[分享]Erretegia餐厅，极小截面木材和钢材的组合

时间: 2020-07-30 18:29 阅读: 次大中小

建物概要

建筑名称 Erretegia餐厅

建设地点广岛县尾道市

建筑设计中村拓志 & NAP建筑设计事务所

结构设计山田宪明构造设计事务所

建筑规模平面面积368.21ｍ2　

材料构成钢结构＋木结构（一层）

建筑用途餐厅

竣工时间 2015年

图 1　外观（摄影：藤井浩司／Nacasa& Partners）

“MainDining Erretegia” 建造在能眺望到整个濑户内海的美丽岛屿的高地上，是尾道市度假酒店Bella-Vista内的餐厅（图1）。建筑物是3.6m（东西向）×32.4m（南北向）的单层建筑，沿着濑户内海狭长的岸边延伸。

图2　平面图

屋顶倾斜角度约为29°，采用木结构双层倾斜屋顶，形成了有采光天窗的“越屋根”形式，屋顶采用木结构（图3）。通过与建筑师的交流，为了尽可能地在室内无遮挡的眺望美景，决定将建筑四周的所有外墙都做成玻璃，而支撑屋顶的下部结构不可以阻碍眺望远方的视线。

另外，由于结构跨度约为3.6米，因此决定将屋顶的主要构件采用小截面木材作为主要的设计方向。

图3　剖面图

下部构造的设计

在下部结构设计中，首先确认了有哪些建筑要素可能成为结构构件（墙、窗间柱、窗框等）。由于餐厅的一侧与另一栋房子相连通，所以连接处的框架结构应可以承载餐厅这一侧所有水平方向的荷载。如此一来，不仅连接通道本身可以独立出来，同时也使餐厅部分的设计有了更多自由发挥的空间。

框架结构在一定程度上可以采用较为纤细的杆件来组成空间结构，但是如果在建筑内放入很多和建筑本身走向不符的杆件，即使纤细也仍然会非常显眼，因此所有杆件只能在竖直、水平以及屋顶倾角方向构成框架。在框架结构的设计过程中，研究并讨论了门型、山型、格子型、独立柱等不同造型的结构体系的选用。

结构系统的的控制荷载，短轴方向是风，长轴方向是地震。短轴方向的风荷载利用柱头部的弯矩将梁间方向的力传递至基础，受屋顶构造的影响，为保证屋内整体视觉效果，柱脚采用刚接。

脚部刚接的框架柱，如果使用一根杆件，会显得比较粗壮，因此这里采用了空腹桁架（Vierendeel）形式的柱子。中心距140㎜的两根边长为44mm的方钢管，连接部分使用矩形截面为38mm×44mm~38mm×65mm不等的钢材，分段部分焊接连接（图4）。

图4 空腹桁架形式柱 Vierendeel column

桁架柱的轴线间距2.7m，在短轴方向的抗风设计中能够确保安全。但立柱在长轴方向并不是空间的立体结构，此方向立柱宽度仅为44mm，无法抵抗地震荷载，很容易弯曲遭到破坏。因此设计了在长轴方向与立柱上部相连的横梁，有效提高了长轴方向水平荷载的抵抗能力。

长轴横梁设计为空腹桁架梁，不仅可以降低柱子的屈曲长度，同时也尽可能地降低了每根弦梁的截面尺寸。连框桁架梁的上下弦轴线相距496mm，采用边长为44mm的正方形截面钢管，腹杆间距450mm，采用25mm×38mm的矩形钢材焊接而成（图5）。

