引子
“可以食无肉,不可居无竹”,竹在中国人心中自古就有不一样的地位。相较于在自家小院种点翠竹,将竹材融入到建筑当中成为现今“居有竹”更合理的实现方式。
经过现代科技的妙手点化,圆竹不但能构建出优雅大气的大型建筑,甚至能变身为现代化的工程竹材料。让我们一起来看看吧~
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Ⅰ.原竹结构
用原竹建造房屋在我国已有两千多年的历史。原竹是一种形态朴实、自然典雅、价格低廉的生态材料,能够体现建筑师崇尚自然的设计理念。由于竹材的顺纹抗压力和抗拉力很高,可以直接使用单根竹子制作各式桁架结构、网架结构,单层亭台楼阁中的梁柱等受力杆件。
1.何陋轩
设计:冯纪忠
地点:上海市松江区中山东路235号方塔园
时间:1986年
结构形式:原竹结构
图片来源:ikuku.cn;
何陋轩是著名建筑师和建筑教育家冯纪忠先生最重要的代表作,位于松江方塔园,坐落在方塔园东南隅。当人们游览完方塔园的主要景点后,顺势来到此地、便可歇脚饮茶。
竹杆件经过绑扎、锚固,形成了复杂的空间结构,支撑起屋顶;屋顶为庑殿式的变体,以茅草铺就。三个大小相同的青砖平台旋转叠落成基台,铁质柱脚嵌入砖缝。
竹轩、基台间形成的错动关系,周围挡土弧墙的高低参差,再加上压低的高大屋檐对视线的遮蔽引导,形成了一个不断变动的视觉空间。这种空间的变动转换,正传达了设计者“意动”的理念。
2.尼德国际学校竹体育馆
设计:清迈生活建筑事务所
建筑师:
Markus Roselieb,Tosapon Sittiwong
地点:泰国清迈限隆县
时间:2017年
结构形式:原竹结构
图片来源:archdaily.com;
尼德国际学校竹体育馆结合现代生态技术、先进工程技术、天然材料于一体。设计灵感源自佛教之莲,体现了学校的佛教特色和教学理念。场馆占地面积782平米,可作五人制足球、篮球、排球、羽毛球场之用;设有自动升降舞台,以及两侧看台。
竹制的体育馆实现了“零碳足迹”。外露的竹结构也成为了视觉的焦点,展现着精湛的手工艺之美。建筑主体结构为一组最大跨度达17m的装配式竹桁架体系,没有通过钢材加固或钢节点连接。这些竹桁架均在现场预制,再由起重机安装就位。
3.竹之翼
设计:VTN Architects
建筑师:武重义
地点: 越南永福省福安市玉清社
时间:2009年
结构形式:原竹结构
图片来源:archdaily.com;
作为一名建筑大师,武重义将他对竹子的应用发挥到了极致,“竹之翼”的创作灵感源于自然,如鸟翼般遮护着周围的自然景观。该项目意在探索竹作为结构材料的空间营造潜力,也为竹材这种越南常见的生态材料的应用开辟了新趋势。
竹之翼是一个全竹结构,未使用钢和其他的人造结构材料。鸟翼状的支撑结构取消了立柱,创造了一个12m进深的开放的敞篷空间。屋顶造型便于空气流通,减少了空调的使用。深檐、水池、开放空间的组合,让人仿佛置身于自然之中。
该建筑可以用作婚宴、音乐会和庆典等。2014年,“竹之翼”与DaiLai会议中心组成的竹结构建筑综合体获得了2014年的亚洲建筑师协会(ARCASIA)大奖。
4.竹林剧场
设计:DnA_Design and Architecture
建筑师:徐甜甜
地点: 浙江丽水松阳县横坑村
时间:2015年
建筑形式:原竹结构
图片来源:archdaily.com;
松阳县的很多古村落都生长着漫山遍野的毛竹林,远看甚是壮观,但是竹林里却无可停留空间。设计师结合毛竹的天然属性,利用生长的竹子围合出一个开放休憩空间,形成一个可停留的场地。
