用于倒锥形金属构件并保持着力的平衡，同时，二者在视觉形象上产生了粗与细、暖色与冷色、自然材质与人工材质的强烈对比，带给人们强烈的视觉冲击。这个形态特殊、尺度巨大的节点与立体桁架结构上众多的小尺度的节点主从关系分明，避免了空问环境中屋顶结构形态流于单调而失去统一性(图4．43)。为了强调这个节点在空间造型中的统领地位，建筑师在节点上方布置了圆形的天窗，柔和的光线同节点上簇拥的木构件一起营造了这座大跨木结构温和的空间形象，同时在大空间中给入创造了中心领域感。因此，这种特殊的节点造犁叮以成为现代大跨木结构空间环境中的视觉中心，有r。l图4-43苏格兰会议中心屋㈠⋯⋯一⋯。．．⋯⋯现代大跨木结构中，一般会出现许多相同的节点，这些节点通过建筑师的刻意安排可以产生富有视觉美感的韵律。位于美国明尼阿波利斯市的65 东南大学硕士学位论文划船俱乐部屋顶结构中规律变化的节点，由于具有韵律感而成为建筑空间中的主要构图元素。该建筑采用张弦粱结构来支撑双曲屋顶，屋顶F成组的层板胶合木粱和钢索组成的倒三角形结构单元沿着建筑的纵向轴线不断变换着角度，倒三角形结构单元下端的节点便形成了富有动感的韵律。这些节点造型洗练、富有视觉张力，它们在单调的建筑空间中活跃了空间环境的气氛(图禾44，4．45)。由于建筑师用简洁高效的结构形态和创造性的节点造型塑造了优雅而富有感染力的建筑空间形态，该建筑曾获得2003年加拿大木业协会设立的木建筑设计奖。由上述例子，我们不难看出：现代大跨木结构建筑通过建造逻辑和造型所表现的理性的，精致的的节点细部。综合了现代技术条件下制作能力的晟高可能性，其审美品位上的温和、人情味与科技感大大增强了建筑的表现力。乐部屋顶结构{图4-45划船俱乐部尾『负结4．3对材料的表现材料不仅是推动建筑形式得以实现的物质基础，也是完成建筑表现的有效途径。在新时代技术价值观的影响下，建筑师们纷纷对材质的特性做出重点表达，现代大跨木结构的建筑设计也不例外。建筑师如果能够透彻了解木材这种材料的特点、表达的情感、以及它与其它材料之间的组合效果与规律，便可以使材料变为现代大跨木结构建筑表现的霍要元素。下面我们就这方面内容进行简要的分析。4．3．1材料特性在建筑中的表达作为一神建筑材质，木材具有独特的天然质感。它的纤维在加工过程中被切断后，表面会出现无数个细胞凹槽，这些凹槽可以对光线进行漫反射，反射的光泽有着独特的视觉效果。木材可以反射红外线，使人产生温暖感。它天然的纹路给人以流畅、井然的感觉。此外，木材还是一种柔韧的材料，它可以进行～定程度的弯曲变形。木材的这些特性都可以成为建筑表现的着眼点。对材料天然质感的表达 第四章现代大跨木结构的建筑表现由于木材具有天然的肌理和温馨的色彩。作为建筑空间的界面材料，l它无需装饰即具有丰富的表情，会给人以回归自然的感觉，所以很多建筑；师都会着力表现这种材料的天然质感。如前文所提到的日本郡上八幡体育l馆，使用天然原木材料作为建筑结构构件。由于原木的材料力学性能较低且材料的尺寸有限，建筑师通过借鉴中国古代虹桥的结构形式，实现了用l力学性能较低的短材来构建现代大跨木结构的设计初衷。建筑师用直径l图4-46都上八幡体白馆280mm和200mm的原木杆件以铰接的方式构成三角形结构单元并在建筑横轴方向前后相连，形成两个相互平行的结构系统，再通过金属杆件将一个体系的三角形结构单元上端同另一个体系的三角形结构单元下端相联系，从而构成共同受力的结构整体。这种结构形式中所有杆件均只受轴向力，其材料强度可以得到充分利用。由于将原木的结构体系暴露于体育馆的室内空间当中，随着建筑的使用，一根根具有天然质感的圆木杆件随着时『白】的延续而呈现出不同的色彩，使体育馆的空间界面看起来质朴亲切，具有自然之美、真实之美，很容易唤起人们对大自然的联想(图4-46)。因为采用了木材这种具有天然质感的材料，这座建筑的空间虽然具有庞大的尺度，却由于原木独有的色彩和肌理而变得亲切和生动。对材料柔韧性的表达吲4—47蔓[{可野地"物馆|图4-48英国野地博物馆室内jt，～一一—．—————。一⋯———。—。．。。。。．。，，．+．．．．．。÷一由于木材比较柔软，具有一定的弯曲变形能力，因此可以塑造弧形的建筑界面和自由的建筑形体。如英国野地博物馆，利用木材的柔韧性，选用不规则网壳结构创造了自由灵活的建筑形态(图4．44，4-48)。该博物馆位于英国苏塞克斯，是英格兰南部收藏野外救援物品的乡村式建筑。由于建筑造型新颖独特，建成后成了当地最引人注目的建筑物，也是仅有的重要新型建筑。建筑的壳体本身采用了双层木网格，这在英国尚属首例。双层曲线壳体由橡木条板组成，条板为50mm(2in)宽、35mm(3．5in)厚，分四层胶合而成。整个建筑呈双层漏斗形，长度为48m(：57it)，最宽点的跨度为16m(53ft)，最窄处也有llm(36fi)。室内高度从7m(23it)到10m(33动不等。网格壳体的条板在两个方向都是曲线型的，使用的木材是含水率高的绿色橡木，这种木材在结构安装过程中具有很大的伸缩灵活性。而一旦条板最后安装就位，经过自然风干后，结构的整体强度就可以加强。橡木与其他常见的木材相比，强度是它们的两倍，优势明显。由于强度较高，意味着同样条件下可以采用横截面较小的橡木，按需要的弧度弯曲，减轻整个结构的重量，这很大程度上弥补了橡木的一个缺点：它需要更大的弯曲作用力才能得到需要的弧度。对橡木条板的基本要求则是应该没有缺陷。木材自然生长形成的缺陷都应该切除，那些长度较短的条板可以利用最新的胶合技术，将含水量高达40％的绿色橡木利用指形胶合节点重新连接成6m(20tt)的标准长度，这种节点能快速制造且价格便宜。整个工程大约应用了10000个指形连接件，而在壳体安装过程中只有145个连接件破坏，尽管在结构的某些部位曲率半径只有认为可能最低限度的6m(20m。而如果条板节点出现破坏，则是采用实体构件来维修替换。与此相反， 图4-49野地博物馆建造过程{⋯⋯⋯————～⋯⋯一。．．。．，．，，．。．+．—，l东南大学硕士学位论文6m(20ft)长的条板在现场却是采用传统的金属板嵌同节点连接成连续的长条扳，对于格构式条扳最长可达到37m(121∞，纵向檩条最长甚至能达到50m064ft)。由于建筑形体的特殊，该建筑结合木材的特点，采取了与众不同的建造方法。