文/西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計學(xué)院 王世沛 曹 勇

0 引言

“川西民居木結(jié)構(gòu)抗震房”是科技部、四川省科技廳、成都市科技局聯(lián)合實施的重大科技項目。這種抗震房外形樸素大方，富有民族特色，且用料環(huán)保，建造成本低（約700元/m2），施工簡便快捷，受到居民的歡迎。這種新型建筑技術(shù)對指導(dǎo)災(zāi)區(qū)新農(nóng)村住宅建設(shè)、加快災(zāi)后恢復(fù)重建起到積極的推動作用。經(jīng)過災(zāi)后重建，彭州市小魚洞太子村迅速成為當?shù)刂匾穆糜问痉秴^(qū)。

1 項目概況

此處建筑群位于彭州市小魚洞太子村。筆者于2017年對其中部分院落進行調(diào)研。據(jù)統(tǒng)計，在建成的房屋中，只有少部分完全按照設(shè)計要求建造房屋（全木制，1層磚墻高度為1.2m，另外1層全為磚墻）?？傮w上看，太子村的抗震房主要分為2種套型：①三人套型，面積150m2；②四人套型，面積210m2。

2 使用現(xiàn)狀

2.1 空間使用現(xiàn)狀

居民在該地產(chǎn)生了新的生活和經(jīng)營方式——農(nóng)家樂。太子村附近有優(yōu)質(zhì)的旅游資源（龍槽溝風景區(qū)、溫泉度假酒店等），災(zāi)后重建后，大量的游客以支援災(zāi)區(qū)發(fā)展為目的，前往當?shù)芈糜蜗M。太子村據(jù)此形成了家家戶戶開農(nóng)家樂的現(xiàn)狀。這對于房屋有了新的要求，尤其希望增加標間客房的數(shù)量，并對2層衛(wèi)生間的布置和使用問題更加關(guān)注。

在原設(shè)計方案中，設(shè)計師只給出了整體木結(jié)構(gòu)框架和大致功能排布，如圖1所示。具體房間劃分由戶主自行設(shè)計改造。為滿足大量游客的居住需求，有的村民將2層劃分出客房，自己則長期在1層客廳內(nèi)休息，擴建的廊道及房間如圖2所示。在客流量高峰期，為給游客騰出房間，居民甚至需要在庭院中搭建帳篷進行居住。此外，現(xiàn)有建筑無法滿足2層客人的洗漱，當?shù)鼐用裨诮ㄖ栽鲈O(shè)了磚混的衛(wèi)生間（見圖3）。

圖1 整體結(jié)構(gòu)框架設(shè)計

圖2 廊道及房間改擴建對比

圖3 增設(shè)衛(wèi)生間

2.2 結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

2.2.1 木框架及連接節(jié)點

該建筑結(jié)構(gòu)框架為俄羅斯進口杉木，杉木纖維長，柔韌度好，不易斷裂。但在部分建筑木框架與地面接觸角落，柱腳存在腐爛現(xiàn)象。該木結(jié)構(gòu)建筑主要采用框架結(jié)構(gòu)形式，房間劃分更自由。主要構(gòu)件之間采用金屬構(gòu)件加螺栓的形式連接，總體較牢固。據(jù)了解，該木結(jié)構(gòu)指導(dǎo)建造時只限定了整體框架和樓梯，內(nèi)部房間劃分為村民自行設(shè)計，因此各家房間布局略有不同。

2.2.2 圍護結(jié)構(gòu)

1）外圍護結(jié)構(gòu) 該木結(jié)構(gòu)建筑外墻體材料為硅鈣板或桑拿板。硅鈣板具有質(zhì)量輕、強度高、防潮、防腐蝕、防火等優(yōu)勢，另一個顯著特點是再加工方便。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研觀察，少部分木結(jié)構(gòu)建筑硅鈣板外側(cè)涂料有一定程度的脫落。

2）內(nèi)部圍護結(jié)構(gòu) 建筑內(nèi)部隔墻為桑拿板，桑拿板經(jīng)過高溫脫脂處理，耐高溫，不易變形。經(jīng)觀察，使用情況良好，并未出現(xiàn)明顯破損。但在隔墻內(nèi)部并未發(fā)現(xiàn)填充材料，可能對建筑的熱工性能和隔聲性能造成一定影響。

