云南世博会生态城竹结构住宅与四川磁丰镇毕马威思想国云南示范屋创新设计

云南世博会生态城竹结构住宅与四川磁丰镇毕马威思想国云南示范屋创新设计

在香港，竹制的iphone手机套非常受欢迎。dell和app在其高端手提电脑中推出了竹板。teholemile（特洛伊木马）生产精致的竹子家具。欧洲版案例的内饰板也是竹子。奥瓦公司的茶盘和自己的板也是竹子。竹成为时髦货是最近10年的事情,应当是伴随着环保概念在企业和市场中的兴起和深入而形成的。然而,在当代的环境下,用竹去造屋确是一个新鲜事儿。其实也不完全新鲜。云南的版纳还在造竹屋;KUMA先生也把原竹当作建筑表皮处理,用竹子包裹建筑;香港的施工队盖再高的楼也是用竹脚架,密密麻麻看上去挺夸张的。竹子是一种禾本科植物,是一种非常材料。与以上应用不同的是,我们正在让竹子可能成为未来绿建筑的主角。在四川的磁丰镇,一个两年前被汶川大地震摧毁了的乡村,村民们走进今年五月完工开放的竹制社区中心,他们的惊讶和兴奋溢于言表。而几年前,我们在昆明世博生态城落成的竹屋是国际上第一栋多层全方位的竹结构住宅。OvalPartnership在思考和实践当代竹建筑的设计与营造,以期迎接竹居时代的来临。1竹的深层价值取向对于我们和所有参与竹计划的国内外合作伙伴而言,竹包含了无限的概念——东方因素、因地制宜、中国制造、不尽不竭、艺术创意、生态环保、绿色人居等一系列深层的价值取向。1.1竹林资源利用的优势从以下6个方面的科学数据,我们可以发现竹材在资源保育和环境方面,是优质的环保材料。(1)生长迅速。竹子是世界上生长最快的植物,一夜之间能长出1m左右,4～6年成材,生生不息,用之不竭。(2)生命力强,资源丰富。地球上共有1400万～2000万km2的竹资源。中国湖南、江西、安徽、浙江、福建各省平均有一百万亩以上的竹林资源。若对其进行有效的采伐,或许能补充贵重木材,或替代其他非环保建材。(3)碳汇能力强。每公顷竹林固碳0.59T/ha·y,是杉木的1.46倍,热带雨林的1.33倍。中国竹林碳汇总量占到全国森林植被总碳量的11%。(4)材料能耗低。相同面积的建筑,竹子与混凝土的能耗比为1:8;与钢材相比,相同过程中竹子的能耗仅为钢材的2%。(5)竹林因具有很好的涵养水原的功能,竹叶截留雨水,竹根备用根错节,可以固定1000t/hm2水,固护土壤,因而具有保持水土的功能。1年可吸附900t/hm2灰尘。一片3万hm2的竹林,每年吸收废气可达3860万t。(6)竹林的负氧离子含量远远超过其他立地类型。竹林的负氧离子含量为15万个/cm3～20万个/cm3;一般森林为10万个/cm3～15万个/cm3;城市街区为1000个/cm3;密集住宅为50个/cm3。考察到竹如此明显的优势,所以当我们构思未来社会时,以竹资源利用为核心的环境生态保护和可再生建造就成为不可欠缺的要素。21世纪或许将成为我们对消费社会的既有方式和价值观进行反思的时代。1.2艺术细胞的应用从古代的书简到箭,从家用品到传统的竹楼,从现代的棒球棒到竹叶片的风力发电设备,运用竹的技能和工艺十分丰富。竹集成材工艺的可持续性可以有效地发掘和拓展生产和利用资源的知识和技巧,并受到可持续发展的社会价值观驱动而融入创意与环境产业。竹集成材从育林、加工、节点、建造、维护各方面都需要技艺与巧思。比如,无论是碳平、碳侧、本平、本侧的材料,在加工后的颜色和质感,没有相同的任何一块板,如同烧窑,呈现出来的就是独具的艺匠与巧思。