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秸稈材料的建筑空間建構研究論文
1材料實(shí)驗的緣起
秸稈(Straw)，是農作物成熟脫粒剩下的莖，又稱(chēng)農作物纖維。秸稈分兩類(lèi):糧食作物秸稈(麥秸、稻秸、玉米秸稈和高粱秸稈等)與經(jīng)濟作物秸稈(棉桿、甘蔗桿、麻桿、蘆葦桿、豆秸等)［2］。秸稈在收割時(shí)節通常以焚燒處理，這引發(fā)了嚴重的環(huán)境污染問(wèn)題。為了減少秸稈焚燒，多個(gè)領(lǐng)域對此開(kāi)展了研究。秸稈很早就應用于建筑領(lǐng)域，國外草磚建筑使秸稈建材進(jìn)入人們的視野。相較于國外，目前國內對秸稈的認知度不高。在倡導可持續發(fā)展的低碳時(shí)代，農業(yè)廢棄物秸稈依靠現代加工技術(shù)可形成新型的生態(tài)建材，不僅可以替代部分木質(zhì)板材，節約林業(yè)資源;還能憑借出色的保溫隔熱性減少建筑能耗，具有良好的生態(tài)價(jià)值�，F有秸稈材料主要有草磚和秸稈人造板，人造板以OSSB定向結構麥秸板和壓縮稻秸纖維板為代表。鑒于材料當前的應用問(wèn)題，研究嘗試采用設計實(shí)驗的方式，探索秸稈材料和秸稈建筑的發(fā)展方向。
2建構實(shí)驗的目標與方法
2．1實(shí)驗的目標
本次實(shí)驗基于秸稈材料，目標是探索材料的表達潛力和尋求秸稈建筑的發(fā)展方向。建構實(shí)驗將開(kāi)展兩個(gè)概念化建筑設計，主題由小到大，從設計角度探討秸稈材料的性能、表現和建筑應用的策略。
2．2實(shí)驗的方法
實(shí)驗以建構理論為指導，美國建筑理論家肯尼斯弗蘭姆普敦在《建構文化研究》一書(shū)中對建構解釋為“詩(shī)意地建造”。建構關(guān)注形成空間的物質(zhì)材料和建造技術(shù)。因此，本實(shí)驗在掌握秸稈材料性能的基礎上，按照材料→設計→建造的過(guò)程逐步推演，重點(diǎn)關(guān)注設計與技術(shù)問(wèn)題，目標是實(shí)現秸稈建筑“詩(shī)意地建造”。
3材料實(shí)驗的課題與主題
材料實(shí)驗設定秸稈單元屋與青年公寓兩個(gè)主題，兩者具有相關(guān)性，前者是后者的基礎。首先探討秸稈材料如何應用于現代微型建筑，而后結合更多現實(shí)問(wèn)題，探討秸稈材料如何與現代建造技術(shù)結合，形成大尺度、優(yōu)質(zhì)的生活空間，滿(mǎn)足多元化的使用需求。
3．1實(shí)驗一:秸稈單元屋構建
實(shí)驗以微型盒體建筑為研究對象，視其為一個(gè)標準化生產(chǎn)的模塊單元。實(shí)驗設定單元屋尺度為3m×3m×3m，功能開(kāi)放且有獨立的支撐體系�；贠SSB板和草磚兩種材料，使用輕鋼結構、梁柱木結構和平臺式木結構設計三個(gè)方案，前兩種屬于框架結構，后者為承重墻結構。以上三種都具備高度工業(yè)化、建造便捷和輕質(zhì)的特點(diǎn)。秸稈屋以草磚或壓縮稻秸纖維板作為填充材，以OSSB板作為覆面材。其中，在平臺式木結構中，秸稈人造板替代木材，還充當單元體的結構龍骨材料，密肋排布生成建筑的框架系統，結構材之間使用金屬連接片和螺紋圓釘連接。需要指出的是，由于實(shí)驗一未給空間設定功能和場(chǎng)地，僅研究材料與結構的關(guān)系，因此秸稈屋各立面不受太多限制且形態(tài)自由。
3．2實(shí)驗二:青年公寓設計與建造
基于實(shí)驗一的探索，實(shí)驗二將融入更多現實(shí)考量，綜合場(chǎng)地、功能、建造等多個(gè)因素，以南京高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園青年公寓為虛擬設計的對象。之所以選擇住宅建筑類(lèi)型來(lái)推廣秸稈材料，一是基于國內青年人群嚴峻的住房問(wèn)題。集合住宅因其高容積率、經(jīng)濟性而備受青睞，是推廣秸稈材料的有效途徑。它不僅能夠消耗大量秸稈材料減少焚燒，還能提高材料在城市中的影響力。二是由于住宅與人關(guān)系密切，是人們感知材料的有效渠道。場(chǎng)地環(huán)境分析:該青年公寓坐落于南京浦口區高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園內�；刂苓叾酁橐幷亩鄬咏ㄖ�，環(huán)境開(kāi)闊�；乇旧韺η嗄旯⑾拗戚^少，這給建筑設計帶來(lái)很大的自由度。設計概念確立:本次青年公寓以集合住宅設計為參考標準，借鑒國內外經(jīng)典的集合住宅案例，如柯布西耶的馬賽公寓、黑川紀章的中銀艙體大樓。