2.2.3 木屋架

該建筑屋頂結(jié)構(gòu)為川西常見坡屋頂木結(jié)構(gòu)屋架，木結(jié)構(gòu)屋頂內(nèi)部如圖4所示。當?shù)厝嗽?層走廊處屋頂預(yù)留洞口，以便日后檢修。從檢修洞口處觀測可知，屋頂內(nèi)并未進行保溫隔熱處理，內(nèi)部未填充任何材料。結(jié)合當?shù)鼐幼∮慰偷谋г箍赏茢?，未處理的屋頂是夏季該木結(jié)構(gòu)房屋2層溫度偏高的主要原因之一。

圖4 木結(jié)構(gòu)屋頂內(nèi)部

2.3 居民對建筑的自發(fā)改造

調(diào)研顯示幾乎所有的居民都對自己的住房進行了改造，改造內(nèi)容如下。

1）平面布局改造 建造時利用桑拿板進行空間細分，劃分出多個房間。

2）材料優(yōu)化 在不改變木結(jié)構(gòu)外貌的同時，使用新材料（極少數(shù)）解決衛(wèi)生間在木結(jié)構(gòu)房2層使用不便的問題。

3）圍護結(jié)構(gòu)改造 將1層外包磚混以提高隔熱效果。

4）在建筑旁增建廁所，滿足2層使用。

在各種不利因素影響下，幾乎所有木結(jié)構(gòu)抗震房的戶主表示將來蓋新房時會選擇改建磚混結(jié)構(gòu)。

2.4 改造后的遺留問題

1）在現(xiàn)有改造狀態(tài)下，村民并未解決2層的保溫問題，據(jù)當?shù)赜芯幼◇w驗的游客反映，夏季在2層居住時，相較于傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)建筑，會有偏熱現(xiàn)象。

2）當?shù)鼐用裨?層居住時，雖然加建的廁所勉強滿足了用水需求，但在室內(nèi)仍需小心，以免木制結(jié)構(gòu)底板沾水，仍有不便性。

3 使用后評價

3.1 村民主觀角度

與當?shù)鼐用窠徽劦弥數(shù)鼐用駥υ撃窘Y(jié)構(gòu)房屋的部分優(yōu)點表示認同。

1）安全性 由于木結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕、強度較高，能在地震發(fā)生時發(fā)生形變，吸收地震產(chǎn)生的能量。因此木結(jié)構(gòu)房屋具有良好的抗震性能。在汶川地震之后，頻繁的大小地震、余震也都驗證了這一特點。據(jù)當?shù)鼐幼〉挠慰头从常幼≡谶@樣木結(jié)構(gòu)建筑中讓他們非常安心。

2）施工周期短 木結(jié)構(gòu)建筑的構(gòu)件能方便地進行標準化生產(chǎn)，預(yù)制后現(xiàn)場安裝即可，能節(jié)省大量時間。安裝速度相較于磚混結(jié)構(gòu)房屋具有一定優(yōu)勢，有利于災(zāi)后重建工作的快速推進。

但居民對總體的居住體驗并不滿意，據(jù)了解，現(xiàn)有木結(jié)構(gòu)房屋并不能滿足其日常使用需求。

1）耐熱性偏弱 相較于當?shù)卮u混結(jié)構(gòu)房屋，木結(jié)構(gòu)房屋2層普遍存在偏熱的情況，這在夏季一定程度上影響了來訪客源。

2）2層用水不便 未處理的木結(jié)構(gòu)由于易受潮腐壞的特性，故房屋2層并未設(shè)立衛(wèi)生間。各戶需額外在建筑旁加建磚混結(jié)構(gòu)廁所以滿足2層用水需求，造成生活不便。

3.2 專業(yè)客觀角度

3.2.1 建筑設(shè)計

1）優(yōu)點 ①4戶為一個組合的合院式布局方式，相較于之前農(nóng)村的散布式布局方式，拉近了鄰里關(guān)系，有利于村民之間的日常交流；②建筑延伸的大面積雨篷構(gòu)成建筑庭院中的大片灰空間，能在夏季為游客提供陰涼舒適的休閑場所。