网格壳体首先是在一个特殊的轻型脚手架上制作完成．脚手架直接坐落在一层木地板上，然后小心的将脚手架拆除，壳体直接F降就位，最后安装固定(图4-49)。在这个过程中，使用了一种在施上过程中可调节的金属板嵌固节点，这种节点的构造我们在上一章的节点构造部分已介绍过。条板距离也是根据受荷情况调整的，在结构中荷载较大的区域，条板之间的距离为50cm(20in)，而在荷载较小的其它区域，距离最大达到了lIIl(3∞。一旦网格壳体安装完毕，开始安装附加支撑以及斜向支撑，这些支撑组成纵向和横向的支撑系统，禺定节点，提供抗剪能力，并且“锁定”壳体的形状。在两层壳体之间还锚入了抗剪键。通过抗剪键，两层壳体中相互平行的橡木条板可以共同受力；抗翦键的大小和位置根据结构受力情况确定，而结构的受力则需要通过计算机分析计算。只有这些都安装完成后，剩余的临时支撑才可以拆除。该网格壳体项目曾由于其劬造性的建筑设计，获得了2002年英国建筑界最高荣誉斯特灵奖的亚军。这个建筑对木材柔韧性的出色表达，体现了2I世纪初英国建筑界所推崇的创新耪神。从上面的例子，我们不难看出：随着现代材料加工技术的进步，在先进的生产加工条件下，木材不仅质朴、富有亲和力，而且洋溢着现代气息。它独特的质感带给人们特有的优雅、自由的风味和更多的舒适感、人情味。设计者通过对材性的理性把握和对材料的刻意安排，创造了新颖的建筑空间形态，强化了人们对木材材科特性的视觉体验，使大跨结构在理性和情感表现之间找到了～个平衡点。4．3．2多种材质的组合在现代大跨术结构中，出于技术、功能等多方面的综合考虑，建筑师往往会把木材同钢材、膜材、混凝土等其它材料组合在～起使用。在这个过程中，如果处理得当，会产生丰富的空问视觉效果。在支挎结构体系中，木材常常同钢材，铝材等金属材料组合使用，这样的组合不仅能够充分发挥箨种材料的力学特性，而且不同材料的质感组合在一起产生了对比美。在质感上，木材的柔和温暖与钢材的鉴硬冰冷形成了对比；在形状上，木材构件的厚重与金属杆件的纤细也产生了反差美。同时，木材和金属组合在一起体现了传统与现代的完美融合。在围护结构体系中，木材常常和玻璃、膜材等透明、半透明的材料组合使用，木材的封闭感、厚荤感和玻璃、膜材的通透感、轻盈感形成了对比的美感。木材与玻璃的组合玻璃是一种光亮透明的建筑材料，现代大跨木结构常将之用于围护结6S -⋯⋯‘“““‘‘‘‘。。。‘。1。。‘1’’’“’。’。。。。_●。。‘。。。’1。’———“i}{图4-50英国谢菲尔德市的冬季花匿ll屋厦轴侧图第四章现代丈跨木结构的建毓表现构，以追求通透的建筑形象，反映建筑的结构美。它可以将支撑结构中木构件的天然纹理和色彩同人们在室内所进行的活动一起，毫无掩饰她展现在人们眼前。英国谢菲尔德市的冬季花园是一个运用木与玻璃组合来营造特定公共空间氛围的一个优秀案例。该工程是继完成于2001年4月的千年画廊之后，谢菲尔德市核心工程的第二阶段实旋项目，隶属于画廊并且为谢菲尔德市中心提供了一系列室内的公共窄问。建筑覆盖了宽22m，高22m的1，570聊2的大空间，舒适而又优雅，是市镇中心的重要的公共活动场所。冬季花园中一系列矢高不同的抛物线形木拱构件平行排列，组成了建筑的主要支撵结构。这些木拱没有将同一构件的形态简单地机械复制，而是进行了由低到高再由高到低的有序变化(图4-50)，实现了对流动空间的创造。它体现了工业社会初期机械复制的建筑设计手法向当代高效工业生产体系下茸由设计的积极转变。建筑嗣护结构采用透明质感的玻璃，白天将丰富的自然光线引入冬季花园，同室内高大的植物和弯曲的小径一道营造令人心情舒畅的室内环境氛围；晚t把迷人的室内光线送给夜色，丰富了城市夜景(图4—5l，4—52)。}图4-52冬季花园室内o⋯，一⋯～一⋯—．～⋯—。⋯⋯⋯j从这个例子我们可以看出：正是建筑师对材料和空间的精心组织，创造了该建筑富有生气、轮廓分明的建筑形象和光影丰富、温馨宜人的室内空间。木材与钢材，膜材的组合钢材是一种力学强度高、抗拉性能高、弹性模量大的建材。它外观细，腻光洁，坚硬密实的表面给人以偏理性的冷峻感觉，带有鲜明的时代特点}图4’5．1冬季花目的日景，乎警～一!和工业文化印迹。木材与之组合可以充分发挥各自在力学性能上的优势，创造出简洁明快、富有力度感的新颖建筑形象：膜材是一种轻质高强、柔韧、半透明的现代建筑材料，木材与之组合可以GⅡ造出轻盈飘逸的建筑形象和温馨柔和的室内空间。日本的出云穹顶用木材与钢材、膜材相组合，发挥各自的力学特点和视觉特性，营造了崭新的建筑空间形象。为了创造出轻盈的建筑形象，设计者采用了没有横向连接部件、以拉杆拱为基本结构单元的穹顶结构体69 东南大学硕士学位论文系。在结构体系中，由钢制的杆件和索绳来连接的层板胶合木为主要承重结构，柔韧的膜材为围护结构。薄膜屋面铺在拱券之上。并在拱与拱之间用钢索压紧，使薄膜形成v形折面。这里的压顶钢索除了起到屋顶造型作用之外，还可以将风所产生的使屋顶向上的吸压力直接传到穹顶底部的边缘结构上去，从而可以有效地防止拱券受到过大的拉力作用。从外观上看，穹顶中折面状的薄膜屋面有明有暗、粗壮的木拱杆件若隐若现，建筑形象轻盈飘逸。从内部空间来看，呈放射状布置的层板胶合木骨架和由精致折面构成的半透明膜材很好地缓解了室内空间的封闭性和压抑感。当人们走进穹顶的内部时，那些环形钢索和呈对角布置的拉条给人以宛如编织在一把大伞的伞骨之间的细网的印象，达到了建筑意匠与结构、材料的合理性相互融合的境界(图4-53，4．54，4．55)。{图4．,53出云穹顶k一⋯⋯～⋯⋯“i4．4对地域文化的表达现代主义建筑思潮曾一度使世界各地的建筑拥有干篇一律的形式，80年代以来，建筑发展的一个重要特征便是对地方文化和民族传统的审视以及寻根意识的出现，建筑师们开始从非经典的地域文化中寻找设计创新的灵感。现代大跨木结构建筑对地域文化的表达可以体现在以下三个方面：一是与自然环境的有机结合。这里的自然环境包括气候条件、地形地貌条件和自然资源等因素：二是对传统文化的传承与表达。这里的传统文化包括历史传统、宗教、民族、民俗等诸多因素。均能对建筑的地域性产生影响：三是对地方材料和技术的采用。这里的地方材料指在当地容易获取的材70 圈4-66体育馆覆船形平面墨粤兰翌垡查堕查堕塑塑望墨墨堡料，地方技术指在当地的建筑手段和构造形式等方面采用的适宜技术。