皇甫子玥 （南京大学建筑与规划学院，江苏 南京 210000）

1 工业化竹材与体系化建筑

1.1 工业化竹材特性与类型

工业化竹材是将原竹分解为不同细小单元之后，再经过一系列胶合压制工艺经改性强化成型的竹质新材料，这种先分解后合成[1]的方式，有效克服了原竹较快老化、难以达到结构性材料断面、建造持久性的材料学问题，大大扩宽了竹材的应用范围。工业化竹材根据构成单元和加工工艺的不同，可将其分为竹集成材、竹重组材、竹篾层积材[2]，其中，竹重组材的室外耐久性最好，集成材次之。同时，作为建筑用材从受力角度可分为结构材和非结构材，作为非结构材可应用于许多大型公共建筑场所的围护材料、室内外装饰材料、竹墙板地板甚至家具，作为结构材也可以构建起整个建筑系统，建造屋架、楼板等承重钢构件。

1.2 工业化竹材体系化发展现状

在探索高度和跨度的发展过程中，工业化竹材一方面逐渐呈现从材料、构造到结构上的技术复合趋势，竹与木、竹与钢、竹与混凝土等不同材料优势互补；另一方面则呈现体系化、预制装配化。虽然中国竹建筑行业具有显著的资源优势和市场前景，但是由于相关建造系统、结构体系、建筑技术和理论研究尚处于探索和实验阶段，还没有建立一套完整的工程类标准和行业规范，大部分都是参照工业化木材应用标准来操作[3]，要将其发展为结构材料以达到真正现代工业竹装配式建筑，实现建造持久性和规模化应用仍任重道远。当下面对日渐增多的公路桥改建为步行桥需求，例如，中里廊桥[4]、石门廊桥的现代化改造，通过“廊屋设计”嫁接工业化竹材与建筑应用的桥梁，是实现工业化竹材创新发展的契机。

2 梅口埠廊桥设计背景

2.1 桥体基本概况

梅口埠桥横卧于福建南平松溪县梅口村古埠头，是一座建设于90年代的普通车行公路桥梁，全长195.4m，桥面净宽3.9m、总宽4.9m，整体为连续简支梁结构，采用预制T字梁方式建造，共有8个桥墩，每个桥墩之间的跨度为20m，无廊屋（图1）。随着周边村镇的建设和其他道路的发展，此桥的交通运输功能逐渐弱化且略显荒凉，而近年来梅口古埠4A级旅游综合景区的建设，给这座桥的未来带来了转机，开发者提出要在现有跨河桥体结构上增设廊屋，将其改造为一座兼顾景观和实用意义的步行廊桥，使之不仅能成为梅口古埠景区的一个重要景观节点，更能成为当地居民休闲、娱乐和社交的公共活动场所。

图1 松溪梅口埠桥场地实景图

2.2 廊桥设计需求

梅口埠桥在功能上将由公路桥改变为步行桥，现有的桥体结构状况良好，基本可以保持不变，只是原公路桥设计资料无可查询，出于安全考虑，对桥体结构的干扰和增加的荷载应尽可能减少。如果使用木材营建传统木结构廊屋，其荷载过大容易危及桥体结构安全。如果采用轻质高强、结构自重轻的工业化竹材作为桥面以上廊屋的主要材料，并通过竹装配结构和局部钢结构加固支撑来展开廊屋设计，那么将极大降低新增廊屋重量。另外，松溪当地有丰富的竹林资源，就地取材也可极大节省成本，工业化竹材在当地的运用能起到深刻的生态示范意义。

在实用需求上，梅口埠河流上游不远处有另一座跨河公路桥可满足大部分车辆通行，梅口埠桥对车辆通行需求不高，在桥面建造满铺廊屋更需考虑适宜人体的高度。所以，对通行车辆类型和高度做了相应限定，只允许小型农用车、摩托车通行，限高为3.3m，净宽保持原来的3.9m，桥头和桥面两侧分别增加休憩空间。

在景观需求上，廊桥的整体形象在与周边的自然环境协调的同时，也要突出自身的廊桥建筑特征，桥头建筑也是梅口埠廊桥形象的重要展示面，连系着桥面和桥下空间，是人们最容易汇集的场所。

3 廊屋基本模数与标准屋架

在设计之初，根据工业竹材料特性选定一套基本模数，是实现建筑构配件、组合件能够预制、互换、拓展以达工业化生产和装配式安装的基础，廊屋设计基础主要包括确定工业竹用材模数、断面选用以及廊屋平面模数、梁架尺寸的确定，从而构建出一榀标准屋架，并由标准屋架拓展出多种屋架变体，最终形成一个互相关联的整体。

