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“ 这座建筑赋予人的观感,我们希望它是轻盈的、灵动的、偶然而且多变的。在梨花的落花缤纷中有这样一座建筑,看起来就像是树木或者花朵一样自然生长,形态自由而且流畅,形象柔和谦逊,淳朴而且微妙。人们看到它并且认出它来,乐于与之亲近。”
建筑主体为胶合木结构。建筑以梨花为主题,采用了类似于梨花花瓣的五边形标准空间单元,通过模块化的设计与预制屋面单元吊装,以实现完整的标准化设计、加工、建造过程,同时依然保有生动的外观及丰富的室内外空间。设计团队以此项目来探索木结构与其它结构形式的差异,展现现代木结构建筑的特征与潜力。
每个结构单元由五根胶合木柱支撑,胶合木柱则通过柱顶的铰接支座与屋面Y形结构的交叉处连接,在周边形成较大的悬挑,以确保内部空间顺畅的流动感。而悬挑的屋面则形成了屋面下灰空间,进一步增强了建筑形体的轻盈感。
每个独立花形由五组Y形花旗松胶合木梁和五组钢梁组成,通过结构中心和边梁连成整体,形成稳定的空间结构单元。花心处向下的钢撑杆放射出五根22mm直径的钢拉杆,连接到梨花的五个柱顶支座处,以抵消梨花框架对柱顶的推力,使整个屋面形成一个张弦梁系统。
©加拿大木业
木结构的纹理、色彩、质感乃至触感都是为人们所熟知的,与自然、与人们的生活体验息息相关。而木结构所形成的建筑形式也是一种非常诚实的形式,建筑的内和外、形式和空间、结构和装饰可以达到高度的统一。
此外,木材是一种具有生长感的材料,它是有机的,有生命的,人们甚至可以产生一种感觉,即木材是可以随着人的参与,时间的变化,环境的变化同时发生变化,从而有一种非常特殊的心理认同感,这种认同感是非常可贵的,也是其他材料无法取代的。
©加拿大木业
“近些年,我们看到木结构建筑在中国的发展已经逐渐从市场推动变成市场拉动(from market push to market pull)”,加拿大木业说道。
现代木结构因其低碳、绿色、健康等优势逐渐被更多政府、建筑师和业主方所接受和认可,Design Warehouse 也借此项目采访了加拿大木业协会的项目团队,呈现现代木结构在设计美学和建造结构上的无限可能,并对木结构建筑的全生命周期的碳排放计算展开讨论,通过别样视角看中国木结构建筑的发展之势。
©加拿大木业
专访 加拿大木业梨园木构建筑
DW:什么契机促成了此木结构建筑示范项目的落地?对当地产生了什么影响?
加拿大木业 :山东阳信当地的政府对于绿色生态的建设比较关注,想尝试在当地新建的地标建筑中采用木结构,于是联系了加拿大木业。我们也正好一直在致力于现代木结构建筑技术的推广,这样双方就很自然地找到了合作的基础。加拿大木业与阳信项目的开发商达成了紧密合作,为项目提供了包括设计咨询、培训和施工现场指导等方面的技术支持。
©加拿大木业
当然,项目落地也遇到了一些阻力,一方面来自内部各方的协作,要同时处理好建筑、结构、设备、施工等各方在项目早期的沟通问题;另一方面来自外部,一些地方的审图部门对于木结构的不了解导致审批缓慢。因此,在项目期间当地审图部门就提出组织专家论证,加拿大木业通过邀请行业内专家,对项目的结构设计进行了评估论证,最终顺利通过图纸审查。
山东省滨州市阳信县地势平坦、四季分明、日照丰沛,拥有超过1300的梨树种植历史。万亩梨园是阳信当地的特色旅游项目,每年春天都会吸引大量的游客,而这座游客中心是阳信万亩梨园的启动项目和标志性建筑。
©加拿大木业
DW:这个项目建筑师最初的设计理念是什么?
加拿大木业 :首先,建筑师选用了梨花作为基本的设计概念。以五边形的花型作为建筑的基本构成元素,通过不同的组合方式与疏密布局,形成不同尺度与充满个性的空间。同时,梨花的五边形作为潜藏于建筑内部的逻辑,空间与结构都是基于这一逻辑生成的,在每一个空间细节中都有所体现。
在建筑中采用正五边形的平面或者构图是比较罕见的,因为正五边形不能够形成连续的满铺图案,会给平面布局带来难度。但恰恰是因为这种不常见,五边形本身所形成的空间、构件、墙体的角度、人们行走于其中的路径与日常生活中的空间感知有所差异,这种差异会产生一种微妙的非日常性的体验。
©加拿大木业
其次,本项目从设计伊始便确定采用木结构作为主体结构。木结构的材质与色彩与景区服务建筑的功能及环境非常贴切,同时木结构所代表的低碳、环保、可持续理念,也与景区的定位契合。而在设计当中,我们则希望最大程度地展现出木结构建筑的特色,探索木构建筑的形式、结构与空间潜力。
DW:以木结构建筑呈现时是否有遇到结构设计上的挑战?如何解决的?