结合示范工程正在开发的各类竹材与建造规范也意在发展行业的标准和为大规模应用与工坊创意做准备。可以想象,在坊间,竹屋工艺的文化鼓励乡镇企业的乡民和合作者们重获对生产方式的控制并获得乐趣、尊严、自豪和价值。1.3竹子在环境保鲜中的应用灵活性强:竹材可以形成标准化的构件和板材,以不同的方式灵活地组合。竹房屋的灵活性能够通过更换损坏部分而得到经常性的维护。而且竹结构建筑可以拓展。竹材可以广泛利用在结构、隔断、面层等各个部分,每一部分都可以发展调整,适应建筑生命周期里的变化。若以普通住宅的开展作为开发目的,也可采取竹集成材料“面板化”的工厂生产形式来降低成本、缩短工期、保证品质、应对技术人员不足等问题。安全性高:由于质量轻、弹性好,竹子的抗震功能非常突出。1989年,澜沧—耿马7.8级大地震中,许多佤族的竹房屋保存完好,未死一人。建造速度快:竹房屋只需很短的时间即可安装完成。这种效率对自然灾害救助、快速减少伤亡或恢复灾区人民生活非常重要。强度高:根据强度测试的数据,竹与普通的木材如柏木、橡木相比,其强度是松木的1.5～2倍,约与橡木相当。另外,竹材料还具有弹性好、抗冲击力强等优点。像这样在强度和韧性上兼具优越性的竹材料,可以说是真正适合地震区的建造。而且竹子具有良好的持久性,所以被长期用于住宅的室内装饰。又因为燃点较高,还有不易引起火灾的优点。健康的竹:具有独特芳香气息的竹子,含有对人体有益的萜烯类物质。使用竹材料进行床或者墙壁等室内装修,让人有如置身森林之中,享受着独特的竹林浴,获得放松身心、安定精神的效果。同时,竹材料中的多酚具有较强的抗氧化性能,壁虱及各类细菌不易滋生和繁殖,也便于清洁。结合天然涂料,竹产品对住户的健康做了充分的考虑。1.4健全和提高建筑可持续发展能力的政策与建议有意义的营造在于关注人们如何掌控其生活,并且以团体的方式获得其利益,让共享许多重要价值的所有人能面对面进行互动。它和教育及社区工作和协助的专业领域有关。竹结构房屋有利于减轻社会排斥性的城市化和建筑设计策略,这是极其重要的。以健康和安全为诉求的城乡房屋问题,产业竞争力提升,竹林种植、收割、粗加工、运输以及销售等环节的就业机遇与技能拓展,有助于回应中国在现代化过程中的“谁是发展的主体?谁是发展的受益者?”这样的根本问题。其在解决乡村发展方面的有效性具有意义。尤其是对中国这样一个各地自然条件、文化传统迥异的发展中国家来说,因地制宜,充分利用当地的各种资源(包括人力资源),在当地乡民积极、主动的参与中形成一种可持续的、有效益的发展就变得更为重要。综上所述,当全球经济转向低碳模式、LOHAS的生活型态、创意与环保产业的时候,竹集成材建造提供了一个多元及切实的可持续发展创新计划。国家和企业有必要检讨建筑绿色创新产业政策和可持续发展的中小企业模式,并鼓励绿领就业、创意、投资机遇、经济增长点。我们有理由相信竹房屋产业和相关企业在获得扶持和正确信息的情况下会有长足的进展。2竹结构住宅。请将其作为一种重要的建筑OVALPartnership的研究团队已经成功完成世界上第一栋多层整体竹屋(图1～5)。这栋竹屋是云南世博兴云房地产有限公司(HEXY)与OvalPartnership联合完成的“世博IN的家”生态城的一部分。这一竹屋研究实践项目在中国云南省昆明市世博INTEGER生态城开展。多层现代复合竹结构住宅是中国现代房屋发展进程中的里程碑。竹集成材发展成的2×4工法以及各类墙体板材的开发与实践是整体性与可持续性房屋体系改革的积极示范,充分体现INTEGER创新模式。