3.1 用材模数和断面形式

工业竹杆件长度一般限制在7m，断面尺寸模数化[5]，每榀廊屋梁架均为标准组件，才能利于构件加工和安装。廊屋设计根据需求选用了5种由大到小的工业竹断面尺寸60mm×180mm、60mm×120mm、60mm×60mm、80mm×80mm、40mm×40mm，其中：在垂直方向上使用60mm×120mm作为主柱、80mm×80mm截面组合四柱，水平方向上以60mm×180mm作为主梁、60mm×120mm作为纵向连系梁和檩条尺寸，40mm×40mm为扶手栏杆等次级结构。采用组合柱梁系统[6]，将大尺寸的单柱单梁分解成小尺寸的双柱、四柱组合，以达成相同的结构强度（图2），类似于“一根筷子易折断，一捆筷子抱成团”的方式，将水平杆件构件夹于内侧，这种方式较之于单梁单柱系统,一是用材小且密度高、节约材料；二是提高结构整体刚度的同时，减轻结构自重；三是利于结构用料断面的小型化，易于拼接，方便生产、运输。

图2 组合柱梁断面可能性、节点原型和组合变体

3.2 标准屋架和变体屋架

单元模块工业竹杆件断面尺寸和组合柱梁系统作为基础，继而需要统一定义廊屋屋架和桥体原始坐标系，再通过平面模数和梁架尺寸的确定来建立标准屋架。原始坐标系包括X、Y、Z三个方向，开间（面阔）发展方向即桥的长向定义为X方向，步架（进深）发展方向即桥的横向定义为Y方向，标准屋架即是在Y方向轴线上，垂直于X方向由立柱、纵横向杆件组成的一榀梁架。

标准屋架的基本模数是根据现有桥体尺寸推导敲定的，现有桥体的平面参数一定程度上决定了廊屋梁架X、Y、Z三个方向的尺寸，廊屋的坡度大致采用福建当地居民屋顶坡度和木拱廊桥23°的坡度，X方向由桥墩间距决定，Y方向由桥面宽度决定。

①标准屋架的设计依据是现存的Y方向桥体尺寸，原桥面宽3.9m，两侧有0.5m的凸起悬挑，在既有条件上将3.9m的桥面作为中间主要步行区，主体屋架在两侧落地为主柱，划分为0.975m的四步架，同时借助桥体原有0.5m的凸起，结合局部钢结构，两侧各悬挑出0.8m宽的休息观望区、局部设置座椅(图 3)。

②X方向是廊屋整体形态的重要展示面，以8个桥墩点搁置高起的廊屋，呼应桥体本身的结构韵律，根据每20m跨度的桥墩，将桥头桥尾之间的廊屋划分为9段，各段开间数均为3个，每开间尺寸在3.55m左右。

③Z方向廊屋的高度会引起桥体重心的变化，重心变化进而导致整体力学性质的变化，屋架高度的控制尤为重要，主梁到桥面限高3.3m，也利于廊桥在宽度、高度上寻求合理的人体尺度感和比例关系，高度的发展能演化出B-2“重檐”屋架（图3），在视觉上看似多层。

图3 标准屋架A和组合屋架B-1、B-2

变体屋架B的出现是为了打破194.5m桥体全用Y轴线方向屋架冗长单调的形态，通过X轴线方向屋架的置入来实现形态的节奏变化，在诸多传统廊桥中都有这种运用，例如，重庆黔江的濯水风雨廊桥。如此以来，必然要面临X方向、Y方向两种屋架的交接问题，实现屋架连系梁、檩条、檐口顺利搭接，这必须由某个共同参数控制，并统一着X方向屋架、Y方向屋架，乃至整个结构单元体，即A屋架与B-1、B-2屋架必须具有相同的基本模数，同时屋顶坡度相同，基于A或B等多种模数的单榀工业竹结构屋架的建立，使得屋架具备了空间上的可拓展能力。

4 结构单元体与类型组合

4.1 结构单元体及变化

相邻两榀梁架通过自身的刚度和纵横拉结杆件形成一个稳定的整体框架体，这样一个框架体为一个结构单元[7]。结构单元基本都是对称均衡，因为桥面增加建筑物悬挑可能会引起桥梁整体扭矩的变化，需整体考虑，但对称扭矩基本不影响。廊屋形态与桥面形态是一个互动的过程，X方向上的两榀基本屋架再加上纵向连系梁控制X方向的复制拓展，通过调整X方向开间和Y方向步架的参数值和数目实现变体（图4），追求廊架空间的发展。

图4 结构单元体

4.2 造型韵律-类型与组合

廊屋由X、Y、Z三个方向多种不同屋架组合成的单元体组合成一个有机体，整体形态有断有连，一是满足结构的安全性，倘若整个廊屋全以连贯排架的方式布局，一旦遭受强大的风侧推力便会轻易使屋架整体倾倒；二是丰富廊屋形态，借助上部廊屋变化来限定下部休息场地，溶解并软化原先僵直生硬的形态，增加视觉效果，调动丰富多样的人群行为活动；三是竹材是结构材，也是装饰材，能够既满足建筑外观又满足结构支撑，有效避免了二次装饰且清晰体现结构逻辑[8]。另外，桥头建筑也是梅口埠廊桥形象的重要展示面，联动地面和桥面，通过屋架组合能拓展出不同造型和韵律（图5）。

图5 廊桥形态变化

5 总结

传统的木拱廊桥使用杉木构成其框架结构体，以工业化竹材这种半自然材料，探索廊屋模数应用、体系化设计，在开放的河流树木等自然要素下，延续并保有了材料自身特质与周围环境的“共时性”，使得廊屋形态与桥体结构形成有机和谐的关系，也能体现建构之美。