下面我们对这三方面作以阐述：4．4．1与地域环境的有机结合自然环境因素制约着建筑窄间的选址和环境质量，也推动了带有地方特色的建筑空间形态的产生。大跨建筑由于其现代化的结构形式和庞大的体量，往往容易与其周围环境产生不协调的感觉。虽然自然环境对大跨木结构建筑的构思有很大的制约和影响，但优秀的大跨木结构建筑设计往往能够对周围环境进行充分的考虑并积极地使建筑同环境产生“对话”。正如意大利建筑设计师伦佐-皮亚诺对建筑与环境的关系的形容：“环境是用来书写的材料，是阐述建筑的源泉与依据⋯⋯”。因此，现代大跨木结构应该积极寻求与地域环境的有机融合。巧妙的建筑设计处理可以使大跨木结构建筑的超常尺度同环境的对立冲突在一定程度上得到缓解。位于地势平坦的哈马尔小镇的挪威奥林匹克体育馆就成功地处理了建与周围自然环境之间的关系。虽然是体晕庞大的大跨结构，但是这个体育馆却与具有地域特色的小镇环境取得了很好的协调。首先，建筑师对体育馆的体量进行了控制。将比赛厅空问进行部分下沉，以避免建筑过于高大。建筑屋顶特意采用内敛的拱形屋盖，有效削弱了大屋顶对周围景观环境的视觉影响。其次，建筑师在建筑造犁}：寻求与地域环境的形式呼应。建筑师将体育馆项部造型处理为船体状，从远处看，建筑在基地上就像一支倒置的大海盗船(图4-66，4-67)。这样的造型很容易让人们联想到挪威人在北欧海盗时期制造的一种小木船，从而使建筑与地域环境产生了对话。再次，建筑师选用了易于同建筑环境取得协调的建筑材料——木材。众所周知，挪威是一个生产木材的地方，选用木材作为建筑的材料很容易与哈马尔小镇湖光山色的自然风光取得协调。l4A．2对传统文化的传承表达I一里竺：竺亭竺⋯一～』建筑不仅要满足人们对功能和视觉感受的需要，同时也要承担文化载体的作用。然而随着工业化大生产的加速发展，随着商品市场的日益国际化，在世界范围内，文化的地域性逐渐陷入了危机之中。在建筑领域，现代主义作为一股强大的同化力量，已经侵蚀到世界的每一个角落。许多地方所谓的民族风格、地方特性、传统的价值体系和审美观念，在现代主义浪潮的冲击和裹胁之下，早已灰飞烟灭。在这样的社会背景下，现代大跨木结构的创作应该积极地对传统文化进行传承表达，向经典的文化母体寻找创新的力量。上文提到的日本出云穹顶(图4．68)是一个用现代技术表达日本传统文化的典型例子。这座建筑的设计理念是要在以出云大社这座日本古代最大木造建筑而闻名于世的出云市，用当代的大跨结构来弘扬日本传统文化71 图4-68出云穹顶东南丈学硕上学位论文一中的木造建筑文化。为了表达上述设计理念，该建筑的设计构思借鉴了日本传统竹伞的造型和结构原理，使用层板胶合木和钢材(图4-69)取代了传统竹伞中的斑竹和细绳，实现了143米的大跨度宅间。同时，这鹰建筑的围护结构采用了特弗龙纤维膜，这种现代高科技材料半透明的光学特性很容易唤起人们对日本传统竹伞上油纸的视觉联想。这座建筑用现代建筑l语言诠释了日本民族的传统建构文化。由这个例子，我们可以看出：现代大跨木结构是现代科技与传统文化的交汇点。人们在不断用新的技术手段表现新的时代精神的同时，也在传统与民族文化的继承中寻找着自身的存在价值。4A．3地方材料和技术的采用现代大跨木结构常常采用地方材料和技术，这样的做法不仅可以降低建筑造价，还可以体现建筑的地域特色。l图4．69出云穹顶的层板胶合木构件|从古至今，在房屋的建造活动中，人们会不自觉地运用当地的材料，|与钢构件i根据当地的物质条件和技术水平来选择适宜的技术去建造房屋。这些符合：二⋯⋯⋯⋯⋯‘—：二：!当地自然状况和社会特点的地方材辩和技术自然有其经济合理之处。优秀的大现代大跨木结构往往会继承这些合理因素。如日本的大馆树海穹顶图4-70大馆树海穹顶夜景l图4-71大馆树海穹顶结构构件(图4-70)即采用了地方材料和技术。它坐落于秋田北部的一个山区，这个地区有着丰富的林业资源，而且以伐木搬运业和层压薄板加工业闻名。该建筑的设计者积极利用当地的木材和采用当地的木材加工技术，既节约了成本，又体现了建筑的地域性特征。由千秋田杉木材料的力学强度较低，采用一般结构会需要较大截面的木杆件来满足结构的力学要求，设计者结合这种地域材料的特点，将结构设计为使用小截面杆件的拱形构架，上下弦杆为层板胶合材，腹杆用钢杆(图4-71)，这样就可以避免大截面构件的出现，不仅创造了轻盈的室内空间形象，而且体现了地域特色。由此可见，地方材料和技术采用有利于建筑地方特色的表达；同时，建筑师也要积极地处理地方材料和技术同现代结构不相适应的方面。本章小结新材料、新技术的产生使现代大跨术结构得以实现，同时，也逐渐升华为建筑艺术表现的对象。在技术美学观的影响下，现代大跨木结构的建筑表现抛弃了早期粗犷的审美趣味，朝着更加理性和严谨的方向发展，创造出了自己独有的个性：它坦率暴露结构，在结构表现中表达建筑符合力学规律的内在逻辑性，通过有机的结构形态、恰当的结构构件利用，精美的结构节点连接，来展现现代大跨木结构中结构的独特魅力；它最现材料的内在特性，在材料表现中表达木材这种生态材料的自然美，通过对材料天然质感、力学性能以及材质组合的视觉化表达来显现木结构材料所带来 第四章现代大跨木结构的建筇表现的建筑表现力。同时，新时期人文主义思想也影响到现代大跨木结构的建筑设计领域，设计师们着眼于地域的人文和自然特征、汲取地域文化的丰富内涵、运用地域的资源和技术，在现代大跨木结构中通过对地域文化特质与内涵的表达来引起人们的情感共鸣。 东南大学硕上学位论文第五章现代大跨木结构的发展趋势在当代技术美学观和功能美学观的影响下，现代大跨木结构经常会表现结构、构造、材料等技术因素并将之视觉化、艺术化。这种建筑表现的特点，我们在上一章已谈到。在新时期，为了拓宽建筑创作的广度与深度，建筑师们将继续积极地借助新技术来辅助现代大跨木结构的设计，如数字技术的介入、利用新的材料，探索新的结构形式。5．1数字技术的运用随着数字技术的不断发展，现代大跨木结构在设计、构件加工和施工过程中将会大量借助CAD(ComputerAidedDesign．计算机辅助设计)和CAM(ComputerAidedManufacturing,计算机辅助制造)等数字技术。在数字技术的辅助下，建筑师可以通过计算机进行造型设计和窄间形式推敲，结构工程师可以模拟出形象的空间结构并对其作出快速准确的数据分析，建造师可以对施工过程进行模拟试验。