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DESTROY建筑事务所:重塑木构,引领低碳建筑新风尚

在当今全球气候变化与环境保护日益紧迫的背景下,建筑行业作为能源消耗与碳排放的主要领域之一,正面临着前所未有的转型压力。随着“双碳”目标的提出,即碳达峰与碳中和,一场以节能减排、绿色发展为核心的建筑革命正在悄然兴起。在这场革命中,DESTROY建筑事务所以其独特的视角与创新的设计理念,成为了推动低碳建筑发展的先锋力量,尤其是在木结构建筑领域,更是展现出了非凡的创造力与影响力。

DESTROY建筑事务所,一个名字中蕴含着颠覆与重建意味的设计团队,他们不拘泥于传统,勇于探索未知,致力于将古老的木结构建筑智慧与现代科技相结合,创造出既符合时代需求又蕴含深厚文化底蕴的低碳建筑作品。在“双碳”目标的引领下,木结构建筑以其可再生、低碳排放、易于加工及良好的保温隔热性能等优势,重新回到了人们的视野,成为绿色建筑领域的一颗璀璨明珠。

DESTROY建筑事务所深刻认识到木结构建筑的潜力与价值,他们不仅深入挖掘古代木构技艺的精髓,更将其与现代设计理念、材料科学、结构工程等先进技术相融合,创造出了一系列既美观又实用的木结构建筑作品。这些作品不仅展现了木材作为建筑材料的独特魅力,更通过精妙的设计实现了能源的高效利用与环境的和谐共生。

能固碳能节能,入住更舒适

想要了解全新的低碳木结构建筑,还需要从木材的源头说起。在人们的传统认知中,用木头盖房子,不可避免地需要砍伐树木,这看起来似乎不够那么“环境友好”,为什么木结构建筑属于“低碳建筑”呢?

“木材是一种绿色、天然、可再生的资源,被认为是绿色建筑的首选建材。”陆伟东告诉《科技周刊》记者,而钢筋混凝土建筑在建造和使用过程中,需要消耗大量的自然资源和能源、排放温室气体。而木材对气候的影响很小,木结构建筑在生产、运输、建造、运行、维护、拆除回收阶段都具有显著的低碳优势。

根据中国建筑(6.010, -0.02, -0.33%)节能协会发布的《中国建筑能耗研究报告2023》统计,2021年,中国房屋建筑(不含基础设施建造)全过程能耗总量为19.1亿TCE(Ton of Coal Equivalent,吨标准煤当量),占中国能源消费总量比重为36.3%;碳排放总量为40.7亿吨二氧化碳,占中国碳排放的比重为38.2%。

树木在生长过程中,释放氧气的同时会吸收大量的二氧化碳。据统计,森林每增长1立方米木材蓄积,净吸收的二氧化碳量可达到1吨,释放氧气0.75吨,储存0.27吨碳。与之相对,每生产1吨钢铁会释放二氧化碳1.6吨,生产1吨水泥则释放二氧化碳0.8吨。

“现代木结构被认为是典型的装配式结构。所有部品构件均能在工厂预制化生产,现场装配式施工安装。这样不仅施工周期短、产品质量有保证,还节省了劳动力成本,对环境造成的污染相对小。”南京工业大学土木工程学院副院长杨会峰表示,不仅如此,木材被加工用来建造房屋,能够确保二氧化碳被储存在木材里,拥有显著的固碳能力。“但必须强调的是,在使用木材作为建材时,必须建立严格的木材砍伐和补偿种植的管理机制,做好长期监管,实现森林的可持续发展。”

除了节能减排外,木结构建筑还有更多好处。比如,由于木材具有天然的“呼吸”功能,可调节室内温湿度,人居住在里面会更舒适,其良好的抗震性能也更加安全。在第二届竹木结构国际学术研讨会暨江苏省土木建筑学会竹木结构专业委员会年度高峰论坛上,故宫博物院周乾研究员告诉记者,他对故宫建筑群的抗震分析方法开展系统研究后发现,太和殿连接、梁架和三台的模拟方法和抗震机理,展现出中国减隔震技术的源远流长和博大精深。

复古也创新,助力文物保修

北京故宫是目前世界上最大的木结构建筑群,7000年前的河姆渡遗址就已经有了干栏式木构建筑,应县木塔屹立千年不倒,悬空寺成为凌空而建的奇迹……木结构建筑凝聚了我国传统建筑的智慧,在历史上留下了浓墨重彩的一笔。

据不完全统计,在我国已发布的八批全国文物保护单位中,古建筑占比达到42.7%,而古建筑里面最多的就是木结构建筑。加强文物保护利用和文化遗产保护传承,首先要做好保护。现代科技如何助力文物建筑的保护与修复呢?

