寒地木结构景观建筑的设计初探

孙天泽 张成龙

（1.吉林建筑大学建筑与规划学院， 吉林 长春 130118）

0 引言

目前，我国建筑业主要采取的结构方式是钢筋混凝土结构，然而这种结构体系不利于节约能源，而且材料损耗大，因此难以适用于当今人居环境的可持续发展。而且由于寒冷地区冬季漫长，不利于钢筋混凝土建筑的施工。木结构建筑具有绿色节能的特点，同时具有工厂化预制、现场装配、施工周期短、安全系数高等优势，因此符合我国绿色生态发展的国策。

景观建筑具有服务和观赏性功能，是自然与城市环境中的重要景观要素，能够为人们提供室内外活动场所。在发达国家木结构景观建筑得到广泛应用和推广。尤其是日本、加拿大等国家，木结构建筑材料及建造技术相对成熟，对我国寒地建筑业的现代化发展提供了宝贵的经验。因此，笔者试图总结木结构景观建筑的优势，并分析国外寒地木结构景观建筑的实际经验，对我国寒地发展木结构景观建筑进行可行性探索。

1 寒地木结构景观建筑的优势特征

1.1 寒地建筑气候适应型特征

按照《民用建筑设计通则》的建筑气候区划，寒地分为严寒地区和寒冷地区。其中我国东北的绝大部分区域处于严寒地区。寒地建筑在气候适应性方面存在以下三个问题：

1）低温条件对建筑保温的影响。寒冷地区冬季气温低，以哈尔滨为例，最冷的1月份平均气温可降至-15℃到-30℃，最低气温曾降至-52.3℃。寒地建筑为抵御低温气候的不利影响，将外墙结构的内部或外部添加保温层。目前，寒冷地区多采用外保温技术。外保温技术的节能效果在很大程度上受到材料的影响，因此，需要在材料选择、建筑构造设计以及建筑外观设计等方面给予重视。

2）持续低温对施工周期的影响。寒冷地区冬季低温持续时间长，以长春为例，一年有几个月的平均气温低于-10℃以下，给建筑施工带来很多困难，同时还增加施工周期。尤其是钢筋混凝土施工过程中，会遇到更多问题，如混凝土在低温条件下容易冻结；钢筋焊接条件相比其他季节更加困难等。还需注意冬季特殊气候引起的其他各项安全隐患。

3）温度变化对建筑结构的影响。寒地气候一年内变化幅度较大，外界环境温度变化对于钢筋混凝土的影响较大，会引起材料的热胀冷缩，从而增加钢筋混凝土结构的安全隐患，同时施工过程中产生的裂缝，也会影响工程建设进度，并增加施工难度和周期。

1.2 木结构景观建筑在寒地的比较优势

木结构是中国历代传统的建筑体系，但由于材料单一，大量使用未加工的原木，对森林资源造成严重破坏。而且未加工的原材料在耐火、防腐等方面性能都较差，难以适应现代城市环境可持续发展的形势要求。当今，木结构建筑制作工艺越来越现代化，材料更加多样化。因此，寒地木结构景观建筑在寒地发展有以下几方面优势：

1）木结构景观建筑的气候适应性优势。木材是一种绿色的节能材料，由于具有大量微孔结构，其导热系数低、热阻值高，具有天然的隔热、保温性能。木结构建筑屋顶、墙体等热阻值都远高于混凝土建筑。在相同节能标准条件下，木结构景观建筑可以减少许多保温材料，从而减少墙体厚度，增加更多的可利用空间。同时木材又是一种可以回收利用、自然降解的材料。

2）木结构景观建筑的装配化优势。木结构景观建筑的形式多样，可以采用装配式技术搭建完成，其承重构件、木组件等在工厂预制完成后，运输至施工地点，进行现场组装，规模较大的木结构景观建筑可采用吊装拼接完成。装配化建造可以缩短施工周期、并降低对环境的污染，从而减少冬季施工带来的各种问题。

3）木结构景观建筑的结构“韧性”优势。木结构建筑构件之间采用“柔性”连接，使建筑结构在承受较大荷载的同时，允许通过形变来吸收地震产生的能量，“对于瞬间冲击载荷和周期性疲劳破坏，有较强的抵抗能力”[1]，因此具有良好的抗震性能。而且木材对热胀冷缩系数变化或应力有一定适应性，可以减少寒地由于温度变化对建筑产生的影响。

4）木结构景观建筑与环境融合的优势。木材源于自然，能表现建筑与自然的和谐关系。而其他材料形式的建筑在这方面有许多不足，“现代建筑简洁理性的结构形式与钢筋、混凝土、玻璃材质的人造意味很难让人们将其与自然环境联系到一起”[2]。木材的自然肌理特征，能表现出优雅的品质，并给人们带来温暖感和亲切感 。这种特征使景观建筑能够与自然密切融合，尤其是在寒冷的环境当中。