下面我们简要介绍一下数字技一术在现代大跨木结构设计建造过程中的作用。5．1．1在设计过程中运用数字技术数字技术可以辅助设计师进行造型设计。如英国野地博物馆(图5．1)在设计过程中借助了先进的非线性计算的动力松弛法来确定建筑形态。这，图5-1野地博物馆外景}是～种通过计算机对刚性结构进行找形的技术，通过它可以设计出自由曲面的建筑。可以设想，没有数字技术的支持，这种新的建筑形态就不可能{产生。日本大馆树海体育馆在设计过程中也应用了数字技术，由于建筑呈橄榄形，每一榀木拱架都存在差异，复杂的结构设计就需要借助计算机。通过计算机，可以精确计算每个构件，并且模拟论证建筑整个结构的安全性能。2000年汉诺威世界博览会德国馆的结构中包含九干多个构件和数千个节点，由于尺寸庞大而H结构复杂．所以其设计只能通过计算机进行模拟分析，共有150项分析和计算阶段。如果没有计算机数字技术的帮助，这些人量的、复杂的分析和计算，是很难在短时间内完成的。可见，数字技术在建筑设计过程中不仅可以辅助建筑师设计出新颖的建筑造型，还可以帮助结构工程师快速完成大量的结构运算和论证，使复杂建筑形体的实j图5-2日本大馆树海体育馆内景{现称为可能。j．．⋯—。一——一⋯一—～一———．—．～，．J5．1．2在构件加工过程中运用数字技术在构件加工过程中运用数字技术CAM支持下的灵活制造系统(FlexibleManufactureSystem,FMS)，可以在同～条生产线下生产多种产 i竺+竺唑竺竺麦些望|第五章现代大跨木结构的发展趋势品和不同规格的构件，而且构件种类的多样既不会造成加工技术上的难度，又不会造成加工成本的提高。英国谢菲尔德市中心冬园温室的构件加工即采用了这种制造系统。由于造型需要，该建筑有四种矢高的抛物线型木拱构件，以使建筑产生变化的轮廓。采用数字技术支持下的灵活制造系统，建筑中规格不同、轮廓复杂的巨型拱构件可以被轻松地加工成形，却没有比简单复制的构件增加额外的加工成本。5．1．3在施工建造过程中运用数字技术在施工建造过程中，数字技术CAM可以提供辅助的试验模拟，为现场施工带来有益的指导。例如首次采用顶升施工方法的日本出云穹顶(图5．4)，该建筑在项升施工的过程中需要不断地进行对中校正。通过使用计算机对建筑模型放大，以便能对这样一座庞大建筑在液压千斤顶等设备的辅助下进行的动态建造过程提供技术支持。从中我们可以看出，现代大跨木结构对木材这种历史悠久的建材的利用，是建立在新时代的科技知识积累之上的。相信在不远的将来，数字技术将在现代大跨木结构的设计和实现过程中扮演更加重要的角色。i图54出云穹顶结构旖J：的试验5．2新材料的探索现代大跨木结构的产生以设计师对新材料的探索性使用为发端。以后随着新型工业木材的出现和与常用木材力学性能类似的木材的投入应用对新材料的探索将为现代大跨木结构的设计创新注入新的活力。5．2．1新型工业木材的采用随着木材加工技术的进步，将会不断涌现出更高力学性能的工业木材，这将为现代大跨木结构的造型表现创造更广阔的空间。前面我们所提到的术材大多在自然状态下被应用，除此之外，我们还可以利用预应力木材。如预应力板，它将薄木板和木骨架组合使用，以最大限度地发挥两种木构件各自的优势。这种材料技术依赖于新一代胶水(如间苯二酚甲醛树脂)的良好性能，最初应用于二战当中的德国战斗机，后来转为民用。如图5-5埃克帕克大楼室内l康拉德·弗雷设计的位于奥地利哈特伯格的埃克帕克大楼，该建筑的屋顶即采用预应力木材(图5—5)，创造了简洁纯净的建筑空问。由此可见，对材料性能进行深度发掘将是现代大跨木结构在未来的发展趋势之一。5．2．2竹材的利用目前，中国木材资源相对短缺，而与木材有着相似外观和力学特性的竹材资源相对丰富，在这种情况下，利用竹材建造大跨结构不失为一个良75 东南大学硕上学位论文在这方面，国外已有将原竹应用于较大规模的公共建筑的案例。如哥伦比亚建筑师西蒙·维列(SimonVelez)为2000年德国汉诺威博览会设计的ZERI竹亭(ZERI代表了ZeroEmissionsResearch＆Initiatives的宗旨——可持续发展)。该建筑的建筑面积为2。150m，其中地面面积为l650m2，一层的展厅面积为500m2。建筑平面为十边形，直径达40m，屋脊处高度为14．5m，外檐悬挑达7m(如图5—6)。建筑宅要结构由原竹连接组合而成的放射状排列的斜柱和悬臂梁组成。这个建筑是原竹在大；圈5-6ZERI竹亭。i跨结构应用方面的有益探索。除了原竹之外，还有经工业加工的竹集成材。这种工业竹材的制造工艺(如图5—7)和力学性能同层板胶合木较为相似，已经被应用于常规跨度的建筑，如中国云南屏边小学校舍就采用了竹集成材制成的结构粱(图5—8，5—9)。由于这种材料的力学性能较高，因此有可能被用于对材料力学性能要求较高的大跨结构，也许在不久的将来会出现应用这种新材料的大跨结构。幽5-8中幽厶南的屏边小学校舍的竹!￡材结构粱细部照片+．，———⋯⋯———⋯⋯一——j5．3新结构体系的引入图5-9中嗣石南的屏边小学校舍的竹材结构粱照片近年来，随着结构计算技术和分析理论的不断发展，设计师可以通过新结构体系的应用来进行现代大跨木结构的建筑设计创新。具体来讲，现 曼三兰望垡查堡查堕塑塑垄垦塑塑代大跨木结构对新结构体系的引入有两种类型：～种类型是借鉴新的钢结构体系；另一种类型是结合木材的特点创造新的混合结构体系。5．3．1借鉴新的钢结构体系由于木材在力学性能上与钢材比较相似，现代大跨木结构的设计可以借鉴新的钢结构体系，并从中寻找设计创新的突破点。比如，可以将木材应用于新兴的索穹项(CableDome)结构体系。这种结构体系运用了张拉整体思想，最初由钢索、膜材及少量的钢质受压杆件组成f图5-10)。荷载从中心拉环通过放射状的径向脊索、环向索、斜拉索传向周围的受压环粱。扇形膜材由钢索施加拉力而绷紧，固定在压杆与索连接的节点上。该结构通过施加预应力张拉成形以后使结构产生刚度。由于整个结构除了少数几根压杆外都处于张力状态，可以充分发挥钢索的强度，结构非常经济，适用f跨越较大的跨度。由于木材具有很好地抗压性能，因此，有建筑师将木材应用在这种结构体系中作为受压杆件。这样以来，木材不仅在力学强度方面可以达到结构体系对其的要求，而且在视觉上消除了钢结构建筑带给人们的冷峻感，使索穹项这种采用新技术的结构形式变得非常具有亲和力。