在国际上,阪神地震后,被考察的普通住宅中,钢筋水泥式住宅的受灾程度远远超过了2×4住宅。因而地震后出现了各住宅开发商积极投入2×4住宅销售的现象。使用竹材的原因是它可能是这一带对生态最有利的建筑材料,4年即可生长成材,并在生命周期里吸收CO2。竹几乎可以在中国任何地方生长。竹结构很轻,因此比沉重的混凝土结构更能有效地抗震;竹屋可以由当地村民建造出来,而不需要重型的、昂贵的施工设备。昆明世博INTEGER生态城竹屋所使用的技术基于一个遮雨系统和复合板,隔热性能很高。这一成功技术的应用潜力不可估量,它为中国的新乡镇提供可以负担得起的、生态的建造方式。OVAL和当地学术机构(包括昆明理工大学)的科学家、工程师们一起,开展这个研究实践和技术转让项目。竹结构体系住宅是按照轻型木结构住宅的结构形式,由竹集成材按一定的方式通过金属连接件连接在一起而形成的盒子结构。该结构体系由主要结构构件(结构骨架)和次要结构构件(墙面板、楼面板和屋面板)共同作用,能承受竖向荷载和横向荷载,最终将荷载传递到基础上,其抗竖向作用和横向(风、地震)作用的能力均超过木结构房屋,具有经济、安全、生态、环保的特点(图6、7)。在竹结构体系中,搁栅之间或搁栅与楼面梁之间是通过螺钉和不锈钢连接件固定在节点上的,形成一种介于铰接和刚性连接之间的半刚性连接。竹结构的连接节点是由构件端部结合到一起的很短的一段长度和把它们连接起来的连接件所组成的。如果这样看待节点,就可认为力从构件传递到节点上,节点再把这些力依次传递和重新分配给其他构件。可以把连接节点处所承受的力分解为:抗拔力、剪切力以及弯曲产生的剪应力。竹结构住宅的围护体系采用了大量外墙节能技术:(1)外墙施工时,高度重视施工节点的处理,以防潮湿对建筑物的侵害;(2)用规格材组成的墙体框架,外覆结构板材;(3)墙体空腔内放置保温棉,用于保温、隔热及隔声;(4)设置隔汽层,用于隔绝蒸汽渗透;(5)隔汽层外侧安装石膏板;(6)墙体框架外侧安装结构板材;(7)外覆透气防潮层,用于阻隔外部湿气进入墙体,同时保证墙体内的湿气能排出到墙体外;(8)透气防潮层外做外墙饰面。竹材因其纤维长度和组织结构等方面的原因,物理力学性能如韧性、硬度、耐磨性、抗弯抗压强度均优于木材。但和木材比,也有令人遗憾的缺陷。竹子成长快,吸收水分和养分多,所以比木材易霉变菌腐,特别是:(1)未经处理或处理不充分的材料;(2)经常处于受潮且通风不良的环境的部位;(3)周期性的冷凝水使竹材时干时湿的部位;(4)屋面和窗边渗漏潮湿部位。因此,必须注意对竹结构住宅体系的日常检查与维护。防潮方面,竹材作为有机材料,具有湿涨干缩性和各向异性,当竹材受潮时,不仅容易变形、脱胶,而且容易引起真菌繁殖。真菌生存需四大条件,缺一不可:一定的氧气、适宜的温度(20℃～30℃)、一定的湿度(含水率为20%以上时真菌充满活力)和真菌赖以生存的竹材本身。从以上四个因素来看,前两者是不可改变的,后两者可加以控制,应采取下列措施:(1)增加屋面椽口悬挑长度,设置窗台滴水孔,材料搭设处设置挡水板以及采用密封和填缝材料减少雨水对建筑物的侵袭;(2)增加屋面坡度,保证散水坡度等保证建筑物排水畅通,减少水在建筑物上的停留时间;(3)选用和设置具有合理透水性能的防潮层,保证墙体内的湿气能及时排出;(4)采用经过加压防腐处理的竹层积材。防虫方面,各种昆虫可对房屋造成很大的破坏。