在单根杆件的受力需求有了初步解决方 案后，由此而产生的新问题就是如何合理地 确定钢木组合构件在屋架杆件中的分布。最
初设计考虑了两种方案 ：第一种是从力学概 念出发，将屋架杆件分为主序列和次序列， 在主序列杆件设置钢骨，次序列杆件中以纯 木构件为主 ( 图 3) ；第二种是依据计算结果 中的杆件内力分布情况，在受力较大的杆件 中布置钢骨 ( 图 4)。经比较，最终方案以结 构概念清晰，传力途径明确的第一种方案为 主，同时从提高结构刚度和承载力的角度出 发，结合计算结果在局部受力较大的非主序 列杆件中也加入钢骨。
计中的一个创新点。 从单榀屋架扩展到整体屋盖，结构设计
最初认为只需解决单榀屋架平面外的稳定性 和屋盖的整体性即可。为此设置了 3 大支撑 系统 ：屋盖上弦平面支撑、屋盖支座斜平面 支撑、屋盖底部钢框架支撑 ( 图 7)。
然而事实并非我们想象的那么简单，屋 盖不规则的外边界和采光及上人需要在屋盖 内部开设的孔洞衍生出的多种非标准屋架结
052 建筑学报 2014 \ 01
作品 Works
4800 8400 4800 6000 4800 1 根据建筑设计提取的标准形式屋架立面
9600
4800
14400
19800
8400
10500
5600 7200 6000 4800 6000
实心方木
上弦杆 钢木组合构件 ( 双序列 ) 木构件
双矩形扁木
回想江南乡村夯土墙情况和宁波五散房夯土墙的设计经验，我 们比较担心大面积使用夯土墙如何避免大量裂缝和土体剥落等缺陷 的出现。好在王澍老师通过学校的生土实验室已经做了不少研究。 遵照绿色、环保、可再回收的理念，夯土墙原料取自本地，且仅用 碎石、砂和黄土。试样成品达到了精细的装饰效果、土体剥落现象少。 夯筑密实度和强度不仅从感官看足够，实验室还得出了结构强度和 渗水性的量化结果。作为结构工程师，我们对美术学院的建筑学院 实验室的研究结果多少有些不放心，为此，我们又拿美院实验室配 比的夯土试块到浙江大学土工实验室再次测试，证明美院建筑学院
在建筑师最初的设想中，屋架的所有杆 件均用单根实心方木形成，各杆件截面规格 基本统一。结构初步试算后发现，对于部分 受力较大的杆件，单纯的木材不能满足结构 受力的需求。最简单的解决办法当然是加大 截面尺寸，但这势必会破坏屋架立面的规律 性，不被建筑师所接受。于是结构将目光投 向了构件的材料组成上。在与建筑师沟通 后，将原先的单根实心方木分成两根矩形扁 木，再根据其受力需要夹入不同截面的钢骨 形成钢木组合构件，从而有效提高承载力 ( 图 2)。另外，出于构件截面形式的统一，木材 强度已能够胜任受力需求的杆件，也将单个 实心方木改为双矩形扁木。这种做法带来的 额外好处就是：原先单根杆件截面厚度过大， 木材内部不均匀干缩容易形成较多的初始裂 纹，对构件外观以及承载力均会有不利影响， 而此类情况在截面厚度较薄的矩形扁木中就 较少出现。
2 屋盖木屋架设计回顾 对整个屋盖结构体系有了初步的认识
后，设计开始着手初步的试算工作。由于 整个屋盖由拓扑结构基本一致的屋架演变而 成，因此取出其中最具典型的标准形式的屋 架 (图1) 作为切入点是一个比较合理的选择。
由于屋架单双杆交叉布置及铰轴连接的
特殊性，普通结构软件难以有效模拟，设计 采用 SAP2000 进行空间杆系精细化建模和 分析，较为准确地体现了屋架单双杆交叉布 置及铰轴连接的特点。
在屋架单双杆交叉布置的体系中，连接 是实现构件内力有效传递的关键节点，也是 结构体系成立的必要条件。常规木结构采用 齿板连接、高强螺栓加连接板等连接方式， 但此类连接往往有较大面积的钢板外露对结 构外观影响较大。本屋架的单双杆连接中统 一采用了高强螺栓作销轴的连接方式，在木 杆件表面只露出螺帽和垫片，连接主体均藏 在杆件内部。
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作品 Works
位移测点 ( 余同 )
应变测区 (2) D3
应变测区 (1) D2
应变测区 (3) D4
D1 应变测区 (6)
TD1 应变测区 (4)
应变测区 Z1
10 试验屋架测区分布
测试基准面
D5
( 钢管搭设 )
D6 D7
应变测区 (5) TD2
应变测区 Z2
8 非标准屋架与标准屋架
非标准屋架 B 边界条件引起的大悬挑导致设计困难
而统一将所有构件均改为钢木组合件，显然 是一种偷懒而不负责任的做法。因此连接节 点的设计反而成为了整个屋架结构的关键 ( 图 5)。
权衡后，选择了将齿板与销轴连接结合 的方式。杆件双木拼合很容易把齿板藏在两 片木板中，再对穿螺栓形成销轴加齿板的连 接方式，此类连接结合了齿板的力学优点和 销轴的美学特点 ( 图 6)。这是本工程结构设
上弦杆 上弦平面支撑
5 销轴连接节点