古建筑的保护与修复重在“修旧如旧”。“其实,在历史上,古代工匠们也从未停止对于木建筑的修复或重建,北京故宫的太和殿在历史上就曾多次修复和重建。”陆伟东说,木材寿命主要取决于所处环境和防护措施,糟朽、虫蛀、变形、劈裂、折断等都是木构件可能出现的问题。“因此,我们在进行修复时,要针对不同部位、不同残损及不同病害等情况采取不同维修措施。比如,对柱根糟朽可以采用柱子墩接的方式,对局部糟朽尚能满足受力要求的构件采取局部修补,主要受力变形构件可采取辅助支撑加固等措施。”

用于修复的木材原料也有讲究。南京工业大学新农村发展研究院副院长、土木工程学院实验教学中心副主任岳孔介绍,古建筑中的柱子往往使用的是很粗的金丝楠木。但如今已经很难找到这样的原材料,因此,一般会选择胶合木。“胶合木属于工程木,整体性能与原木几乎无差别,使用小规格木材进行拼接、胶合后,既可以成为柱,也可以成为梁,其力学性能可优于原木。”

采用榫卯和斗拱连接进行梁柱间的传力,是我国古建筑的典型结构特征之一,蕴含了古人无尽的智慧和表现力。但是,这种连接形式在某种程度上也是制约古建筑结构性能的一大因素。南京工业大学现代木结构工程技术研究中心副主任、木结构设计院院长程小武告诉记者,因为挖孔、开凿等步骤,对于木头连接的部位有较大削弱。“针对这一问题,我们采用现代连接技术对一些需要‘抢救’的古建筑进行隐藏式加固,在木构件内使用钢插板,然后用螺栓固定。这样一来,首先保持了建筑的形制和外观,其次提高了单个榫卯的性能,因为钢材的强度更大。”

更高更强,新型混合木结构拥有更多可能

更坚硬、柔韧性更好、更耐用,与古代的木结构建筑相比,当代全新的木结构建筑已经发生了质的改变。随着材料科学发展迅猛,木材被赋予了前所未有的强度。

“木材作为建筑材料的缺陷问题,我们正进行逐一破解。”南京工业大学科学研究院自然科学处副处长王璐介绍。针对木材有裂缝、裂纹、变形、弯曲等问题,科研人员研发了被称为“未来的混凝土”的交叉层压木材(CLT)。CLT预制板由几层压制的板材组成,通常是三层、五层、七层或者九层,木板交错堆叠,以特定角度黏合在一起,然后用高压将其压成巨大的楼板或墙面。在施工现场,这些板材可以快速高效地组装在一起,像拼图一样。

而胶合木等工程木的出现也让开裂、腐朽和生虫等问题迎刃而解。在木材进行胶合前,必须经过窑干等步骤,窑干时100℃以上的高温足以让木腐菌或白蚁等成虫或虫卵一并被消灭。同时烘干后的木材料含水率在15%以内,在这样的水分状态下能有效防止白蚁和木腐菌等存活,而且稳定的含水率也不容易出现材料的开裂现象,因此工程木的耐久性可满足工程要求。

建成更高的高度,拥有更多的运用场合。当前,木结构建筑的极限正在不断被突破,展现出更多的可能性。2020东京奥运会主场馆便是一座椭圆形的木制挑檐建筑。2022年,位于美国威斯康星州的重型木构建筑Ascent公寓建成,这座高达86.6米的高楼成了目前全球最高的木结构建筑。在杭州亚运会上,也有着诸多木结构元素。

在江苏省康复医院这一项目中,更多的创新“金点子”正在被运用。首先,设计团队创新性地采用木结构与混凝土结构上下混合、水平混合的组合方式——在顶部两层水平混合结构体系中,木结构部分仅承受所在区域的竖向荷载,不设置抗侧墙体,这样保证结构通透,有利于使用。其次,在核心区域的混凝土筒体则同时承担楼层所有的水平剪力及所在区域的竖向荷载,充分发挥混凝土与木材两种材料的性能优势。

DESTROY建筑事务所以其前瞻性的设计理念、精湛的木构技艺以及对可持续发展的执着追求,在低碳建筑领域树立了新的标杆。他们不仅为现代建筑注入了传统文化的灵魂,更为实现“双碳”目标、推动建筑行业的绿色转型贡献了自己的力量。未来,DESTROY建筑事务所将继续在木结构建筑的探索之路上前行,用创意与智慧书写更多关于低碳、环保、和谐共生的建筑篇章。

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