在竹林深处的较平坦的场地上,把四周的毛竹有秩序的下拉,就围合出了竹林剧场的穹顶结构。毛竹韧性很强,编织成穹顶的毛竹依然保持完好的生长状态。随着竹子的新陈代谢,编入穹顶的竹子每年都可以进行更替,使穹顶产生形态的变化。
竹子的生死置换,让这个竹林剧场成为一个有生命的新陈代谢体。建成后的竹林剧场,成为横坑村的多功能空间:村里的一些传统祭祀活动,当地的高腔剧团的演出,外来游客的休闲露营等,都可以充分利用这个自然空间。
5.汉诺威世博会巨型竹篷
设计:Simón Vélez Architects
建筑师:西蒙·维列
地点: 2000汉诺威世博会
时间:2000年
建筑形式:原竹结构
图片来源:zeri.org;
汉诺威世博会上ZERI馆竹篷的设计建造并不仅仅着眼于建筑本身,更是意图打破使用竹结构建筑象征着贫困的成见。哥伦比亚建筑师西蒙·维列使用本土竹种瓜达竹打造了这座展馆,而这种竹子也是哥伦比亚贫苦咖农建造竹石农舍的材料。
ZERI馆建筑屋顶直径40m、高17m,每边向外悬挑7m,屋面材料为9mm厚的瓷砖贴面。主体结构为10组由2个斜柱及2个悬臂梁组成的单元,柱脚节点则由钢和混凝土制成。
关于连接方式——
圆竹的连接方式比较多样,有捆扎连接、螺栓连接、梢接、榫接、箍接、套筒连接、槽口连接等。在现代工程结构中,基于金属紧固件的箍接、套筒连接和槽口连接方法最为常见。
Ⅱ.现代工程竹结构
当前应用较广的工程竹包括竹材胶合板、竹席胶合板、竹席竹帘复合胶合板、竹材刨花板、竹篾层积材、重组竹等。其中典型的建筑用工程竹包括胶合竹和重组竹。
胶合竹由圆竹加工成定宽、定厚的竹片,干燥至含水率8% ~12%,再通过胶黏剂胶合而成。胶合竹保留了圆竹的竹片单元,其材性与圆竹的联系更加紧密。重组竹对竹材的加工更加深化,其以竹丝束为基本单元,经过干燥、浸胶、组坯、热压固化而成,是一种高强度、高密度、材质均匀的工程材料。
1.周里便民服务中心
设计:UAL城市建筑工作室
建筑师:韩冬青、马晓东、王正
地点: 江苏南京市江宁区秣陵街道周里村便民服务中心
时间:2009年
建筑形式:现代工程竹结构
图片来源:ikuku.cn;
周里便民服务中心是以竹质工程复合材料为主要建材的一个实验性项目。建筑设计的目标在于,基于竹材的特性、提出与竹结构建造及使用功能相适应的空间环境和表现形式。
建筑结构为显在的梁柱框架体系。结构柱用材为竹材重组竹,结构梁、楼板用材均为竹材层积材;梁柱之间采用钢板套管等工厂预制件进行连接。除了上述竹质工程复合材料之外,建筑中还采用了直径约80毫米的圆竹,以其相对自然的形态与工业化材料形成一种对话。
竹子是一种生态友好型环保材料。竹质工程材料又可进行装配式施工,具有了普遍推广的潜力。
2.屏边杉树小学
设计: BEAR-iD,云南省城乡规划设计院
建筑师:Tjerk Reijenga,Tang Di
地点: 云南红河屏边苗族自治县白云乡杉树村
时间:2003年
结构形式:现代工程竹结构
图片来源:bear-id.com;
本项目由国际竹藤组织(INBAR)牵头,与世界自然基金会(WWF)合作,日本大使馆出资,INBAR和中国林科院木材工业研究所提供技术支持。该项目意在借鉴荷兰高效节能的建筑经验、用竹材和竹材人造板作为建筑材料,减少木材和红砖的使用。
建造生态学校不仅可以改善教师和学生的教学环境, 还可提高他们对可持续发展的认识。校舍屋架、屋顶板及内外墙板分别用竹集成材和竹胶合板制成,再通过螺栓、夹板、钉子等金属连接件连接、组装。
杉树小学校舍是首个使用竹人造板材作为结构材的建筑。该项目还包括云南傣式乡村住宅、蒙自城镇住宅和景洪生态旅游酒店。
3.竹结构抗震安居房
设计:张齐生院士、吕志涛院士
地点:南京林业大学内
时间:2009年
建筑形式:现代工程竹结构
图片来源:新华网;
