来源: АrсhDаilу
扩展木材自然形式的建筑前景
数千年来，木材一直是一种流行的建筑材料来源。 通过锯切、铣削和其他工程木材转换工艺，各种木材形式被创造出来并应用于产品、家具和建筑中。 然而，这些过程有时会改变木结构的基本线条。 茎可能会分裂，纹理图案会改变，一些木材（例如橡树和雪松）很容易被砍伐，而另一些则可能变得难以处理。 这导致了对古代建筑中整体木材形式的探索，例如小木屋，它将不同横截面的木材分层以形成房屋轮廓。 通过设计，整体使用树干或树枝可以增强其固有的机械性能，以实现结构的可持续性。 尽管这些做法在当代建筑技术中相当缺乏，但新技术创新拓展了木结构建筑在建筑中的前景。
木结构建筑基于工程和文化实践，证明了其高强度重量比，并且在承载大量自重的结构中最有效地使用。 然而，这种信念限制了其自然原木形式作为拉伸元素、高层建筑结构或大型当代建筑中主要元素的合理性。 尽管如此，通过拥抱木材的纹理结构和纵向纤维，这些木件表现出强大的机械阻力，值得探索。 一些工程公司（例如 Whole Trees）和建筑研究机构（例如建筑协会研究生项目 Design + Make）已经探索了木材自然形式（如柱、梁、桁架、椽子等）的不同前景。
Whole Trees Structures 是一家位于威斯康星州的设计和建筑公司，致力于探索在建筑物中使用完整树干的建筑潜力和环境优势。 该公司成立于 2007 年，致力于振兴“淘汰树木”，即适合用作木材但由于外形、质量或不良品种而不含可商用锯木的树木。 他们将这些树木重新改造为商业建筑的柱子、桁架、横梁和托梁。
随着时间的推移，该公司开发了一套系统，用于检查原木的结构、雕塑和可持续可行性。 他们使用称为激光雷达的 3D 扫描系统来创建树木的数字模型，包括每个小节、凹口和划痕。 通过分析其结构性能的数字数据，他们与建筑师和其他建筑专业人士合作，在设计中实现这些木材形式。 他们的项目之一是位于爱荷华州费尔菲尔德的玛赫西大学可持续生活中心，利用现代设计将原木转化为柱子、横梁和结构拱门。
建筑协会的“设计+制造”计划探索物理生产点的建筑设计。 校园位于胡克公园； 该教育计划位于英格兰西南部多塞特郡的一片 142 公顷林地中，旨在研究、展示和教授如何更好地利用周围的森林产品。 该项目的技术重点是木材在建筑中的创新应用，并提供全尺寸原型。 它们集成了 3D 扫描、生成建模和机器人制造等新兴工具，从而实现了设计师和原木材料特性之间的反馈。
在一个名为 Wood Chirp Barn 的项目中，由 5 名学生（Mohaimeen Islam、Zachary Mollica、Sahil Shah、Swetha Vegesana 和 Yung-Chen Yang）组成的团队设计并建造了一个采用天然木材形式的曲线棚结构。 屋顶结构由 25 根分叉的山毛榉树枝制成，这些树枝经过 3D 扫描以确定排列方式，并进行铣削以与机械臂形成互连连接。 通过设计和技术，团队探索了如何在复杂的桁架结构中转移和利用天然树木的固有形式和结构能力。 该项目和研究计划表明，技术可以用来为原木创造更多的设计机会，即使是简单的自然形式。
麻省理工学院 (MIT) 建筑系副教授凯特琳·穆勒 (Caitlin Mueller) 领导的一个研究小组正在探索一种新方法，让建筑师使用废弃的天然树叉作为其结构的承重节点。 该团队重点关注树干或树枝一分为二、形成 Y 形部分的位置。 凯特琳指出，树叉的横截面揭示了令人难以置信的纤维网络，这些纤维相互缠绕，在树中创建了这些通常是三维的负载转移点。 她指出，Y 形节点可以存在于建筑中，通过设计，直线元素聚集在一起的节点可以像悬臂一样工作，就像树一样。
研究团队开发了一个五步“设计到制造工作流程”，利用数字和计算工具来制造这些天然木材元素。 这些步骤包括创建数字材料库、找到初始设计和材料库之间的最佳匹配、创建结构性能平衡、生成用于切割的机器代码以及组装构建结构所需的叉元件。 虽然天然木材工艺主要用于装饰目的，但麻省理工学院凯特琳的团队希望通过计算工具，能够在不损害其自然几何形状和内部纹理结构的情况下，在结构中使用木材。
具有内置技术的新颖的建筑形式可以与简单的元素共存。 这使得建筑师和工程师能够重新思考这些元素并挑战围绕其合理性的神话。 未加工的木材模板是一个典型的例子。 计算工具、数字技术、机器人技术和木材研究扩大了使用这些原木形式的建筑和结构的可能性。 AA Design + Make 项目和麻省理工学院研究团队的研究表明，计算工具可以探索木材的自然几何形状，以创建激进而复杂的结构。 与此同时，Whole Trees 通过专注于重用剔除树并以适合建筑的方式对其进行工程设计，为这一概念的商业化设定了模板。 扩大天然木材形式在建筑中的前景不仅创造了独特的结构，而且还有助于可持续的环境影响。
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