鋼與木的設(shè)計(jì)整合
——市集上的美術(shù)館

西塘古鎮(zhèn)市集上的美術(shù)館（西塘東區(qū)八九間項(xiàng)目二期一號(hào)樓）是山水秀建筑事務(wù)所折板系列項(xiàng)目的延伸，展現(xiàn)了建筑師對(duì)空間和結(jié)構(gòu)選型的建構(gòu)表達(dá)。本次對(duì)談特邀項(xiàng)目主創(chuàng)建筑師祝曉峰和結(jié)構(gòu)工程師張準(zhǔn)，從柱、梁、斜撐、桁架等結(jié)構(gòu)要素出發(fā)，探討如何以現(xiàn)代手法重釋雙坡屋頂?shù)乃季S脈絡(luò)，解讀鋼材與木材的整合式設(shè)計(jì)。

The Art Gallery on the Market (No.1 Building,Phase II,89 District in Xitang East District) in Xitang is an extension of folded plate series projects of Scenic Architecture Office,showing the architect's constructive expression of space and structure selection.In this dialogue",Zhu Xiaofeng,the principal architect of the project,and Zhang Zhun,the structural engineer,will discuss how to reinterpret the thinking of the double-slope roof and interpret the integrated design of steel and wood by modern means,starting from the structural elements such as columns,beams,ramps and trusses.

1 設(shè)計(jì)起點(diǎn)

祝曉峰：西塘古鎮(zhèn)是典型的江南水鄉(xiāng)，有著豐富的建筑遺產(chǎn)和木構(gòu)傳統(tǒng)。除了西塘東區(qū)八九間項(xiàng)目二期一號(hào)樓外，附近的片區(qū)也由我們?cè)O(shè)計(jì)，這棟樓是最先完工的。我們計(jì)劃將這個(gè)片區(qū)打造為文創(chuàng)商業(yè)街，其中包括游客服務(wù)中心、美術(shù)館、酒店、漢服文化博物館等，未來(lái)將被納入西塘景區(qū)的范圍中，建成后的游客導(dǎo)入情況還有待觀察。

西塘東區(qū)八九間項(xiàng)目二期一號(hào)樓其實(shí)采用了一些特殊的建造方法，這樣做主要是出于對(duì)場(chǎng)地的考慮，建筑位于片區(qū)的西南角，也是整個(gè)場(chǎng)地離西塘古鎮(zhèn)景區(qū)最近的一個(gè)點(diǎn)，而且靠近河岸。在我們與業(yè)主商量之后，覺(jué)得這里應(yīng)該成為一個(gè)被關(guān)注的點(diǎn)，它跟河岸的關(guān)系必須非常開(kāi)放，能夠吸引很多人參與進(jìn)來(lái)，比較熱鬧，所以設(shè)想出市集的概念。

另外，業(yè)主希望在這里舉辦一些特定的活動(dòng)，如藝術(shù)展覽、宴會(huì)、講座、論壇等。雖然市集充滿文化、文藝氣息，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)不可控，變數(shù)很大，各種各樣的活動(dòng)都會(huì)在這里發(fā)生。所以我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)2層的建筑，一層是比較現(xiàn)代的集市，二層是一個(gè)能容納多種功能的、可變的展覽空間，它們組合成了一個(gè)復(fù)合型的建筑，我們給它取名為市集上的美術(shù)館，這跟最初的項(xiàng)目定位有關(guān)。

后來(lái)我們跟張老師探討應(yīng)該采用什么樣的結(jié)構(gòu)體系，最初希望整個(gè)建筑都采用木結(jié)構(gòu)，但是最后一層改為鋼結(jié)構(gòu)，只保留了二層的木結(jié)構(gòu)。

張準(zhǔn)：這樣做主要是因?yàn)榉阑鸬膯?wèn)題，全木結(jié)構(gòu)不符合防火規(guī)范。另外，因?yàn)橐粚右捎么罂绲姆绞?，全采用木結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一些結(jié)構(gòu)性的困難。

祝曉峰：一層要實(shí)現(xiàn)最大25m的跨度，上面還要支撐二層樓板，全用木結(jié)構(gòu)會(huì)非常吃力。所以一層改用了鋼結(jié)構(gòu)，二層在保留木結(jié)構(gòu)的同時(shí)也引入了少量鋼結(jié)構(gòu)，變成了鋼木混合的結(jié)構(gòu)體系，鋼結(jié)構(gòu)占30%左右的比例。