2）缺點 ①建筑外觀較樸素，缺少美觀性；②外墻裝修風格突兀，木材表皮和石磚形成雜糅，缺少整體性。

3.2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造

1）優(yōu)點 ①該建筑整體為木結(jié)構(gòu)承重體系，具有良好的結(jié)構(gòu)抗震性，能在地震發(fā)生時通過自身形變，吸收緩沖大部分地震能量；木結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕，發(fā)生坍塌也能最大程度規(guī)避對人員造成的風險；②木結(jié)構(gòu)建筑材料在制造、運輸及安裝過程中，相較于磚混結(jié)構(gòu)房屋，能量消耗更少，且產(chǎn)生的污染也更少，具有綠色環(huán)保的特點。

2）缺點 ①建筑內(nèi)大部分節(jié)點外露，給人以不穩(wěn)定感；②建筑木框架與地面直接接觸，缺少較好保護，易發(fā)生腐爛等問題；③內(nèi)部圍護結(jié)構(gòu)為桑拿板，但并未填充保溫材料，極大削弱了建筑內(nèi)的保溫及隔聲效果，私密性難以保證。

3.2.3 保溫隔熱性

在2018年1月7日至2018年1月12日，通過將溫度計懸掛于密閉的房間內(nèi)，對2幢當?shù)啬窘ㄖM行溫度測量，所測量的2幢建筑相對位置如圖5所示，185號房為本次所調(diào)研的木結(jié)構(gòu)建筑，但底層未按設(shè)計要求，而采用磚砌體圍合；186號房完全按照政府圖紙設(shè)計，底層主要是以木結(jié)構(gòu)圍合，磚基礎(chǔ)只砌到1.2m的高度。溫度測量結(jié)果如圖6所示。

1）底層房間 對結(jié)果進行分析后發(fā)現(xiàn)，完全按照設(shè)計要求建造的木結(jié)構(gòu)抗震房擁有最高的冬季室內(nèi)平均溫度，同時面對室外氣溫波動時，室內(nèi)氣溫的簡諧曲線振幅明顯小于未按照標準建設(shè)的房屋，也小于磚混結(jié)構(gòu)房屋，證明其結(jié)構(gòu)擁有較好的熱穩(wěn)定性。

2）頂層房間 根據(jù)結(jié)果，頂層室內(nèi)氣溫的變化曲線基本與室外空氣溫度變化曲線一致，只是有一定的延遲時間。

圖5 2棟測量木建筑相對位置

圖6 木建筑室內(nèi)外溫度測量

根據(jù)結(jié)果初步判斷，在木結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部形成一定微氣候，使其冬季保溫性能顯著提高，但頂層房間的溫度基本與室外溫度一致，說明屋頂?shù)炔课坏谋卮胧﹪乐厝笔В瑢?dǎo)致房屋保溫性能嚴重下降。

3.3 設(shè)計與使用者評價角度差異性總結(jié)

1）專業(yè)性盲區(qū) 設(shè)計師在建筑設(shè)計過程中所展現(xiàn)的專業(yè)素養(yǎng)往往會產(chǎn)生思維定勢，而忽略住戶的一些需求。小魚洞太子村災(zāi)后重建的新型木結(jié)構(gòu)房屋所暴露的需求問題，說明對于災(zāi)后重建不僅要考慮到現(xiàn)有居民的生活方式，而且要考慮到災(zāi)后區(qū)域經(jīng)濟復(fù)興所帶來的房屋使用需求的改變。災(zāi)后重建建筑的設(shè)計應(yīng)對當?shù)厮幍牡乩砣宋沫h(huán)境進行預(yù)先考量。以太子村為例，太子村周圍有蟠龍谷、溫泉酒店等旅游度假項目，災(zāi)后重建的契機會帶來當?shù)匕l(fā)展旅游業(yè)的可能性。因此在建筑設(shè)計過程中最好能預(yù)先考量村民后期可能有非私人性居住功能的需求，就能為后期將房間作為客房提供便利性。