图5 空腹桁架梁 Vierendeel Beam

桁架梁与柱之间通过螺栓固定，立柱顶部与桁架梁的可靠连接使得变形得到有效地减小和抑制，提高了建筑整体在长轴方向的抗震性能（图6）。

图6 柱与梁通过预留的螺栓位置相连构成完整的框架结构

桁架梁的竖腹杆设有螺栓孔，与屋顶木结构桁架相连，不仅清晰顺畅地将屋顶荷载传递至下部结构，同时保证了建筑外观的简洁、清爽。

图7 横梁与木结构屋顶相连，轴线间距450mm

立柱与横梁都是在工厂中加工预制成梯子状的单元，到现场后用螺栓连接就可以完成组装。横梁的连接处均设置在柱跨之间弯矩较小处，弦材均经过表面处理，经预制工厂机械加工的螺栓孔洞不仅位置精确，而且非常美观。

图8 钢结构横梁与木结构桁架屋顶的接合

屋顶结构的设计

屋顶结构，桁架梁之间轴线距离比较小。即使使用市面上可以采购到的最小截面木材(边长90mm或者105mm的正方形截面木材)，与下部结构组合在一起也显得过于粗笨。因此这里使用了一般情况下不建议使用（且一般不作为主要结构材料）的超小截面木材，即边长45mm的正方形截面木材，以及对切之后矩形截面为22.5mm×45mm的本地松木（图9），构成非常纤细的桁架结构屋顶。

与流通量较大的普通截面木材相比，超小截面木材只能通过采购优质木材后进一步再加工。这样设计使得上部的木结构尺寸与下部钢结构的截面尺寸非常统一，接合部的细节处理也更加简单，整个结构体系更加均质化。

图9　屋顶结构用的极小截面本地松木木材

木构桁架的形状，需要配合双层采光屋顶以及屋顶倾斜角度来调整，同时还要兼顾结构体系的视觉效果。桁架结构是力学效率较高的结构体系之一，但是从另一个角度看，一个节点有多根木结构杆件交错接合又非常复杂。如果可以将这些纤细的木材完美地交叉接合，视觉效果将会非常震撼，因此节点设计成为了非常重要的一环。

如何设计开口开槽，如何巧妙运用榫卯结构，实现没有螺栓的光滑结构表面都是设计中有待不断讨论和完善的细节要点。

图10 单层木材和双层木材组成的三层结构

图11　桁架梁节点最多有5个方向的杆件集中　

屋架竖直方向的空气柱和水平材料采用45mm×45mm木材，下弦材料为两根22.5mm×45mm木材，上弦材料为两根22.5mm×60mm木材。22.5mm宽的两根木材夹住中间45mm宽的单根木材，也采用榫卯的连接方式，彼此各削切5mm来互相配合嵌入，不同方向的杆件也通过接合部的榫卯将力互相传递（图10）。

某些节点上各杆件的相互接合使用了一些辅助性的小构件，将木材之间更紧密地接合，力的传递也更顺畅（图11）。

图12　三层木材嵌合，榫卯，钉子组成的节点外观简洁

为了确保木材尺寸的精度，使用了家具加工厂的专业数控机床进行切割加工（图13）。

图13 高精度加工的木材节点接合部

极小截面的木材组成的纤细桁架，轴距也设计为450mm，正好与钢结构梁相接合（图14）。

图14 钢结构框架与木结构桁架组成的混合结构

屋顶平面使用结构胶合板，可有效地将屋顶水平方向的荷载传递至下部的钢结构立柱中。于是，钢柱上部的悬挑结构采用壁厚2.3mm的方形截面钢管焊接而成，屋顶的结构胶合板与钢管之间用螺钉固定。壁厚2.3mm的钢管底部没有开孔，保证了结构的刚度，同时也可以保证胶合板的水平荷载可以有效地传递，胶合板内部还设有保温层。

施工

在实际建造中，施工误差的吸收和调整成为了一个重要课题。木结构桁架完成后，以钢结构将其固定可吸收一部分施工误差；木桁架与钢框架之间可能产生的缝隙尺寸也做了预先的设计，而纤细的木结构桁架在施工过程中必须考虑其应力承受的范围，因此钢结构的施工精度是首先必须要保证的。