此外，標準化的集裝箱建筑也為設計提供了啟發(fā)。在分析與比較之后，本次實(shí)驗確立了兩個(gè)設計概念:一是采用生態(tài)材料與技術(shù)，二是模塊化設計與建造體系。設計立足于現實(shí)，利用多樣化空間組合、工業(yè)化建造手段，來(lái)實(shí)現緊湊并舒適的現代居住空間，滿(mǎn)足多種使用需求，成為根植于場(chǎng)地的生態(tài)建筑。從而使建筑具有良好的環(huán)境和社會(huì )價(jià)值，促進(jìn)秸稈材料在當代的推廣。秸稈材料的選用:本次青年公寓設計基于秸稈材料，主要以OSSB定向結構麥秸板為飾面材料、壓縮稻秸纖維板和草磚作為填充材料�？臻g形態(tài)的生成:設計采用模塊化手段，由多個(gè)獨立的居住單元模塊和附加構件組成集合住宅系統。居住模塊以實(shí)驗一中3m×3m×3m的盒體秸稈物為最基本的構形單元，進(jìn)行雙倍與四倍組合，生成四種小戶(hù)型。在每個(gè)戶(hù)型中嵌入預制的開(kāi)放式廚房和2．6m2衛生間，其余空間可靈活分隔。公寓平面為橫長(cháng)的折線(xiàn)形，以此獲得更多的光照。
內部空間采用“內廊式”的線(xiàn)性組織方式，設置采光中庭和高側窗，并列排布居住單元體，四種戶(hù)型兩兩穿插。公寓中每層都設有公共空間，與樓梯、天橋共同構成內部集散區.結構形式的配置:居住單元為平臺式木結構，以OSSB板為骨架。為了便于建造，統一設定了幾種帶洞口的立面形式。公寓整體采用鋼框架結構，支撐居住單元體和建筑的頂面、樓板部分。表皮覆層的圍透:單元體和建筑表皮綜合采用深色鋁塑板、秸稈“條板”、塑料波紋板和玻璃四種形式，形成了從不透明到半透明的視覺(jué)層次。塑料波紋板和機器切割的秸稈條板可視為半透明表皮，用于居住單元體外覆層，滿(mǎn)足視線(xiàn)和光線(xiàn)的穿透。鋁塑板則用于整體建筑東西立面，包裹框架結構內填充的草磚。構造細部的處理:構造是構件間的連接，即節點(diǎn)細部。青年公寓由居住單元體組合而成，建筑構造包括單元體自身、建筑整體以及單元體與整體之間的連接。單元體木骨架包括組合柱與組合梁，由2片～4片板材通過(guò)疊加和錯位釘接而成。托梁以450mm間距緊密排列，頂部、底部和轉角處采用80mm斜釘連接。骨架內填充壓縮稻秸纖維板起保溫隔熱的作用，外部覆蓋麥秸板基層，最外側表皮則采用塑料波紋板或秸稈條板。其中，以塑料波紋板為覆層的需要依靠Z形鋁條與麥秸板連接。虛擬建造的流程:建造是本次建構實(shí)驗的重要環(huán)節。青年公寓方案在實(shí)施建造的過(guò)程中，借鑒“模塊化預制組裝”的制造業(yè)生產(chǎn)方式，依次按部件、模塊、建造的程序，將各居住單元體作為獨立模塊首先制造。居住單元體的結構可被拆分為多個(gè)部分，這些子模塊在工廠(chǎng)組裝，運抵現場(chǎng)后整體裝配。建筑鋼結構直接在現場(chǎng)搭建，工廠(chǎng)內僅完成草磚墻模塊和玻璃幕墻的制作。
現場(chǎng)施工中，由于單元和整體相互獨立，因此兩部分可以同時(shí)組裝。建造中的難點(diǎn)是居住單元與建筑整體鋼結構的連接問(wèn)題。在解決這一問(wèn)題時(shí)，柯布西耶在馬賽公寓設計之初所提出的模擬“酒瓶架”的插入式構想給本設計帶來(lái)了啟示。因此，青年公寓在建造過(guò)程中，參照馬賽公寓建造模式，采用懸吊機械和平滑裝置來(lái)實(shí)現居住單元體插入框架結構的構思。兩者連接處予以加固，并做密封處理，加強整體牢固性，從而形成完整的建筑4材料實(shí)驗的結果與分析本次建構實(shí)驗共分為兩個(gè)部分，實(shí)驗一秸稈單元屋側重于研究秸稈材料與輕型結構的組合;實(shí)驗二青年公寓設計著(zhù)眼于現實(shí)，更關(guān)注秸稈建筑設計的合理性與建設性。作為概念性設計方案，青年公寓設計突破了現有秸稈建筑的呈現方式，挖掘了秸稈材料作為表皮的表達潛力，探索了模塊化與裝配化建造模式運用于秸稈建筑的可能性，提升了秸稈建筑空間的品質(zhì)。兩個(gè)實(shí)驗共同推動(dòng)秸稈材料的推廣，促進(jìn)未來(lái)秸稈建筑的發(fā)展，改善秸稈焚燒的現狀�？梢灶A見(jiàn)，未來(lái)秸稈材料將擁有更豐富的表現形式，秸稈建筑更能融入到綠色建筑營(yíng)造體系，朝著(zhù)量產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的方向不斷邁進(jìn)。
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