加拿大木业 :这个项目中,植筋节点的设计是最大的挑战之一,结构设计付出了相当大的努力。为了保证建筑的各个结构单元能够高自由度的拼接组合,以及方便快捷的建造,每个结构单元需要保证各自的独立性与完整性。为此节点设计中采用了大量的胶植筋连接,增加节点的抗弯刚度,以此取代了剪力墙与侧向支撑,使得建筑空间更加自由。
©加拿大木业
由于国内暂时没有胶合木植筋连接相应的规范,因此在结构设计时参考了新西兰的规范,并设计植筋胶注胶、拉拔等试验来确保节点的安全与质量。最后由专家审核的方式对植筋节点进行多次验算并确认。我们也将阳信项目的植筋节点设计知识放入了《木结构连接设计》的公益课程中去,向感兴趣的公众做了具体的讲解和图示。加拿大木业从2020年开始在微信小程序上创建了“加拿大木业云课堂”项目,目前已为5000多名木结构建筑相关从业者提供了木结构建筑设计、结构等相关知识。
DW:作为文旅示范项目,建筑的设计表达是非常重要的,而装配式建筑所需的标准化是否会影响建筑设计?如何平衡项目中设计美学的诉求和装配预制生产的需求?
加拿大木业 :在这部分我们也遇到了一个挑战,但在项目中得到了完美的解决。我们在连接节点设计时,在保证结构安全的前提下,还需要满足建筑设计对外观的要求。结构设计过程中,结构工程师会将连接节点设计以手绘草图或三维模型的形式呈现给建筑师,共同商讨双方都能接受的解决方案。
©上海绿建
本项目中,建筑师希望结构能够得以更轻盈地表达出来,因此在节点设计中,这一目标将贯穿设计的全过程。例如,为了削弱梨花中心的撑杆的体积感,结构设计将其设计为五片钢板汇聚拼合成的海星形状的截面,并使截面逐渐向下缩小。
©上海绿建
标准化的构件设计可以大大提高效率并降低成本。本项目中,构成所有单体建筑的全部14朵梨花屋面单元是完全一样的,并且每朵梨花单元的五个方向的构件也是完全一致的,看似复杂的结构体系被简化为简单重复的标准构件的组合。这样,在工厂的预制加工环节,增加了构件的重复率,使得构件在工厂的生产和加工变得效率更高且不容易出错。另外,在现场安装过程中,工人安装“梨花”单元的速度也可以逐渐变快,从最初的三天一个单元,到后面的每天一个单元。
©上海绿建
DW:建筑物占全球温室气体年排放量的约40%,国内对建筑碳排放的关注也越来越高,但目前许多建筑师或业主方对建筑碳计算的方式并不了解。阳信项目的碳排放量是如何计算的?
加拿大木业 :按照国际的计算工具、方案及案例来说,一般碳排放的计算分为两个部分:木材建材的存储碳和木材建筑的隐含碳。
木材建材的存储碳(stored carbon)指的是树木生长周期所吸收的二氧化碳 (CO 2 ),1立方米软木木材大约含有50%的碳。在建筑物的情况下,碳在结构的整个生命周期内都不会进入大气,如果木材被回收并制造成其他产品或再利用,碳存储时间会更长。山东阳信游客中心项目中,一共使用了673立方米木材,木材的存储碳经过计算达到了约560吨。
©加拿大木业
木结构建筑减少的隐含碳(embodied carbon)指的是建筑在全生命周期内所产生的温室气体,相比等效钢筋混凝土结构建筑的减少量。我们在计算隐含碳的时候采取了木结构与钢混结构等效替换比例的方式计算。通过BIM建模的形式,估算出如果该项目使用混凝土和钢结构实现同样建筑效果,预计会额外使用多少混凝土和钢以及其隐含碳量,得出了山东阳信项目采用木结构建筑相当于减少温室气体排放1034吨的结果。
最终,按照国标GB/T 51366-2019 《建筑碳排放计算标准》与美国建材碳排放模拟计算器WoodWorks所得出的存储碳和隐含碳的结果一致,项目总体产生的碳效益为1593吨。
©WoodWorks
但由于国标附录D中并没有包含现代木结构用材,因此,国内新建木结构项目如开展建筑全寿命周期碳排放计算,将面临现代木结构用材碳足迹数据缺失的问题,即使是使用经第三方审核碳足迹数据的进口锯材,在国内工厂进行加工后的结构用材仍然缺少碳足迹数据。
因此,我们认为需要进一步完善并建立现代木结构用材环境产品声明(EPD)和碳足迹数据库,满足绿色建材不同评价等级符合项数要求,为开展木结构建筑全寿命周期碳排放计算提供必要数据。加拿大木业也在中国与木材保护工业协会合作,支持木结构用材企业积极推广绿色建材应用。
加拿大木业 :近些年,我们看到木结构建筑在中国的发展已经逐渐从市场推动变成市场拉动(from market push to market pull),业主方越来越主动去了解木结构优势和有意愿建设木结构项目,市场上雨后春笋般自发出现了越来越多具有创新性、突破性的木结构建筑产品。
©加拿大木业
从业态来说,文旅康养还是中国的重点领域,每年2/3左右的木结构新建建筑还是在文旅康养项目中,这个领域应用前景比较大。从结构形式来说,无论是新一代的预制节能木墙还是多高层胶合木结构建筑,任何的结构形式只要使用了木材,都是推动和助力碳中和的发展,都是一个很好的结果。
另外,如何在后疫情时代办公,是人人都关心的话题。一个健康舒适的工作环境可以让员工保持愉悦的心情,提高工作效率。而绿色环保的木结构在这方面具有得天独厚的优势。木材的天然性让自然更贴近人们的工作空间,不但可以保温保湿,还能净化空气质量,隔绝室内外噪声,真正做到了“亲和自然,低碳环保”。
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