^^^^“⋯⋯_t々^H¨H¨^⋯。“⋯⋯⋯～__^^_-N^^_H_●ⅪHH。_H_●‘¨⋯⋯⋯⋯⋯一⋯位于日本山口县阿知须町的天城综合体育馆(图5．11)就是一个很好的例子，该建筑将富有人情味的木材应用于索穹项，钢索同膜材，木杆件共同构成了该建筑的主要承重体系。在这个体系中，钢索和膜材受拉，木杆件受压，三种材料都发挥了各自的力学性能。为了更好地表现本杆件在结构体系中的受力状态，建筑师特意将它设计成中间粗两头细的形态，这样不仅符合木杆件的受力特点，而且使这种受力特点升华为可视化的艺术77 J垄I5．11大城练台体白销东南大学硕士学位论文一●_————_____—————____——————。-●●_————————_●_———————_—●_-——————______—————__-_-。-_—●————-●●——一形式。纤细的钢索同木杆件相组合(图5-12)，在反差中产生了奇妙的视觉张力。由于结构需要，穹顶中部的节点具有特殊的构造形式，建筑师对其进行了强化视觉效果的处理，使之成为该建筑空间形态设计中的点睛之笔(图5—13)。围5—12穹顶室内从这个例子我们可以看出，根据受力特点将木材应用于新的钢结构体系是一种进行大跨木结构设计创新的有效方法。这种借鉴钢结构体系的大跨木结构不仅采用了先进的结构技术，而且建筑的空间形态由于木材的使用而独具视觉美感。5．3．2创造新的结构体系木材是一种既能受压又能抗弯的建筑材料，通常我们在现代大跨木结构中将其用作受压构件。然而，也有建筑师利用木材的抗弯性能创造出了新的结构体系，如日本的长野冬季奥运会体育馆运用本材与钢板组合，独创了半刚性悬挂屋顶体系。该建筑的屋顶利用木材具有较高的抗弯刚度、钢板具有较高抗拉强度的特点，使两种材料协同作用形成具有半刚性的悬挂结构构件。这种构件在构造上由两根截面尺寸为300mmXl25mm的结构用大尺寸层板胶合木(曲率半径为162．5m的弯曲木料)之间夹合12mm厚的钢板组合而成，胶合木与钢板之间用间距为2m的螺栓夹紧。为使悬挂屋顶的组成构件传力明确，在其端部采用铰接点(图5．18)。这种做法形成的构件具有较高的抗弯刚度、自重较轻，同时结构效能也很高，高跨比达到了1／262。将这些悬挂构件按适当的间距排列起来，再用结构用胶合板连接成完整的整体，便形成了悬挂式犀顶的结构单元。每个结构单元跨度80m、宽18m、厚度为30．48cm、跨中季度为5米，支撑在F部为混凝土结构、上部为钢结构的支架I-．，其力的传递路径如图5．17所示。屋顶由15个这样的结构单元连续排列而成，最高处的高度距比赛馆地面78 第五章现代大跨木结构的发展趋势43．45m(如图5-19)。为了避免结构单元重复出现带来的视觉单调感，建筑师将屋顶的悬挂结构单元安排成以3m的高差，从屋顶的中央向两端逐步下降地排列的造型(图5，15)。这种造型具有优美的轮廓线和动感十足的视觉形象。它完全摆脱了大跨结构常见的圆穹项式屋顶，代之以峰峰相连的造型，与建筑所在地长野市那山峦起伏的自然风貌非常协调。从内部空间看，纤细的木构件有秩序地排列。构成了建筑的空间围合界面，给人以细腻、柔美之感(图5-16，5-20)。—“————————__f^——“u。-^H__h-●●^*^h——⋯一{一⋯。I警{5一l5K野冬手受运会体育馆外观图5-16长野冬季奥运会体育馆室内空同母摹辩童祷馘蒸兜薷畿lI‘l么三氧图5．17力的传递路径图5一14长野冬季奥延会体育馆外观l竺!：!!苎孽望竺竺璺塑——jL苎三竺!竺竺!苎墨竺要竺兰竺要塞竺i 东南大学硕士学位论文j图5-20长野冬季奥运会室内的空脚界面由这个例子我们可以看出，在充分理解材料力学特性和结构受力原理的基础上，建筑师可以打破常规结构形式的束缚创造出新的结构体系，这种结构体系将给大跨术结构带来崭新的空间形态。本章小结二十一世纪是信息时代，随着数字技术日新月异的发展，现代大跨木结构的设计、构件加工、施工建造将由于数字技术的介入而发生巨大的变化。数字技术可以使设计师摆脱落后设计工具的束缚，轻而易举地抓住造型设计的灵感、表达设计意图并进行空间体量的推敲。与此同时，未来的材料技术和结构技术的发展也将为现代大跨木结构的设计创新提供更好的技术平台。建筑师可以将其作为设计创新的起点，通过使用新材料、借鉴钢结构体系或根据材料特性创造结构体系，来创作具有新颖空闻形态的大跨木结构。80 结语主要研究结论由上文的论述，我们可以看出：现代大跨木结构是在现代结构设计理论、现代加工技术、现代力学、现代实验学、现代工业化生产程序等现代技术支撑下出现的新的建筑类型。同时它又受到社会文化背景的影响，与传统文化和人文主义思想有着密切关系。通过较为系统的研究，论文对现代大跨木结构的历史沿革、特点、结构类型和技术要素作了归纳分析，对现代大跨木结构的建筑表现特征和手法进行了较为深入的探讨，由此得出了本文的主要研究结论：1．论文理清了大跨木结构的发展脉络。分析总结了古代大跨木结构的特征。在古代中国，大跨木结构的结构形式主要有：悬臂粱结构、拱结构、悬索结构等；这些结构多用于桥粱：节点构造方式有：榫卵、绑扎、铁件连接等。在古代西方，大跨木结构的结构形式主要有：木拱券结构、木桁架结构等；这些结构多应用于桥梁，在建筑中也有应用；节点多采用金属铆接。关于大跨度木结构在近代的发展情况，笔者得出了如下结论：工业文明的产生，导致了钢铁、混凝土等力学性能优越的新型建材的出现，给大跨木结构的发展带来了很大的冲击；同时也促进了森林工业和木材加工工业的发展，为现代大跨木结构的产生和发展奠定了良好的物质基础。笔者指出了这一时期的社会背景——能源危机和环境恶化影响着社会的可持续发展。在这种社会背景下，体现可持续发展观念、具有建筑人文关怀倾向的现代大跨木结构在世界建筑舞台上脱颖而出。2．通过分析和比较，笔者得出了现代大跨木结构的特点：首先，现代大跨木结构建筑具有良好的亲和力。第二，现代大跨木结构建筑具有良好的生态性能。第三，现代大跨木结构建筑具有良好的结构安全性能。第四，现代大跨木结构建筑的施工周期短。第五，现代大跨木结构建筑具有良好的经济合理性。另外，通过比较分析，笔者得出如下结论：同大跨钢结构相比，现代大跨木结构在具有和大跨钢结构建筑一样的结构性能的同时，克服了钢结构缺乏入情味的缺点，且造价较低、耐火极限高。