2 波折桁架結(jié)構(gòu)體系的再延續(xù)

祝曉峰：就建筑本身來(lái)說(shuō)，一層市集將是一個(gè)大的開(kāi)放空間。在我們的印象里，市集是可以有柱子存在的，我們不排斥柱子，但希望呈現(xiàn)出一種自由的空間狀態(tài)，所以柱位不那么規(guī)則，其跨度不像傳統(tǒng)方格網(wǎng)一樣均勻，而是有大有小，呈一定序列布置。這個(gè)序列既可以與貨架形成標(biāo)準(zhǔn)化模數(shù)，又可以營(yíng)造彈性空間，從而容納不同類型的活動(dòng)。

張準(zhǔn)：因?yàn)榕c祝老師合作了很多項(xiàng)目，也做過(guò)類似折板的結(jié)構(gòu)，因此這個(gè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相當(dāng)于前面幾個(gè)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)延伸。剛才提到一層柱子的柱位是不規(guī)則的，所以一層樓面采用了波折桁架（并列三角桁架），每個(gè)波折桁架頂部的內(nèi)部空間用于放置空調(diào)及其他設(shè)備管線。由于波折桁架的順波方向具有較大的跨越能力，對(duì)于立柱支撐的跨度選定有一定的自由度。

基于以上的力學(xué)構(gòu)思，我們將柱子的截面自上往下縮小，構(gòu)成 Y 形，在視覺(jué)上盡可能營(yíng)造纖細(xì)的效果，并通過(guò)鉸接連至地面。當(dāng)然，為了滿足規(guī)范和抗側(cè)的要求，我們還做了一些鋼結(jié)構(gòu)支撐，這些支撐有的能看到，有的隱藏在墻體里，它們跟空間和建筑之間產(chǎn)生了一些互動(dòng)，這就形成了一層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

祝曉峰：其實(shí)一層的波折桁架結(jié)構(gòu)是我們折板系列中的一個(gè)，這個(gè)建筑大概是這一系列的第七個(gè)了，之前大部分都是跟張老師合作的。但是之前的波折桁架不管是鋼桁架還是混凝土桁架，基本上都是單層結(jié)構(gòu)，直到徐匯區(qū)的花鳥市場(chǎng)，我們有了一個(gè)新的想法：在波折桁架上方的三角空間里放置設(shè)備，這樣可以將結(jié)構(gòu)做到4層、5層甚至更高。當(dāng)時(shí)設(shè)想把折板體系發(fā)展下去，在高度上疊加起來(lái)，成為一種新的多層建筑系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)利用波折桁架上方空間做設(shè)備空腔，折板的下層空間則提供了一個(gè)與傳統(tǒng)坡屋頂形態(tài)有關(guān)的空間剖面和體系。當(dāng)然這個(gè)設(shè)想不是通過(guò)裝修實(shí)現(xiàn)的，而是直接在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中生成了一個(gè)固定空間，讓多層甚至高層建筑里的人也體驗(yàn)到在坡屋頂下的空間感受?，F(xiàn)在花鳥市場(chǎng)還沒(méi)建造，波折桁架結(jié)構(gòu)就直接運(yùn)用在了本項(xiàng)目里。我們采用波折桁架也是因?yàn)樗鼡碛锌v向的大跨，所以一層的柱子才能比較自由地布置。比如，跨度的忍耐極限是25m，那么20m、10m、8m的柱距都能符合要求。

至于抗側(cè)的設(shè)計(jì)，我們并不排斥山墻，大部分柱子在室內(nèi)是獨(dú)立的，抗側(cè)正好需要在四個(gè)角部區(qū)域做一些交叉和抗剪力墻體。山墻主要位于東西向，因?yàn)樵O(shè)計(jì)需要通過(guò)倒V字形山墻跟傳統(tǒng)山墻產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，所以我們欣然接受了它們。

但是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)需要還設(shè)置了部分南北朝向的墻，我們不太喜歡。所有這些墻有的結(jié)合服務(wù)空間放置，有的干脆將雙向支撐結(jié)構(gòu)暴露出來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)會(huì)看到用繩子把它裹起來(lái)的狀態(tài)。