竹木结构具有良好的抗震性能。在我国木建筑受到较大制约的背景下,使用竹结构作为地震高烈度区的房屋结构形式,是一种良好的解决方案。
房屋结构体系为梁-柱+搁栅-墙骨柱结构,结构件为各型现代工程竹,构件间通过钢套筒-螺栓节点连接。现代工程竹的制造工艺已相对成熟,并且性能优异、规格统一;钢节点形式类似木结构节点,生产加工也不困难。
该示范房的抗震设防烈度达8度。房屋的构件和节点均适于量产,量产之后建设成本低、建设周期短,是理想的抗震安居房。
关于连接方式——
现代工程竹结构的板材通常采用在工厂预制等方式得到,制成的梁、柱、板等可以通过螺栓、夹板、钉子等金属连接件连接、组装。钢结构节点形式类似木结构节点。此外,竹质工程材料又可进行装配式施工,如周里便民服务中心梁柱之间采用钢板套管等工厂预制件进行连接。具有了普遍推广的潜力。
胶合竹结构的结构体系目前仍然处于探索阶段,目前实施的案例包括:装配式轻型胶合竹结构框架房屋、装配式胶合竹结构板房、框架房屋和厂房、胶合竹结构桥梁,以及竹结构构件,如轻型框架剪力墙、桁架等。
由于重组竹的力学性能稳定、可利用强度高,可以用作梁、柱等重要承重构件。由于重组竹的硬度大、加工性能差,在对重组竹材进行连接时,常使用金属节点配合螺栓连接的方式。金属节点有钢填板、钢筒连接件两类,使用时既可单独使用、也可联合使用。
Ⅲ.混合式
原竹结构和现代工程竹结构各有优势,在实际建造过程中为了丰富建筑的形式和功能性,常常混合使用多种类型的竹制结构,既能展现建筑中的“竹意”,又能够突破传统圆竹在建筑工程应用中受到的诸多限制。
德中同行之家
设计:
上海慕迪建筑设计公司
上海同济建筑设计研究院
建筑师:
Markus Heinsdorff
地点: 2010上海世博会
时间:2010年
建筑形式:混合式
图片来源:Archetype Group;
这座双层竹子薄膜结构展馆旨在突出先锋、环保的建筑理念,集展览、娱乐、会议等多功能于一身,用来在2010年上海世博会期间展示德中同行活动的成果。同时,它又以其建筑类型象征了德中同行活动的主题——可持续性城市发展。
建筑的主体承重结构由96根8m长的云南巨龙竹构成,展馆内部楼板是由胶合竹板制成的巨型梁柱体系架构。竹杆支撑体系在建筑屋面层通过钢节点相互连接固定。屋面面层采用PVC膜覆盖,墙体结构则由天然竹材和透明轻盈的新型材料ETFE膜复合构成。
“德中同行之家”的精致外形使人联想到中国传统的竹折扇与油纸伞。它以环保及易拆易建为概念,以方便拆分重组的单元体作为构件,从而实现在其它场地再次搭建的可能性。世博会结束后,该展馆被赠予杭州,落户“城市之星”杭氧老厂房旁。
关于竹质建材——
竹材的力学性质与其含水率、竹秆部位、竹种等密切相关。圆竹虽然具有天然环保的特性和深厚的资源优势,但其物理性能不稳定、易干裂,单根圆竹承载力不高、节点连接复杂且易劈裂破坏,导致其在建筑工程中的应用受到诸多限制; 未经处理的竹材易受虫蛀、腐朽和霉变的损害,耐久性能普遍不佳。除了对天然竹材进行一定的压力防腐处理,如震荡压力和刻痕、细菌侵蚀、预微波等,能有效提高竹质材料的耐久度,胶合竹、重组竹等现代工程竹结构在一定程度上也能有效解决原竹耐久性差的问题。
小结
竹材来源丰富,又有和木材相似的结构性能,是一种具有广阔发展前景的绿色建材。尽管现代工程竹结构的应用因为规范等诸多限制还没有大规模应用,但建筑师和结构师用他们强大的创造力向我们展示了竹材在现代化建筑中的独特地位。竹材的应用也随着科学技术和工艺的发展不断突破局限,不论是商业、观览、行政办公还是居住,都能够有竹材建筑的一席之地。居中有竹的日子,未来可期!
参考文献:
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