同传统木结构建筑相比，现代大跨度木结构具有优越的材料力学性能、新颖的建筑形象、精致的建筑细部、较好的耐久性、耐火性能较好的特点。3．论文总结并分析了现代大跨木结构的主要结构类型。论文通过参照现代大跨结构的分类方法，将现代大跨木结构的分为平面结构、空间结构和混合空间结构三类，其中，平面结构中有框架结构、桁架结构、拱结构、刚架结构；空间结构中有薄壳结构、网架结构、网壳结构：混合空间 东南大学硕士学位论文结构中有组台悬索结构、索支撑式索拱混合结构、悬臂拱梁薄壳混合结构、斜拉混合结构、张弦结构。4．论文将现代大跨木结构的技术要素归纳为：材料、节点构造及施工技术。在论述天然材料的种类和性能时，笔者通过比较天然木材的受拉性能和受压性能，得出了天然木材受压工作比受拉工作要合理的结论。在归纳工业木材的种类和材料性能时，笔者将最常用的工业木材——层板胶合木的优点归纳为：材料的力学性能比天然木材更有保证；构件的长度和截面尺寸不再受木材天然尺寸的限制；构件具有较高的稳定性、良好的防腐性和较高的耐火极限；可以被加工成任意形状和尺寸的构件，为建筑创作提供很大的自由度；材料质轻高强，适合应用于对材料力学性能要求较高的大跨度公共建筑：构件的加工精度高。在谈及节点构造时，笔者将现代大跨木结构的节点构造方式归纳为：钢板+螺栓节点、裂环节点、齿板节点、金属铰节点、金属球节点、金属板嵌固节点、木材夹合+螺钉节点、内置的钢板+螺栓+胶合节点、穿套式金属节点、销式金属节点等：在论述现代大跨木结构的施工技术时，笔者将常见的安装施工方法归纳为：吊装施工、顶升施工、提升施工、滑轮抬升施工、现场胶合施工等。5．论文分析了现代大跨木结构的建筑表现特征以及设计手法。笔者从对结构的表现、对节点的表现、对材料的表现、对地域文化的表现几个方面对该问题进行了论述。在“对结构的表现”方面，笔者得出结论：现代大跨木结构的空间形态同它的结构形态之间存在着密切的关系。大跨建筑技术的视觉化表现作为一种建筑表现方法，正被越来越多的建筑师采用。由此带来的是，在现代大跨木结构的空间建筑艺术表现中，空间组合的表达被非空间因素——即建筑的结构、构造及建造手段——的表现所取代，并成为建筑创作的重点。在“对节点的表现”方面，笔者认为：可以通过表现结构体系的受力特点、节点的受力方式、节点的构造特征来实现节点的建构逻辑表现。可以通过对特殊形态节点的重点刻画和对相同节点的韵律化安排来强化节点的造型表现。在“对材料的表现”方面，笔者认为：对材料天然质感的表达和对材料柔韧性的表达可以突出木材这种材料的特性；将木材同玻璃、钢材、膜材相组合，可以创造丰富的空间视觉效果。在“对地域文化的表现”方面，笔者认为：将建筑与地域环境相结合、通过建筑的形象对传统文化进行传承和表达、采并j地方材料和技术等方法是现代大跨木结构对地域文化进行表现的有效途径。6．论文探讨了现代大跨木结构的发展趋势。首先，数字技术将在现代大跨木结构的设计、构件加工、施工建造过程中发挥越来越大的作用。第二，新材料的探索将进一步推动现代大跨木结构的发展。第三，新结构体系的引入，将为现代大跨木结构的发展注入新的活力。另外，在本文的论述过程中，有如下创新：1．按照结构类型将现代大跨木结构的案例进行归类，先分析其结构 结语受力特点，再总结出建筑设计的相应表现手法。例如，笔者将日本白龙穹项和德国慕尼黑奥林匹克公园冰球练习馆归为混合空间结构中的组合悬索结构，通过这两个案例分析了组合悬索结构的结构特点和空间设计特点。2．将古代大跨木结构同现代大跨木结构进行有机联系并做出比较分析。如在论述现代大跨木结构中的拱结构这一结构类型时，笔者将其与古代大跨本结构进行联系，并指出了日本郡上八幡体育馆的拱结构的构造原理同中国古代的虹桥有着相似之处——通过短材在构造上的巧妙搭接来建构大跨结构。这种前后联系的分析和论述方式，有利于展现出大跨木结构的内在设计规律。3．在归纳现代大跨木结构的技术要素时，笔者没有单纯地将材料、节点构造和施工建造技术进行简单的罗列，而是在介绍技术要素的同时，穿插分析了使用该技术要素的典型案例。如论文在介绍结构复合木材这种工业木材时，重点分析了使用这种工业木材的Atsushilmai纪念体育馆的结构设计、构造设计和应用效果。3．没有局限于单纯的案例分析和介绍，笔者有意将案例进行分析后有选择性地融入论文的论述体系当中，使得论文的论述可以更有说服力和生动性。在文中，每论述一种表现手法，笔者都会结合案例的相关|冬I片进行论述。例如，在论述现代大跨木结构对结构的表现手法时，笔者先通过对日本秋田县北部的大馆市树海体育馆这个设计案例的分析，来说明现代大跨木结构在结构表现当中建筑师应该如何处理结构体系与建筑空闻设计关系的；又通过日本广岛县大和町的自龙穹项这个设计案例的分析，来说明结构体系的建造逻辑表现方法。现代大跨木结构在中国发展所需要解决的问题现代大跨木结构可展现独特的建筑风格，表达绿色环保的理念，并体现先进的建筑科技水平；同时它又能继承我国延续几千年的木构建筑文化，体现我国建筑的地域特色。随着我国经济的发展，将需要建设更多的体育、展览、机场建筑，这为现代大跨木结构的发展提供一个很好的契机。但是，这种大跨木结构在中国的发展还有一些需要解决的问题。首先，现代大跨木结构建筑的教育与研究相对滞后。多年来，木结构建筑被排斥在主流建筑形式之外，因此，在中国高等学校建筑及结构专业的教学计划中，都几乎没有大跨木结构建筑的相关课程。目前结构设计科研单位的工作人员一般都不太了解木结构。建筑科学的研究也很少涉及到大跨木结构。西方的现代木材加工技术和现代大跨木结构建造技术怎样与东方的文化传统相适应，更少有专业人士来作出系统的研究。这些将影响现代大跨木结构建筑在中国的应用。第二，大众对大跨木结构的了解甚少。国外研究机构在中国部分城市 东南大学硕士学位论文组织的木结构相关知识的调查表明，木结构建筑在中国接受程度还很低。由于受传统木结构印象的影响，人们普遍认为木结构建筑不坚固、简陋，更不了解木结构可以被应用于大跨度建筑。其实这是一种误解。现在大跨木结构是一种生态、环保、个性化的新型木结构建筑，它不仅结构安全，而且可以使现代技术与传统文化相结合，非常具有亲和力。因此，业界应加强对现代大跨木结构特点的宣传。第三，相关标准和规范有待迸一步的健全。