現(xiàn)在回顧當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)，我覺(jué)得這不是一個(gè)特別好的解決辦法，但是在初始的設(shè)計(jì)條件下，這是不可避免的。從空間的純凈程度來(lái)說(shuō)，因?yàn)槟媳狈较蛎鎸?duì)十里港河，所以南北向需要通透，最好的方法是把這些墻都去掉，在去不掉的情況下，就要用一些其他的方法來(lái)表達(dá)它。

局部外立面 ?《建筑技藝》雜志社（AT）

一層Y 形梁柱及折板 ?《建筑技藝》雜志社（AT）

3 二層鋼木混合結(jié)構(gòu)

3.1 “超級(jí)燈籠”的標(biāo)志性

斜柱交叉立面構(gòu)造大樣 ?山水秀建筑事務(wù)所

柱群效果 ?皮黎明

木柱交叉部位細(xì)部 ?皮黎明

祝曉峰：與一層的市集不同，二層是一個(gè)容納各種活動(dòng)的、600m2的無(wú)柱大空間，所以一個(gè)約20m×30m的雙向大跨空間成為內(nèi)在的需求。另外，建筑需要成為一個(gè)標(biāo)志物，同時(shí)考慮到西塘的規(guī)劃限高非常嚴(yán)格，檐口高度不得超過(guò)16.5m，所以不能用高度凸顯它的標(biāo)志性，只能通過(guò)材質(zhì)和形態(tài)進(jìn)行表達(dá)。由于一層用了坡屋頂和散布的柱子，這個(gè)形式類似旁邊商業(yè)街的三層坡屋頂，那么在二層就不希望用坡屋頂了，反而使用架構(gòu)的方式，與商業(yè)街形成對(duì)偶。商業(yè)街的一、二層采用了架構(gòu)，于是我們把架構(gòu)用在美術(shù)館的二層，商業(yè)街的頂層是坡屋頂，于是我們把坡屋頂用在美術(shù)館一層，用交叉置換的方式來(lái)營(yíng)造先天的標(biāo)志性。

另外，業(yè)主還希望二層的活動(dòng)能夠被外界或清晰或朦朧地看到，即使沒(méi)有進(jìn)入到建筑內(nèi)部仍能感受到里面的氣氛，所以二層需要有一定的透明性，所以我們想到了燈籠這樣一個(gè)非常直接的比喻。西塘當(dāng)?shù)赜兄窬師艋\的傳統(tǒng)工藝，這就促使我們把竹編交織的燈籠形態(tài)跟包括屋頂大跨在內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來(lái)。另外，既然是木結(jié)構(gòu)，就要跟傳統(tǒng)的中國(guó)木結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定關(guān)聯(lián)。江南傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)除了柱子之外，梁、檁條、穿斗的做法經(jīng)常用比較細(xì)小的桿件將結(jié)構(gòu)插接在一起，包括傳統(tǒng)的橋梁建造也有很多互承式結(jié)構(gòu)，就是用短桿件、細(xì)桿件來(lái)實(shí)現(xiàn)大跨度，所以我們想把這個(gè)傳統(tǒng)工藝用在這里，采用短桿的方式搭接二層結(jié)構(gòu)。

3.2 X 形木質(zhì)交叉柱

張準(zhǔn)：最初，我們希望二層整體都用木結(jié)構(gòu)（包括立柱），但出于防火要求，實(shí)際完成的立柱雖然看起來(lái)是全木的，但其中有一部分是鋼結(jié)構(gòu)。如果全是木立柱，根據(jù)防火規(guī)范要求，立柱的尺寸會(huì)比現(xiàn)在大50mm，將影響到整體的視覺(jué)效果。我們最終采用了一種在火災(zāi)工況下可變的立柱系統(tǒng)，二層外圈的支撐構(gòu)件中，一部分是純木柱，少量是木包鋼柱。日常使用情況下，無(wú)論立柱是什么材質(zhì)，均整體混合受力；在火災(zāi)工況下，那些純木柱的抗火能力為0.5h，燒毀后會(huì)遺留下來(lái)少量幾根鋼柱，其承載能力能夠繼續(xù)支撐屋頂達(dá)到規(guī)范的防火時(shí)限，相當(dāng)于在火災(zāi)工況下有一個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。