2）建造材料選擇 木結(jié)構(gòu)建筑具有很高的耐久度，同時結(jié)構(gòu)構(gòu)件能預(yù)先標準化生產(chǎn)，在施工安裝速度方面優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)房屋；由于自身質(zhì)量較輕的特性，在地震中具有良好的穩(wěn)定性，即使整個建筑物與基礎(chǔ)發(fā)生脫離，結(jié)構(gòu)也被較為完好保存。

但當?shù)鼐用袢詫ΜF(xiàn)有木結(jié)構(gòu)建筑的性能表示擔憂，且對木結(jié)構(gòu)房屋的耐久性存有疑惑。矛盾的產(chǎn)生主要來自以下兩方面。

1）設(shè)計本身缺陷 當?shù)鼐用裨诮ㄔ爝^程中，采用了很多不規(guī)范的建造方式：內(nèi)部隔墻劃分采用桑拿板，但并未在隔墻中填充保溫材料，導(dǎo)致建筑保溫隔熱性能很差，給當?shù)鼐用窳粝履窘Y(jié)構(gòu)建筑相比磚混結(jié)構(gòu)建筑無法實現(xiàn)良好保溫隔熱的印象。

2）心理上的思維定勢 基于生活常識，未進行處理的木材意味著不耐水且易腐蝕。因此，當?shù)鼐用裨诳创窘Y(jié)構(gòu)建筑時，往往已有思維定勢，認為木結(jié)構(gòu)房屋一定不耐久，導(dǎo)致當?shù)鼐用駥δ茉谀窘Y(jié)構(gòu)房屋中長久居住持懷疑態(tài)度。所以大部分居民會選擇在現(xiàn)有木結(jié)構(gòu)房屋旁增建磚混結(jié)構(gòu)房屋。

4 針對性改造策略

對此現(xiàn)狀木結(jié)構(gòu)建筑進行總結(jié)后認為，該建筑目前問題主要集中在建筑的熱工性能表現(xiàn)不佳，導(dǎo)致夏季時2層相比傳統(tǒng)磚混結(jié)構(gòu)房屋較熱，極大影響居住體驗的同時也影響了村民旅游收入。此外，建筑2層用水不便及客房不足的現(xiàn)狀也是該現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑方案不可忽視的問題之一。因此，筆者主要從改良圍護結(jié)構(gòu)及防水構(gòu)造改造兩方面提出改造策略。

4.1 圍護結(jié)構(gòu)

結(jié)合國外木結(jié)構(gòu)建筑建造經(jīng)驗，筆者給出了一種具有良好保溫性及耐久性的墻體建造方式。通過采用呼吸紙和輕質(zhì)復(fù)合節(jié)能墻材結(jié)合木結(jié)構(gòu)建筑制造工藝，構(gòu)成此新型墻體構(gòu)造（見圖7）。這種墻體在性能優(yōu)異的同時具有造型美觀、大方的特點，能用于改善現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑的熱工性能。

圖7 改良墻體構(gòu)造大樣

1）呼吸紙是國外常用于鋼結(jié)構(gòu)和木結(jié)構(gòu)等建筑的防護基礎(chǔ)材料，是具有表面極細小微孔結(jié)構(gòu)的新型高分子材料。該材料具有良好的防水性能，能保護木結(jié)構(gòu)建筑使其免受雨水侵蝕，有效延長建筑使用壽命。

2）輕質(zhì)復(fù)合節(jié)能墻材是以薄型纖維水泥板或硅鈣板作為面板，中間填充輕質(zhì)芯材一次復(fù)合形成的非承重材料。該產(chǎn)品具有實心、輕質(zhì)、薄體、保溫、強度高、抗沖擊、吊掛力強等綜合優(yōu)勢。

4.2 防水構(gòu)造

針對木結(jié)構(gòu)房屋所面臨的防水問題，參考國外現(xiàn)有木結(jié)構(gòu)建造方式，利用玻璃纖維增強樹脂（FRP）涂料作為防水措施是一種可行方案。冷法施工、涂料防水，玻璃纖維氈能確保防水層的整體性及強度，保證持續(xù)穩(wěn)定并做到小震不裂。玻璃纖維增強樹脂（FRP）固化后就是過去俗稱的“玻璃鋼”，具有高強、高韌性特點，該材料較適合于木結(jié)構(gòu)抗震建筑。