高强螺栓 M20(10.9s)
节点域齿板拼合
铰轴连接
带支撑 钢框架 7 屋盖的主要结构构成
斜向垂直支撑
支座斜腹杆 支座竖杆
单杆
齿板 双杆
标准屋架 非标准屋架 B
钢檩条外挑
屋盖外边界
双杆
单杆
45×180 方木
齿钉
45×180 方木
30 100 30
30 100 30
齿板
10mm 厚
螺栓孔
齿钉
13 10 13 齿板
点焊
4 齿钉 贯通齿板
6 销轴—齿板连接节点与齿板详图
上人孔
ห้องสมุดไป่ตู้屋架支座
钢檩条架越
上人孔
非标准层架 A
屋架支座
屋架支座
屋架支座
标准屋架
屋架支座
屋架支座
双槽钢
箱梁
箱梁
原始方案 9 钢框梁截面的调整
结构方案
折中方案
非标准屋架 A 两端均缺少支座，结构受力上不成立
结构工程师综合应用生活中形成的营造观念、经验、知识提供技 术支持是建筑师的希冀。建筑创作的完美实施同样也是结构工程师 的愿望。特殊结构的设计应从深入理解建筑师的创作意图入手，抓 住重点寻求合理结构形式、成熟技术和乡土匠艺的创新应用。通过 加强团队配合和有效的过程控制等手段实现建筑与结构设计的契合。 多年配合的经验积累，我们已有较完备的建设团队并形成较好的默契。 中国美术学院象山校园建设从二期建设之初到 2009 年热成型楼建设， 无论从工程技术成熟度、过程和验收控制、建设各方协调性等各方面 都有了很大提高。新近落成的“水岸山居”工程，大面积使用夯土墙 和异形木屋盖顶篷的结构设计则意味着新挑战的开始。
12 试验段夯土墙质量缺陷
11 施工现场葫芦拉纠偏钢骨
13 夯土墙成品
相对独立双槽钢拼合的做法，无法满足结构 受力的要求。结构提出的双槽钢拼合成闭口 箱型梁，由于其体积感过于庞大而不被接受。 协调采取了相对折中的方案，将箱梁下翼缘 上移形成异形的箱梁，保证结构底部仍然保 有相对纤细的观感 ( 图 9)。
构形式。甚至部分非标准屋架单纯从自身的 边界条件出发在结构受力上是不成立的。无 法对屋架本身结构做过多调整的情况下，设 计通过钢檩条外挑或架越的方式，“借用” 相邻屋架富余的承载力，达到整体屋盖结构 安全的目标 ( 图 8)。
另外由于三角形屋盖支座处产生较大的 推力和扭矩，对其底部的钢框架提出了较高 的受力要求。最初的建筑中要求下部钢梁为
考虑屋架形式的特殊及构造复杂，在正 式实施之前进行一定的试验，无论是对设计 结果的验证还是后期施工的经验积累都是十 分必要的。足尺比例的单榀屋架试制和力学 试验在象山校区现场进行，制作方法为各单 杆工厂加工完成到现场实施高空散装。制作 中发现，现场单独构件组装的方式会导致定 位控制很困难，较难达到设计期望精度。通 过试验，我们对屋架整体及连接节点的受力 形式、破坏模态等有了比较直观的了解 ；同 时对屋架试算过程中设定的各类力学假定也 进行了逐一验证 ( 图 10)。
[ 申屠团兵 ] Shentu Tuanbing [ 陈永兵 ] Chen Yongbing [ 何剡江 ] He Shanjiang
作者单位 中国美术学院风景建筑设计研究院 ( 杭州，310012)
收稿日期 2013/11/26
我们自 2004 年开始完成了王澍老师作品的大部分结构设计。他 的每个营造式创新设计虽规模不大，但对结构设计的挑战不亚于现 代大型的建筑设计。如“太湖房”的不规则小结构，既要清水混凝 土效果，又对构件尺寸限制，必须综合应用现代先进结构技术和材 料方可实现。营造式的建设同样不轻松。设计对规范限制的灵活应 用在建设审批时通过也不容易 ；现代工人们生疏了的工艺实施也需 先做试样并监管和处理 ；施工产品检验和验收标准还得协商细化 ； 总之相比常规工程设计需投入几倍精力。
钢木组合 ( 夹钢板 )
2 杆件截面的演化
钢木组合
钢木组合
( 夹 T 型钢 ) ( 夹扁钢加圆钢 )
3 按双序列布置钢骨的方案
上弦杆 木构件
钢木组合构件
4 按杆件内力布置钢骨的方案
实验室的研究结果是可靠的。为满足营造现 代大空间和抗震安全的需求，生土夯土墙必 须适用于框架填充墙。我们一开始就觉得这 不是一个简单问题，尽可能把问题考虑在前， 如考虑混凝土基础和楼面结构的承托和侧 限，什么尺寸的分缝处理可满足与主体结构 可靠连接和变形协调 ；同时需考虑预留夯筑 施工作业空间、合理施工顺序以满足对墙体 成品的保护。这些考虑必须与建筑师反复讨 论，多年和王澍老师配合下来，我们知道他 特别强调结构与构造作为建筑效果的一部分 被真实表达，所以在他的作品里，几乎所有 的结构问题同时也是建筑设计问题。在生土 夯土墙与钢筋混凝土框架的结合问题上，结 构与建筑之间就交流多次，最后形成了现在 实施的 T 形断面的钢筋混凝土柱与生土夯土 墙半咬合的做法，它的精确尺寸经过了王澍 老师的亲自认定。
本土营造观下结构与建筑设计的协作
—“水岸山居”结构设计的回顾与反思