它们不仅破坏竹制梁、板、柱,还能蛀穿电缆护套、保温材料和各种装饰材料。根据实际情况,可采取以下具体措施:(1)抑制;(2)现场管理;(3)土壤屏障;(4)底板和地基细部。将竹材制成结构用材有多种技术路线,但对于可持续房屋项目,竹集成材的制造技术最为合适,具体工艺流程如下:选料断料→鲜竹开条→鲜片粗铣→高温熏蒸→高压碳化→恒温烘干→精确干铣→分色选片→涂环保胶→组胚热压→四面刨光→梳齿指接→二次垫压→四面刨光→成品。齿板连接是竹集成材的最薄弱的环节,竹集成材的破坏一般开始于齿板连接的破坏。试验中观察到对于长跨梁在弯曲过程中破坏时表现为齿板连接处断裂,对于短跨梁在弯曲过程中破坏时表现为接近破坏载荷时,出现局部破坏;所以对于长跨构件齿板处的连接应加强,对于短跨构件应防止局部失稳破坏。为了既保持材料强度又便于机械加工,我们把竹集成材的平均含水量控制在9.0%的标准上。切割加工时,使用超硬芯片锯和金刚石切割器。钉钉子时需要注意的是竹子有容易炸裂的特点,虽然也能直接钉入钉子,但这样经常引起炸裂,所以务必请先打孔再钉入钉子。同时,OVAL设计了室内全部的竹家具(图8),并由DASSO生产。工程结束后最有魅力的一点是漫屋飘逸的竹香。3以竹建造扩展全国绿色社区建造运动受中国儿童少年基金会(CCTF,ChinaChildrenandTeenagers’Fund)和全球四大会计师行毕马威(KPMG)委托,OVALPartnership为四川灾区磁丰镇设计和建造慈善性质的毕马威安康家园绿色建筑(图9～12)。项目已经于2010年5月落成并荣获多项国际奖项。我们以毕马威安康家园社区中心项目的设计建设过程做为起点和示范,以竹建造扩展全国的绿色社区营建运动,采用基金会支持、企业赞助和公众参与的方式,以赋予想象力的方式推动共同合作和自力总体社区营造。这个低预算的慈善项目收到了义工人力资源的支持,以及来自30个国际和国内的绿色企业,科研中心和政府机构,通过合作的方式提供的经济资助。3.1公共建筑物的利用在昆明竹屋的基础上,我们在KPMG项目上开发适合大尺度公共建筑的大跨度竹框架结构建筑。大跨度现代竹集成材的公共建筑物的开发具有特别的意义,比如竹集成材料体育馆、学校和社区中心。公共建筑在紧急状况下可以作为临时避难所。根据地震多发国家日本的经验,一般认为抗震性能较强的钢筋水泥建筑,在较大的地震后都有损情。从环保意识出发,在中国,公共建筑物拥有比普通住宅更高的主动性和可行性,可以争取政府的引导、扩大开发。3.2代竹建筑的结构特点和设计条件四川地区素有竹建造的传统,但是传统竹制建筑的缺陷在于,原竹材料未经前期基础可靠性的处理且使用随意,结构多为斗榫式连接,缺乏精度、气密性、防火防腐性能,隔热保温功能的现代建造概念。本项目是用现代成材做梁柱体系框架结构用材,最大跨度为240×450mm的12m长弧形主梁。建筑共用竹材50m3。两万根4～5年生楠竹的竹原料经过砍伐(避开封山育林期)、制坏、蒸煮(脱糖脱脂、防腐、防虫)、碳化处理、干燥、修片、热(冷)压拼接、修片分色、指接拼板、二次热(冷)压拼接、四面刨光、防火、防潮处理后作为公共建筑的现代竹结构大跨度空间用材。主要结构材的加工工作在四川的乡镇企业完成。对于大跨度竹梁构件齿板处的连接问题,材料的指形结合重叠,导致接合处容易断裂。所以材料压合时,指形结合处至少要错开2倍于单片材料厚度的长度,以加大材料强度。中国很多竹地板生产为了节省材料,会把细小竹料填充到材料内部,这也会降低集成材料的强度。