2 国外寒地木结构景观建筑的启迪

木结构景观建筑在国外寒冷地区应用广泛，尤其是在加拿大、日本等国家。加拿大大部分城市的气候特征与我国寒冷地区相似。加拿大木业在加拿大处于材料市场主导地位，木材被广泛应用于建造公共建筑、住宅小区、商业建筑等。木结构建筑的制造工艺、安装技术、材料应用都已经非常成熟。因此，加拿大木结构景观建筑对我国寒冷地区发展景观建筑具有借鉴意义。针对长时间低温条件对建筑的影响，加拿大主要有以下几个方面经验：

1）注重发展节能技术。加拿大木结构节能技术非常先进，如节能木墙技术、木框架双层隔热门窗等。节能木墙体系在墙体龙骨空间内填充保温材料,因此保温、隔热等效果好且成本低。同时，预制节能木墙作为非承重内外围护构件，广泛应用到混凝土及钢结构高层建筑中，从而提升其保温及节能效果。研究显示：节能木墙隔热率达到90%，而热桥损失仅为10%。节能木墙能够适应所有气候条件，而且生产市场供给完善，构件及配件的标准化、专业化、商业化程度非常高。高效能门窗除了能保证采光要求，还大大增加保温隔热等性能。

2）注重装配式建造技术。加拿大拥有丰富的木结构装配化技术。木结构建筑的墙体、屋顶、楼板等构件都采用工厂预制后装配施工。木材易于锯切和钻孔，通过金属紧固件或榫卯结构进行固定。同时木材自重轻，因此运输成本低，易于维护、改造。

3）注重对木材性能的研发。加拿大为提高木结构建筑的各项指标，其研究人员不断进行抗震、防火、防潮等方面的试验。如2012年加拿大对正交胶合木（Cross Laminated Timber,CLT）内墙、楼板等构件分别进行了抗火试验研究。通过试验发现，经过特别设计的CLT墙体和楼板能达到3小时以上的阻燃效果，远高于加拿大本国防火安全法规中对结构用材耐火极限的规定。

3 寒地木结构景观建筑设计原则

1）采用标准化构件。我国寒地发展木结构景观建筑，应结合当地的气候特点，借鉴加拿大寒冷地区的发展经验，尽量采用标准化构件，如节能木墙、高效能门窗等。使景观建筑设计达到低能耗标准，提高室内保温性能，并且便于工厂预制、缩短工期、减少材料消耗、提高建造精度等。

2）明确木建筑结构体系。由于木结构景观建筑墙体主要是非承重结构，不受结构受力特征限制，因此木隔墙布局灵活，可以满足对空间的不同需求。并且在抗震方面，体现了“韧性”特征，类似我传统木结构建筑中“墙倒屋不塌”的特点。在寒地木结构景观建筑设计中，应注重承重结构体系和非承重结构体系的关系，以及区分承重结构和围栏结构。

3）空间功能单元化。建筑历史上有很多模块单元类型建筑，如日本的舱体大楼、加拿大的空间综合体住宅Habitat67等，由于很多原因，这样类型的建筑难以推广。而木结构建筑自重轻，运行成本低、材料绿色环保，因此相比其他混凝土建筑，这种模块化更容易实现。通过预制成单元后，现场组装，为单元式空间装配化施工提供了有利条件。由于这些单元在工厂预制，其保温、抗震、耐火等性能比现场施工更加精准，整体建筑安全性更高。

4）突出木结构建筑的形态特色。由于木材本身易于切割、挂钉，以及便于和金属构件结合。因此，木结构景观建筑外立面可以根据不同的地域文化、不同建筑风格，通过与多种其他材料相结合，使木结构建筑外形更加丰富多彩。笔者通过尝试，以不同材料和木结构建筑外立面进行结合。如图所示，建筑外立面采用了木质挂板，使整个建筑有一种森林感，而且刷漆后可以增加木材的自然纹理；采用聚乙烯基塑料挂板，整个建筑会体现出一种现代简约的风格；采用水泥纤维板，可以使建筑体现出田园质朴的美观；使用石料砌面或砖贴面与木结构建筑外立面进行结合，使建筑体现出一种古典优雅的气息;结合合成灰泥或硅酸盐水泥灰泥的木结构建筑，可以体现建筑坚实厚重，并且外墙可以任意更改颜色。

4 结语

在建筑行业与建筑技术飞速发展的今天，特别是寒地建筑预实现节能环保、安全可靠、高效快捷等方面的目标，木结构建筑是重要的发展方向，而景观建筑是木结构的重要类型。通过寒地景观建筑中率先采用木结构体系，取得相关实践经验后，进一步推动木结构在其他类型建筑的发展，并最终推动我国木结构建筑产业发展。