木柱的布置一開(kāi)始是不共節(jié)點(diǎn)的，所有立柱一根根錯(cuò)開(kāi)。后來(lái)調(diào)整成立柱共節(jié)點(diǎn)，我們?cè)诠补?jié)點(diǎn)的位置加了水平鋼系桿，把所有節(jié)點(diǎn)串起來(lái)。這樣一來(lái)，提高了立柱的穩(wěn)定性，加工時(shí)可以把它分成上下兩部分，不但結(jié)構(gòu)的整體性提高了，而且為傾斜的玻璃幕墻提供了抗水平力的結(jié)構(gòu)幫助。

祝曉峰：說(shuō)到這里，我記得立柱尺寸是大家共同判斷后的結(jié)果。根據(jù)當(dāng)時(shí)張老師的計(jì)算結(jié)果，若不考慮防火僅作支撐，立柱尺寸只要150mm×150mm就夠了。承包商昆侖綠建結(jié)合材料模數(shù)選定160mm×160mm，這是一個(gè)比較纖細(xì)的尺寸。我們?cè)诙幼隽艘蝗形交叉柱，實(shí)際上在結(jié)構(gòu)支撐方面是有冗余的，主要是想呈現(xiàn)一個(gè)完整的燈籠編織形態(tài)。

考慮到防火的要求，立柱外面要加40mm碳化層，如果發(fā)生火災(zāi)，40mm的厚度是允許被火燒碳化的，之后自然就形成了一個(gè)保護(hù)層，內(nèi)部的鋼結(jié)構(gòu)還可以起到支撐作用，達(dá)到1h的耐火極限。這就意味著，雖然結(jié)構(gòu)計(jì)算尺寸是160mm，可是要在外面加一圈碳化層，柱子就變成240mm，這是我們不可忍受的，因此就產(chǎn)生了其中一部分柱子被鋼結(jié)構(gòu)取代的做法。這部分鋼柱截面尺寸是120mm×120mm，不需任何空腔和龍骨，直接把木材包在鋼結(jié)構(gòu)外表皮上，局部用螺絲固定，整體尺寸也是160mm×160mm，外觀與其他木柱一模一樣。當(dāng)然，內(nèi)部也刷了防火涂料，所以結(jié)合得特別緊密。

3.3 交叉柱間的交叉節(jié)點(diǎn)

祝曉峰：另外，針對(duì)這些柱子的叉接，我們與工程師、結(jié)構(gòu)師、專業(yè)的制造商一起群策群力進(jìn)行了很多輪討論。最初有想過(guò)把柱子分開(kāi)，但受力并不是很好。

張準(zhǔn)：分開(kāi)的話每根桿的計(jì)算長(zhǎng)度要翻倍，從受力穩(wěn)定性來(lái)講，木結(jié)構(gòu)也是受影響的，尤其在一些特殊的地方，受力是不一樣的。后來(lái)又考慮到運(yùn)輸加工的問(wèn)題，就把柱子做短，叉接以后對(duì)各方面都比較好。

祝曉峰：開(kāi)始我希望交叉柱是兩根，就像兩根手指一樣交叉，但是這樣做非常復(fù)雜，因?yàn)椴还庠诹⒚嫔辖徊妫€在平面上也有交叉，不借助電腦工具沒(méi)有辦法實(shí)現(xiàn)這樣的三維交叉。最后我們想到了魯班鎖，將其隱蔽式的榫卯結(jié)構(gòu)運(yùn)用在立體交叉柱插接結(jié)構(gòu)上，并在端部加一個(gè)鋼插片，這里很感謝昆侖木結(jié)構(gòu)的精確加工技術(shù)，讓這一做法得以實(shí)現(xiàn)。從外面看有點(diǎn)像魔術(shù)師的表演，在交叉節(jié)點(diǎn)位置，桿件完全合在一起，看不到里面的鋼插片。屋蓋的交叉梁節(jié)點(diǎn)也是如此，再通過(guò)互承的方式實(shí)現(xiàn)大跨度。

