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任何行業都一樣，建築工作者的大多數技能無法光靠學校教育來傳授，必須藉由多年工作和解決實際問題而獲得，對於剛畢業的建築系學生而言，在第一次現地勘查時，與營造廠、顧問、工程師和施工人員接觸可能會令人不知所措，尤其是如果他們正在探索在施工中如何進行實際操作的話。

木材的使用經驗告訴我們，在恆定的溫度和濕度條件下，當木材不再獲得或失去水分，它就達到了所謂的「平衡含水率」，所以我們看到木材在乾燥或者在特別潮濕的環境中，反而可以持久耐用，倒是在時而乾燥、時而潮濕的環境中，木材的使用壽命卻很短。所以行業中有句老話：「乾千年，濕千年，乾乾濕濕兩三年。」

人類創造了很多令人不可思議的建築，然而這些卓越的成就並非沒有錯誤。無論是因為結構及材料上的隱患，還是機能上的缺陷，都會產生嚴重的後果。在全世界各地，每年都會產生各種各樣的建築事故，甚至有很多人因此失去了生命，在為這些人哀悼的同時，作為設計師，我們也應該去瞭解這些工程事故或問題發生的原因，並且引以為戒。

美國最大的房地產開發商 Lennar， 建築技術公司 ICON 和BIG（Bjarke Ingels Group）建築師事務所共同合作，聯手打造全世界最大的3D 列印住宅社區，預計2022年動工，運用最先進的 3D 列印機器人和建築材料，在美國德州奧斯汀蓋出共100戶的 3D 列印住宅社區。

提到「梁」，人們的第一印象就是一條直線，A到B的過程，從祖先的一根過河獨木，到現在的跨海大橋，AB之間的距離越來越大，工程師的一生，或許就是與「跨越」糾纏的一生。

新冠病毒暴發之前的建築設計，通常是藉由設計方(建築、結構、電氣、機械)與發包方、承包方及製造商等各相關方進行深入的面對面溝通達成共識的。然而在新冠疫情期間及後新冠時期，面對面交流的機會減少，網路會議的頻次卻日漸增長，由此可見在這種情況下利用Building Information Modeling(BIM)達成共識是一種行之有效的方法。