目前，我国已出台了一些有关木结构的标准和规范。比如，国家标准《木结构设计规范》已于2004年1月1日起正式生效。与之配套的《本结构设计手册》、《简明木结构设计施工资料集成》等相关资料手册也于2005年出版。但是，还没有专门的木结构防火规范，(关于木结构的防火，仅在《木结构设计规范》中有一定的规定)，这将制约现代大跨木结构在中国的应用。有关部门应积极借鉴国外成熟的防火规范，作出相应的技术论证，以确定符合我国国情的木结构防火规范。第四，国内用于现代大跨木结构的木材大部分依赖进口。虽然我国人造板的研究已取得相当成就，并在家具等领域得到广泛应用，但在现代木结构建筑中作为主要承重的人造板材，目前研究较少。现代大跨木结构建筑要在中国有长久的发展，单纯依赖进口是不行的，必须在国内积极推进国产化大跨木结构用材的研发和应用。最后，国内建筑设计师结合材料知识和结构知识进行现代大跨木结构建筑创作的水平还有待提高。如前文所述，现代大跨木结构的建筑创作需要建立在对相关材料知识和结构知识的深入了解和对建筑形态同材料性能、结构体系之间关系的准确把握之上。唯有这样，才能刨作出具有清晰建构逻辑、展现材料特性的、有内涵的建筑作品。而不是跟着国外建筑潮流盲目抄袭其外在形态。这也是本文着力探讨的内容。笔者通过本文的写作，对现代大跨木结构的结构形式、建筑形态和建筑表现的特点加以总结和分析，希望有更多的学者和建筑师对现代大跨木结构这～新兴的建筑形式有所关注，并对其进行更深入的理论研究和设计实践探索。 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东南大学硕士学位论文图片索引绪论图0-1：h却：／／辅^vw臼iIIgllIla．edu．en网页图0-2。0-3：http：／／www．abbs．corn网页图¨：http：／／tieba．baidu．coln网页图0—5，0-6，0．7：照片由笔者在实地调研过程中拍摄第一章图1-1，1-2，1-3，l-4，1-6，1-11，1-12：茅以升丰编，中国古桥技术史[M】，北京出版社，1986图1-5；张俊，泰顺木拱廊桥发展历史探讨’，J、城镇建设明，2001．09图l一7，l-8：杜连生，桥梁史话[M】，上海科学技术出版社，1979图1-9：毕胜，木拱桥——一种中国建构文化遗产的研究，南京大学建筑学院硕士论文,2003图1．10；http：／／www．okok．org中华钢结构论坛网页图1．13，l一15：方拥，论材料与结构的搭配，建筑学报明，2005．01图1．14，1．16：[日】SHlNKENCHIKU，新建筑[J】，1997．10图1一17．1．18：保罗·C-吉尔汉姆，塔科马穹顶体育馆一一成功的木构多功能赛场的建设过程，世界建筑阴，2002．9图1．19．1—20：照片由美国盖格工程公司单文孝博士提供图l一21：陈启仁张纹韶，认识现代木建筑【M】，天津大学出版社，2005．5第二章图2-1，2-2，2-3，2-4，2-5，2-6，2—19，2—20，2—21，2-22：陈启仁张纹韶，认识现代木建筑[MI，天津：天津大学出版社，2005，5图2．7：http：／／www．378．∞阿页图2．8：图片由东南大学研究生耿志莹提供圈2-9，2-10：[日】SHlNKENCHIKU，新建筑[J】，2002．03图2．“，2．12，2．13，2-14：[英]内奥米·斯汤戈编著，新型木建筑【M】，杨海燕程燕琴译，北京：中国轻工业出版社，2002图2一15，2．16，2一17，2-18：【日】SHINKENCHIKU，新建筑[fl，2002．06图2·23，2-25，2-34：Athletic＆RecreationalFacilities：NewConceptsinArchitectureandDesign[M]，Meiseishuppan，Tokyo。1995图2-24：[日】日本建筑构造技术汇编王跃译，图说建筑结构[M】，北京：中国建筑工业出版社，2000．12图2．26，2．27，2．29，2．30．2-31，2-32，：http：／／www．okok．org中华钢结构论坛网页图2—28：照片由东南大学王静老师提供图2—33，2-34：SutherlandLyall，M“terofStructure-EngineedngToday’SInnovativeBuildings[M]，2002图2．35，2．36，2．37，2-43，2-45，2-53，2-54，2-55，2-56：【荚】萨瑟兰·莱尔，结构大师【M】，香港日瀚国际文化有限公司译，天津：天津大学出版社。2004，6图2—38，2．39：张毅刚薛素铎杨庆山等，大跨空间结构[M】，沈世钊主审，北京：机械工业出版社，2005．1图2-40：[英】内奥米·斯汤戈编著，新型木建筑fM】，杨海燕程燕琴译，北京；中国轻工业出版社，2002．1图2舶：WillPryce，ArchitectureInWood-AWorldHistory[M]，Thames＆Hudson图2-46，2-47，2-48：陈启仁张纹韶，认识现代木建筑[M】，天津：天津大学出版社，2005，5图2-49，2．50，2．5l，2．52：http：／／www．cwc．ca网页 圈片索引第三章图3．1，3．12：图片由东南大学研究生侯建芬提供图3-2，3-6，3-7，3-8，3-9，3-10，3-21：RuthSlavid，WoodArchitecturefM]，LaurenceKingPublishing，2005图3．3，3．4，3—5，3．16：Phaidon,ThePhaidonAtlasOfContemporaryWorldArchitecture(I)[M],2004图3一儿：http：／／www．okok，org中华钢结构论坛网页图3．13：http：／／www．takenaka．eo．jp网页图3一14：木结构设计手册编委会，木结构设计手册(3版)[M】，北京：中国建筑工业出版社，2005图3．17，3．18，3．19，3．30，3．33，3．34，3．35：[日】H本建筑构造技术协会编，日本结构技术典型实例100选——战后50余年的创新历程[M】，腾征本等译，北京：中国建筑工业出版社2005．9图3．20：http：／／www．