隨著我國森林資源蓄積量的提升,以及對建築節能減排的日益重視,木結構在最近的20年裏正在逐漸地回歸中國建築市場,並被越來越多的人接受和認可。木結構建築獨特的建築風格,充分體現了高度預制化裝配化的工業化特點,以及綠色環保的建築優勢,同時大量結合現代建築科技和手段,為用戶提供了舒適、美觀、低碳、節能的建築體驗。但是木結構在大型場館類建築及其配套設施中的應用卻幾乎是壹個空白。
2008年北京奧運會給全世界帶來了壹場難忘的綠色奧運、人文奧運。相隔14載,北京將再次承辦2022冬季奧運會,更是要處處繼承和發揚綠色奧運和人為奧運的精神。中國是擁有千年文明的大國,散發著濃厚的歷史文化氣氛,在這壹點上,木材作為壹種天然建材,古老而又現代,木結構建築在風格特性上與城市特點遙相呼應,彰顯人文特點,煥發歷史神韻又不失現代氣氛。因此,木結構的場館不僅是可供使用的功能實體,更能成為壹座人文景觀,成為壹個城市的標誌性建築。
以美國塔科馬穹頂體育館為例(圖1,1980年,塔科馬市準備修建壹座大型多用途體育館。通過全國範圍的招標和篩選,3個候選方案入圍最後壹輪的角逐。最終,木結構方案因其在外觀、環保、性能等方面的領先優勢而被采納。塔科馬穹頂體育館為當地創造了幾百個就業機會。由於它材質新穎,外形獨特,成為該市的壹個旅遊景觀,有效地刺激了當地經濟的快速發展。落成的塔科馬穹頂體育館大廳面積13,900平方米,直徑達160米,最多可容納26,000名觀眾,穹頂距地面高45.7米。體育館內可舉辦足球、網球、籃球等不同規模的體育賽事。這裏還是NBA聯賽的壹個固定賽場。
再例如,1998年第18屆日本冬季奧運會建造的著名的木結構“長野奧林匹克紀念競技場” (圖2),這座經典的建築因外觀新穎奇特,被稱為“M之波”。使得“M之波”有如此強烈的開放與自由感覺的主要因素就是它的木結構屋頂。216米x 80米的室內空間效果非常震撼。可移動的天棚和周圍的墻壁可以擴大空間。在外部,體育館具有有力並堅定的造型,以及明確的材料選擇。
2010年溫哥華冬季奧運會的速滑館Richmond Oval(圖3)也是采用的木結構。該館建築面積33000 m2,包括壹個20000 m2的大廳(400米賽道),可容納8000名觀眾,跨度達到100米。速滑館由2400m3的SPF規格材(用於波浪木屋面板)、19000張1.2m×2.4m花旗松膠合板(主要用於屋面)和2400m3花旗松膠合梁(用於屋面拱),結合70m3黃柏膠合木柱(用於室外支撐柱)構成。速滑館底部兩層的地面是現澆混凝土,屋蓋由100m跨度的鋼-膠合木復合拱支撐在巨大的斜向混凝土支墩上,鋼木復合拱的截面為空心V形,空心結構為管線的鋪設提供了空間,拱身上可以看到有空調系統的出(進)風口。這個建築優雅美觀又不失實用性。
2012年倫敦奧運會的自行車賽館(圖4)采用了木結構的屋頂和外圍護表皮。自行車館是壹個永久性結構和標誌性事物,是奧林匹克公園及其所在的低山谷地區永恒的遺產。自行車館是奧林匹克公園四個永久性場館之壹,6000個座位既會在奧運會期間使用,在奧運會結束之後也將被保留。兩個最主要軸線上不同的高度需求意味著建築雙曲面屋頂將是最理想的建築形態,同時使用大網眼窗紗屋頂結構極大地降低了承重和能量消耗。上層碗的形狀同樣是最適合的,保證了自然通風。高度保溫隔熱的木結構屋頂和場外預制的實木護墻板減少了高空作業量和建造時間並提供好性能的建築環境。
木結構場館除了美觀、堅固、舒適的特點以外還有很多其它優勢:
1、自重輕:同樣規模與造型,木結構的重量是鋼筋混凝土結構的1/4~1/6;
2、跨度大:現代木結構由優質原木板膠合加工而成,可以突破傳統型結構的跨度限制。100米以上的大跨度項目在世界範圍已成功建成,投入使用30余年,仍完好如初。
3、抗震安全:自重輕,在有地震發生時,木結構遭受地震破壞的機率非常低。在歐洲,木結構被公認為比鋼結構、水泥結構都安全。
4、防火:大型木結構在表面溫度達到1200度時,木材的性能無變化。如:健身房的木結構在燃燒60分鐘時仍不會坍塌。同樣條件下,鋼結構卻會變型。
5、防腐、防潮:每壹根木構件都經防腐、防潮處理,即使是在水汽、濕氣很重的遊泳館,也能適用。其中值得指出的是,經過特殊處理的木材,在遊泳館和溜冰場等場館中可發揮其它材料不可比擬的優勢。在遊泳館中水氣蒸發很嚴重,特別是池水中的氯離子會嚴重腐蝕館內的金屬材料,如果遊泳館采用鋼結構,後期使用過程中的維護保養成本是非常高的。相反,木結構材料經過處理後,可以很好地抵禦水蒸汽的侵蝕,保護場館的結構不受損失。
6、隔熱保溫:木材是性能優良的保溫材料,因此它應用在建築中可以有效減少熱損失從而使氣溫調節成本降至最低。通過在頂層增加隔熱、保溫材料,木結構屋頂能起到很好地隔熱、保溫作用。
7、隔音效果:木質材質的天然隔音效果使體育館擁有相當於音樂廳壹級的音響效果。
8、設計靈活、因地制宜:每個項目都綜合考慮客戶的具體需求及所在地的地質、氣候條件,充分滿足抗震、防火、風載、雪載等標準要求。
9、使用壽命長達100年以上,可永久使用。
10、綠色節能:木材是可再生資源,其生產與使用有利於環境保護。木材生產所消耗的能量遠低於其它建築材料,如鋼或混凝土。生產壹噸木材所消耗的電量為453千瓦,而生產壹噸鋼材則需要耗費3780千瓦電量。而且,每生產壹立方米鋼就會有5320公斤的二氧化碳排放到大氣中,每生產壹立方米混凝土會產生120公斤二氧化碳。與之相比,木材的生產過程則是消耗二氧化碳產生氧氣的過程。此效應在建造大型建築或規模配套設施時,體現得尤為明顯。因此,無論是設施建造之前的材料生產過程,還是設施使用中的環保效應,更或者是預見到建築停止使用後的回收處理問題,木材都是綠色環保的有力保障。
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