竹集成材料的制造有很多条件,日本大体上分为结构用、内部造作用两种,规格不同。除了以上的情况,压合的时间控制、压合力度等等,很多细微的问题都会影响到竹集成材料的强度。与昆明的竹屋不同,本建筑结构体系暴露。结构的位置、结构形式、构件造型和连接方式等一目了然(图13～15)。我们称之为“开放”的建筑。增强竹结构的透明度,除了具有表现力外,更重要的意义是在灾区和城镇中对抗“豆腐渣”工程和明系建筑质量与安全,亦同时利于对竹结构体系的通风与防潮和日常的检查与维护。主体建筑架空,脱离地面以促进底层通风和避免地面潮气对竹结构的影响。同时,建筑屋顶在四周出挑,减少雨水对建筑物的侵袭;屋顶呈弓背形,也利于排水畅通和减少负荷。关于竹结构抗震性能,竹结构的房屋提供了最基本的抗震元素,比如刚度与强度、延性、高强度重量比、冗余性、连接性。秸杆纤维制成的非结构墙体有助于增强建筑物的侧向抗力;弓形弯曲、对称和受力均匀的平面布局,曲线的屋盖框架与其他竹结构件通过金属钉连接锚固,一旦一个荷载通路失效,邻近的部件和连接能够补充其中相互连接,使得房屋成为一个坚固的结构单元,这对于房屋在地震中保持完整性是十分重要的。中心使用的竹制品约50m3,换算成森林面积约合1800m2。被森林吸收的CO2量会因树木树种不同而不同,此次比较对象假定为针叶林中的杉树,树龄为70年。那么砍伐1800m2的森林面积就少吸收的CO2量约为95t。3.3绿色产业,创造绿色均衡性KMPG社区中心设有图书馆、生态培训室、安全应急体验教室、乡民娱乐场所(图17～22)。以现代竹建造为基础,我们所要展现的建筑专业作为包含了建立合作伙伴关系,公众参与式发展,尊重乡土知识和民众的技能;重视实践过程,体现开放建筑、多功能并存、乡镇生产与地域风格、地域材料与意匠的结合;提升基础设施和乡民延伸教育网络服务;改善包括对乡民的生存权、居住权的尊重;并融合可持续与绿色环保的思维,实践蕴涵生命美学的绿色建筑。社会主义新农村发展的新思路在于是否适时地在“三农”问题上对当下的乡村改革有所启发,包含扶贫、教育、卫生保健、妇女儿童、能源等问题,并对乡土经济模式、生活方式、知识技能传递的改良有所启迪。所以KMPG社区中心虽然是一种微观的乡村建筑,其价值取向却是以人为本和相应的多元赋权计划(EmpowermentScheme)。开发竹材绿色产业将会带动竹林业的发展,创造就业机遇,提升创意产业的发展,提高竹材的利用率和竹产品的经济效益,加快发展县域经济,为城乡繁荣和农民就业增收创造条件,而且可以加快转移农村劳动力,不断增加农民收益,同时为住宅和公建的绿色人居生态开发提供答案。据报道,全国10个大竹乡,农民人均每年从竹子得到纯收入近千元,当地财政收入几亿到几十亿元,占财政总收入的50%,成为地方经济的支柱和优势产业。提升研发并与创意结合的竹建设产业会更大地增加经济附加值。在绿色技术方面,建筑强调了一系列乡村绿色与智能战略,包括采用被动式生态环境调节系统,提升室内环境质量并落实低碳计划。新月形优美的单层曲面结构,有效地利用不同时段与季节的太阳和气流,使得多余的冷暖和照明能耗变得没有必要。具体的被动设计措施包括:建筑坐落最佳的东南朝向;夏季屋顶南侧挑檐遮挡夏日;冬季南侧高窗引入温暖的阳光;屋顶太阳能导管引入自然采光,平衡室内自然光分布(图23、24);南侧景观竹杆花架遮阴;北立面带状窗减少冬季热损失;曲面屋顶顺导盛行北风;通过穿堂风和高窗烟囱效应自然通风;建筑底层架空