X 形交叉柱 ?《建筑技藝》雜志社（AT）

二層室內(nèi) ?《建筑技藝》雜志社（AT）

日常狀態(tài)下木柱+鋼柱承重 ?山水秀建筑事務(wù)所

火災(zāi)工況下鋼柱承重 ?山水秀建筑事務(wù)所

鳥瞰 ?皮黎明

4 單層網(wǎng)殼木結(jié)構(gòu)屋蓋

祝曉峰：屋頂?shù)亩虠U設(shè)計(jì)是張老師的貢獻(xiàn)，我開(kāi)始還想會(huì)不會(huì)像互承式結(jié)構(gòu)一樣，每一片木結(jié)構(gòu)之間會(huì)產(chǎn)生小錯(cuò)位。但張老師說(shuō)這是有先例的，實(shí)際上就是一個(gè)十字形結(jié)構(gòu)，搭接方便，每一根桿件的長(zhǎng)度都不長(zhǎng)。

張準(zhǔn)：是的，這一結(jié)構(gòu)在西岸人工智能峰會(huì)B館用過(guò)，但是這次的做法有所不同。因?yàn)槲靼稙榕R時(shí)建筑，可以嘗試更特別的做法，比較強(qiáng)調(diào)手工木結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)拼裝，而這次的項(xiàng)目需要考慮審圖等問(wèn)題，更依靠工廠加工，不過(guò)基本的方式是類似的，都采用了十字交錯(cuò)的形式。

祝曉峰：其實(shí)我們也考慮了木材加工過(guò)程和原材料的環(huán)保性，所以采用短桿件搭接的方式比較現(xiàn)實(shí)，更有可持續(xù)性的意義。

屋頂使用單層網(wǎng)殼木結(jié)構(gòu)，以向上微微起拱的膠合木梁通過(guò)單元組合的方式完成。這個(gè)單層網(wǎng)殼內(nèi)部各個(gè)結(jié)構(gòu)單元的交接方式都為互承式，每一個(gè)菱形內(nèi)都有一根水平拉桿，外圈鋼桁架提供抗推力，我記得這也是張老師的建議。

張準(zhǔn)：外圈桁架不但要抵抗屋面推力還需要協(xié)調(diào)立柱變形，受力上比較復(fù)雜，用鋼結(jié)構(gòu)更為合適。

祝曉峰：這樣其實(shí)對(duì)實(shí)現(xiàn)跨度有一定好處，因?yàn)橛辛诉m當(dāng)?shù)钠鸸埃瑫?huì)減少中間木構(gòu)件的高度，原本需要900mm，現(xiàn)在只需要600mm、700mm就可以做到。另外還比較方便結(jié)構(gòu)找坡，屋頂?shù)呐潘步鉀Q了。由于交叉節(jié)點(diǎn)是立體的，從剖面上看它能夠非常好地解決幕墻的水平推力，所以幕墻不需要再做單獨(dú)的結(jié)構(gòu)，只需要將外框直接跟交叉柱的交叉點(diǎn)連在一起，就能把約5.5m高的幕墻分成上下兩半，比較巧妙地解決了幕墻的受力問(wèn)題。

這種做法在垂直構(gòu)件和屋面的結(jié)構(gòu)之間形成了一個(gè)類似直角三角形的空間，我們?cè)诖颂幏胖昧诵嘛L(fēng)設(shè)備?？梢哉f(shuō)，整個(gè)建筑比較巧妙地借用了結(jié)構(gòu)的支撐體系和體系之間的位置，完成了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換并形成了設(shè)備空腔。在這一點(diǎn)上，不管是一層還是二層，結(jié)構(gòu)空間、設(shè)備和建筑空間的整合度是非常高的。

最后補(bǔ)充一點(diǎn)，我們主要希望在設(shè)計(jì)中用結(jié)構(gòu)要素實(shí)現(xiàn)更多的功能。所謂性能化，我的理解是一方面這代表著結(jié)構(gòu)本身的性能，比如謝億民院士說(shuō)的如果將柱子斷面制造成中間粗兩頭細(xì)的形態(tài)，可以使用材減到最少，這是結(jié)構(gòu)本身的性能；另一方面，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以承載對(duì)建筑、設(shè)備、次結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我比較傾向于讓結(jié)構(gòu)發(fā)揮更多的效能，如果結(jié)構(gòu)能夠幫助我們整合更多的資源或解決更多的難題，實(shí)現(xiàn)一舉三得或者一舉四得，這可能是建筑跟結(jié)構(gòu)合作時(shí)特別大的收獲。

屋頂平面圖 ?山水秀建筑事務(wù)所

屋頂施工現(xiàn)場(chǎng) ?皮黎明