西塘古鎮(zhèn)市集上的美術(shù)館（西塘東區(qū)八九間項目二期一號樓）是山水秀建筑事務(wù)所折板系列項目的延伸，展現(xiàn)了建筑師對空間和結(jié)構(gòu)選型的建構(gòu)表達(dá)。本次對談特邀項目主創(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。

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)計起點

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)八九間項目二期一號樓外，附近的片區(qū)也由我們設(shè)計，這棟樓是最先完工的。我們計劃將這個片區(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)八九間項目二期一號樓其實采用了一些特殊的建造方法，這樣做主要是出于對場地的考慮，建筑位于片區(qū)的西南角，也是整個場地離西塘古鎮(zhèn)景區(qū)最近的一個點，而且靠近河岸。在我們與業(yè)主商量之后，覺得這里應(yīng)該成為一個被關(guān)注的點，它跟河岸的關(guān)系必須非常開放，能夠吸引很多人參與進(jìn)來，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，如藝術(shù)展覽、宴會、講座、論壇等。雖然市集充滿文化、文藝氣息，但是相對來說不可控，變數(shù)很大，各種各樣的活動都會在這里發(fā)生。所以我們設(shè)計了一個2層的建筑，一層是比較現(xiàn)代的集市，二層是一個能容納多種功能的、可變的展覽空間，它們組合成了一個復(fù)合型的建筑，我們給它取名為市集上的美術(shù)館，這跟最初的項目定位有關(guān)。

后來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)：這樣做主要是因為防火的問題，全木結(jié)構(gòu)不符合防火規(guī)范。另外，因為一層要采用大跨的方式，全采用木結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一些結(jié)構(gòu)性的困難。

祝曉峰：一層要實現(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：就建筑本身來說，一層市集將是一個大的開放空間。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。這個序列既可以與貨架形成標(biāo)準(zhǔn)化模數(shù)，又可以營造彈性空間，從而容納不同類型的活動。

張準(zhǔn)：因為與祝老師合作了很多項目，也做過類似折板的結(jié)構(gòu)，因此這個項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計相當(dāng)于前面幾個項目的結(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，在視覺上盡可能營造纖細(xì)的效果，并通過鉸接連至地面。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，這就形成了一層的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

祝曉峰：其實一層的波折桁架結(jié)構(gòu)是我們折板系列中的一個，這個建筑大概是這一系列的第七個了，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，我們有了一個新的想法：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)時設(shè)想把折板體系發(fā)展下去，在高度上疊加起來，成為一種新的多層建筑系統(tǒng)。這個系統(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)然這個設(shè)想不是通過裝修實現(xiàn)的，而是直接在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中生成了一個固定空間，讓多層甚至高層建筑里的人也體驗到在坡屋頂下的空間感受?，F(xiàn)在花鳥市場還沒建造，波折桁架結(jié)構(gòu)就直接運用在了本項目里。我們采用波折桁架也是因為它擁有縱向的大跨，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，我們并不排斥山墻，大部分柱子在室內(nèi)是獨立的，抗側(cè)正好需要在四個角部區(qū)域做一些交叉和抗剪力墻體。山墻主要位于東西向，因為設(shè)計需要通過倒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。

但是因為結(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，現(xiàn)場會看到用繩子把它裹起來的狀態(tài)。

現(xiàn)在回顧當(dāng)時的設(shè)計，我覺得這不是一個特別好的解決辦法，但是在初始的設(shè)計條件下，這是不可避免的。從空間的純凈程度來說，因為南北方向面對十里港河，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，二層是一個容納各種活動的、600m2的無柱大空間，所以一個約20m×30m的雙向大跨空間成為內(nèi)在的需求。另外，建筑需要成為一個標(biāo)志物，同時考慮到西塘的規(guī)劃限高非常嚴(yán)格，檐口高度不得超過16.5m，所以不能用高度凸顯它的標(biāo)志性，只能通過材質(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營造先天的標(biāo)志性。

另外，業(yè)主還希望二層的活動能夠被外界或清晰或朦朧地看到，即使沒有進(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。另外，既然是木結(jié)構(gòu)，就要跟傳統(tǒng)的中國木結(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)桿件來實現(xiàn)大跨度，所以我們想把這個傳統(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，實際完成的立柱雖然看起來是全木的，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，立柱的尺寸會比現(xiàn)在大50mm，將影響到整體的視覺效果。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，燒毀后會遺留下來少量幾根鋼柱，其承載能力能夠繼續(xù)支撐屋頂達(dá)到規(guī)范的防火時限，相當(dāng)于在火災(zāi)工況下有一個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換。

木柱的布置一開始是不共節(jié)點的，所有立柱一根根錯開。后來調(diào)整成立柱共節(jié)點，我們在共節(jié)點的位置加了水平鋼系桿，把所有節(jié)點串起來。這樣一來，提高了立柱的穩(wěn)定性，加工時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)時張老師的計算結(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，這是一個比較纖細(xì)的尺寸。我們在二層做了一圈X形交叉柱，實際上在結(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

祝曉峰：另外，針對這些柱子的叉接，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。最初有想過把柱子分開，但受力并不是很好。

張準(zhǔn)：分開的話每根桿的計算長度要翻倍，從受力穩(wěn)定性來講，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。后來又考慮到運輸加工的問題，就把柱子做短，叉接以后對各方面都比較好。

祝曉峰：開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，因為不光在立面上交叉，還在平面上也有交叉，不借助電腦工具沒有辦法實現(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)運用在立體交叉柱插接結(jié)構(gòu)上，并在端部加一個鋼插片，這里很感謝昆侖木結(jié)構(gòu)的精確加工技術(shù)，讓這一做法得以實現(xiàn)。從外面看有點像魔術(shù)師的表演，在交叉節(jié)點位置，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)點也是如此，再通過互承的方式實現(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)計是張老師的貢獻(xiàn)，我開始還想會不會像互承式結(jié)構(gòu)一樣，每一片木結(jié)構(gòu)之間會產(chǎn)生小錯位。但張老師說這是有先例的，實際上就是一個十字形結(jié)構(gòu)，搭接方便，每一根桿件的長度都不長。

張準(zhǔn)：是的，這一結(jié)構(gòu)在西岸人工智能峰會B館用過，但是這次的做法有所不同。因為西岸為臨時建筑，可以嘗試更特別的做法，比較強調(diào)手工木結(jié)構(gòu)現(xiàn)場拼裝，而這次的項目需要考慮審圖等問題，更依靠工廠加工，不過基本的方式是類似的，都采用了十字交錯的形式。

祝曉峰：其實我們也考慮了木材加工過程和原材料的環(huán)保性，所以采用短桿件搭接的方式比較現(xiàn)實，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單元組合的方式完成。這個單層網(wǎng)殼內(nèi)部各個結(jié)構(gòu)單元的交接方式都為互承式，每一個菱形內(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：這樣其實對實現(xiàn)跨度有一定好處，因為有了適當(dāng)?shù)钠鸸?，會減少中間木構(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的結(jié)構(gòu)，只需要將外框直接跟交叉柱的交叉點連在一起，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)之間形成了一個類似直角三角形的空間，我們在此處放置了新風(fēng)設(shè)備。可以說，整個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。

最后補充一點，我們主要希望在設(shè)計中用結(jié)構(gòu)要素實現(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)件可以承載對建筑、設(shè)備、次結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)。在設(shè)計過程中，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 ?皮黎明