wealddown．CO．ulddownland．．鲥dsheU．htm网页图3．22：陈启仁张纹韶，认识现代木建筑【M】，天津：天津大学出版社，2005．5图3．24；[英]萨瑟兰·莱尔，结构大师[M】，香港日瀚国际文化有限公司译，天津：天津大学出版社，2004．6图3—25：【日]SH]NKENCHIKU，新建筑明，2003．12图3．26．3．27：ThomasHerzogEd．，EXPODACH--RoofstructureattheWorldExhibitionHanover2000图3．28：[日】smNKENCHⅨu，新建筑【J】，1991．1l图3一”：唐·格里菲特撰文，鸥欣译，“M之波”奇迹，世界建筑田，2002．9第四章图4．1，4-2，4-4，4-70：http：／／www．takenaka．cojp网页图4．3，4-5，4-36：手静，日本现代守间与材料表现[M】，南京：东南大学出版社，2005囤4—6：图片由东南大学研究生耿志莹提供图4．7，4_9，4-13：Athletic&RecreationalFacilities：NewConceptsinArchitectureandDesign[M]，Mciseishuppan，Tokyo，1995图4-8，4．71：【日】日本建筑构造技术协会编，日本结构技术典型实例100选——战后50余年的创新历程fMl，腾征本等译，北京：中国建筑工业出版社2005．9图4．10，4．15，4-38，4-54：【英】萨瑟兰-莱尔，结构大师【Ml，香港日瀚国际文化有限公司译，天津：天津大学出版社，2004．6图4一ll，4—12，4-37，4-53，4-55，4-68：http：／／www．okok，org中华钢结构论坛网页图4．14：http：／／www．cwc．ca网页图4-16，4．17，4-18，4-19，¨7，“8，¨9：RuthSlavid，WoodArchitecture[M]，LaurenceKingPublishing，2005图4．20，4-21，4．21，4-23,4．24：陈启仁张纹韶，认识现代木建筑【M】，天津}天津大学出版社，2005．5图4—25：http：／／www．apawoodorg网页图4．26，4．27：唐·格里菲特撰文，鸥欣译，“M之波”奇迹，世界建筑[J】，2002．9图440，4-4l，4-42：RuthSlavid，WoodArchitecture[M]，LaurenceKingPublishing，2005圈443：http：／／www．bingthomarchitects．com网页图4_44．4-45：htlp：／／www．cwc．ca网页图4．50：Phaidon．ThePhaidonAtlasOfContemporaryWoddArchitecture(111)[M】，2004图4-51，4-52：http：／／www．prsarchitects．corn网贝图4-56，4-57，4-61“英]内奥米嘶汤戈编著，新型木建筑[M】，杨海燕程燕琴译，北京：中国轻工业出版社，21302第五章图5-1。5．5：RuthSlavid,WoodArchitecture[M]，LaurenceKingPublishing，2005图5-2，5-14。：http：llwww．takeIlalcacojp网页图5—3：htlp：／／www．prsarchitects．com网页89 东南大学硕士学位论文图5_4：旧1sHINKENcⅢKu，新建筑[J】，1991．1l图5．6：支文军秦蕾，竹化建筑，建筑学报阴，2003．8图5—7：李吉庆等，新型竹集成材家具的发艘前景及其效益，福建农林大学学报[j],2004。7(3)图5．8。5．9：中国林科院木材工业研究所研究员王正教授提供图5—10：张毅刚薛素铎杨庆山等，大跨宅间结构【M】，沈世钊主审，北京：机械工业出版社，2005．1图5．1l，5．12，5—13：Athletic&RecreationalFacilities[M]，NewConceptsinArchitectureandDesign[M]，1995图5．15，5．16，5．17，5．20：唐·格哩菲特撰文，鸥欣译，“M之波”奇迹，世界建筑阴，2002．9图5—18，5．19：[日】日本建筑构造技术协会编，日本结构技术典型实例100选——战后50余年的创新历程[M]，腾征本等译，北京：中国建筑工业出版社2005．9 致谢行文至此，几个月的辛勤写作终于收获了成果。回首论文的写作过程，有痛苦、也有快乐。这篇文章能够顺利完成，离不开我身边的老师和同学的诸多帮助。首先要感谢我的导师王静副教授。感谢她在我学术成长道路上对我的严格要求和悉心指导。在这篇论文从选题到写作的过程中，王老师倾注了大量的心血。老师宽广的学术视野、严谨的治学态度使我受益匪浅；老师清晰的研究思路、踏实的工作作风使我获益终身。当我在论文研究中倦怠时，王老师给我以严厉的鞭策；当我在论文写作中遇到困惑时，王老师给我以及时的点拨；当我生话上遇到困难时，王老师给我以热心的帮助。在此，谨向王老师表示衷心的感谢。此外，本论文写作过程中亦得到了黎志涛教授、赵辰教授，方立新副教授、薛力副教授，宋晔皓副教授、鲍莉副教授、俞传飞副教授等诸位老师的热心指导，特此感谢。感谢美国盖格工程公司单文孝博士为我介绍他在美国接触到的现代大跨木结构案例。感谢中国林科院木材工业研究所研究员王正教授向我提供相关的技术资料。感谢侯建芬、耿志莹、韩柳、蓝莉、吴薇、沈宁、高燕、傅舒兰、钱晶晶、杨晓琳、谢丽哪、曾飞等曾经帮助我的同学，感谢他们在本文的写作中向我介绍论文写作方法、给我提供他们收集的相关资料、帮我解决写作过程中遇到的问题。感谢东南大学建筑学院给我提供了宝贵的专业学习平台。感谢东南入学建筑学院图书中心的戈清波等老师为我查阅文献提供了许多帮助。最后，我要感谢我的父母和我的男友。是他们多年来对我无尽的支持和关怀，鼓励我战胜了成长过程中遇到的诸多困难。李燕2007年11月于东南大学荟萃楼作者在学期间发表的论文李燕王静，现代竹材技术及其在建筑设计中的应用，城市建筑明，2007，8：81—829l
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