司化成工業築波技術中心（TSUKUBA TECHNICAL CENTER）位於市郊，是進行包裝材料等製造和銷售公司的單層木構造辦公建築。 建築主體平面是18.4公尺×18.4公尺的正方形，高度約為4公尺，考慮到貨運卡車頻繁出入的因素，將鋼結構柱從地面整體抬升1.2公尺，而地板以下則是留給設備的開放式空間。 建築內部中央 10.4公尺×10.4公尺的辦公區域，在其外圈是寬度為4m的獨立空間，外立面的開口和牆壁交錯排布，在欣賞建築周邊風景的同時，有效保護了辦公區域的隱秘性。屋頂的木結構材料，既不是原木也不是膠合木，而是採用以構造用合板（層壓板）為主材的互承結構格子梁，以實現最大跨度10.4公尺×10.4公尺的無柱空間，同時，自然光可以通過屋頂互承結構之間的空隙直接照進室內。     圖 2　建築剖面圖 圖 3　建築平面圖 圖 4　開口與牆壁交錯分佈的建築外立面（攝影：井上玄） 構造用合板的特徵和研究 日本的木結構建築一般是用原木材或者膠合木材等作為主要承重結構，而「構造用合板」（層壓板）主要是作為屋頂貼面、地板、牆壁等具有力學特性的 面板結構部件來使用。也就是說，承重結構是主角，面板材料是輔助材料。近年來，新型木材製成的面板材料CLT的應用已經比較成熟，但還沒有達到全國性的普及。那麼，如果不用傳統的木材，能否以面板材料作為主要的承重結構，如用「構造用合板」來支撐起整個屋頂呢？本案的設計工作就是由建築師和結構工程師一同從這個問題開始進行的。 此建築運用的構造用合板（以下簡稱合板）是由較薄的單板（Venner）在纖維方向上正交、交疊後擠壓定型而成，因此成品具有薄、板面較寬且較短的幾何特徵，同時屈曲強度較低，但抗剪性較高。因此，如果垂直佈置合板將其設置為梁構件，可以充分發揮其力學性能並滿足設計要求，但是材料的長度不足（每塊板長約1.8～3m）以及平面外穩定性成為了新的問題。 互承結構的使用 類似本案的正方形建築的設計過程中，通常會把屋頂的豎向荷載均勻地分佈在X、Y軸兩個方向上，使整個結構體系都參與進來，荷載會同時向兩個方向傳遞，同時兩個方向的梁也會相互輔助降低屈曲長度。但是，木結構的互承式格子梁很難像鋼結構和混凝土結構那樣，在同一個節點上交叉、連續，而往往要將X、Y兩個方向的梁水平錯開，因此垂直放置的合板所組成的互承結構需要在高度上滿足合板的尺寸需求。另外，如果X、Y方向的梁級有很大區別的話，就無法有效地滿足平面外穩定性，因此需要設計與X、Y方向梁級相同的互承格子梁。 為瞭解決上述合板材料特性和格子梁的問題，提出了互承結構的初步設想。本案中的互承結構非常適用於長度有限的合板，也適合將荷載均勻傳遞至多個不同的方向，因此合板組成的互承式格子梁結構成為本案的最佳結構體系。另外，還可以通過縮小互承結構格子單元的間距來有效抑制屈曲。 雖然合板有很多種不同的尺寸和規格，但是最常見、流通最廣泛的合板厚度通常為12mm，考慮到梁結構的分佈和跨度等因素，因此將5塊尺寸為1 200mm×2 400mm的合板用粘合劑膠合成厚度為60mm的板材，作為一個結構單元來使用。本案互承結構梁的位置是不規則的，通過將T形結構單元網狀相連，最終構成互承結構的格子梁。 對整體互承結構格子梁進行應力分析，由於局部的應力差異較大，設計根據各梁單元的應力情況對梁截面進行優化調整，旨在控制成本和減弱室內空間的變化（圖7~9）。 圖 7　互承結構格子梁計算模型 圖 8　格子梁剪力應力圖 圖 9　按實際應力設計的梁截面 節點細部的探討 互承結構直接使用合板，通過格子梁的間隙可以直接看到整個屋頂結構，而這也成為接下來設計中最艱難的課題：梁單元之間的接合方法。梁單元的節點為T形，由於梁材厚度為60mm，如果使用傳統木結構建築中常用的榫卯節點，會使梁的缺損比例變大。由於互承結構本身就是荷載循環式傳遞的結構體系，所以儘量不要採用將一個構件插入另一個構件之中的組裝方式，只能將構件滑動到垂直方向並依次組裝。我們也討論過將構件滑動到T形位置後從節點的背面用螺釘或者楔子等打進去的方法，但是由於其強度無法預估而放棄了在合板的多層木板之間打入螺釘的想法。 圖 10　T 形結構單元節點細部 通過以上的思考討論，最終採用釘子和螺釘把合板正交固定的有效方法：在梁構件板材的兩端留出固定一條小截面木材的空間，在5片膠合合板中，只延長最邊緣兩片合板至T形互承結構單元的另一構件表面（圖10）。在T形互承結構的另一構件側面，固定一條小截面木材，其大小正好可以且完全置於另一合板一端事先預留的卡槽空中，T形單元節點的接合方式則使用傳統木結構牆壁（耐力壁）的接合方法。安裝時可以將一塊合板構件滑動至預定安裝位的正上方，垂直落下並連接，所以施工方法也變得簡單，因此確定將這種接合方法作為最終的連接細部做法（圖11，12）。 圖 11　互承結構格子梁施工現場 圖 12　施工時，需將構件移動至預定安裝位的正上方垂直落下 牆壁和立柱的結構 設計中，對互承結構傳遞豎直和水平荷載的支撐結構也進行了分析討論。立柱和牆壁的設置需要適應辦公空間，辦公室內的剪力牆長度很短，而基礎比主體結構整體向內縮進600mm， 地板以下的空間為開放空間，幾乎沒有預設剪力牆。同時建築外牆與玻璃交叉分佈，開口較多，很難設置剪力牆。因此，與建築師商討後，在室內辦公空間的外圈設置米字旗狀（卍）的木結構剪力牆來承載大部分垂直方向和水平方向的荷載。 決定外牆部分結構的主要因素並非來自屋頂的垂直荷載，而是建築外牆所受的水平荷載。外牆玻璃與實牆部分的排列類似於國際象棋的黑白格分佈（市松狀），上方開口，下方是牆壁的部分，立柱通高，截面為60mm×150mm，間距800mm。而在上方牆壁、下方開口的部分，因開口是過道而不能設置立柱。因此，在開口和牆壁的邊緣部分高度為2m處設置橫樑，將120mm×240mm截面木材橫向放置，端部設置與橫樑同一截面尺寸的木結構立柱。立柱通高，側面與互承結構的梁構件單元相連。 圖 13　合板梁與外側立柱節點（攝影：井上玄） 如上所述，根據辦公空間的設置，在其外圈的獨立房間區域設置「卍」狀的木結構剪力牆，建築最外側則設置了較為纖細的獨立立柱的結構體系，實現了內部空間的靈活自由以及外部空間的開放通透。 圖 14　整體結構爆炸圖 地板下的結構 整體抬高架空的基礎結構，支撐豎向荷載以及前文提到的「卍」狀剪力牆和外圈立柱，最理想的狀態是與上部結構一樣使用木結構。但是一般情況下，木結構基礎是設置在混凝土基礎之上的，但本案需要把一層架空作為設備預留空間使用，需要儘可能預留地板下空間，因此放棄了混凝土基礎的設計思路，轉而使用鋼結構來完成「懸浮盒子」的設計。 結語 整個建築考慮到扭轉等不利工況，按照豎直和水平力最不利工況佈置剪力牆，在剪力牆下方佈置「口」字形基礎，同於預埋方鋼管150mm×150mm×6mm作為柱腳固定的基礎結構。外圈的支撐結構本來是考慮直接佈置在外牆立柱正下方，但是如前所述，基礎結構從上部建築外牆起整體向內縮進600mm，在相應位置設置圓形鋼管（101.6mm×5mm），同時設置混凝土獨立基礎支撐（圖15）。 作品資訊 建築名稱：司化成技術中心 建設地點：日本茨城縣築波市 建築設計：吉松秀樹＋ Archipro 結構設計：山田憲明構造設計事務所 Yamada Noriaki...

由多個組織如 Institute for Computational Design、Construction (ICD), Institute of Building Structures 、Structural Design (ITKE) 以及 (ITFT) 斯圖加特大學(University of Stuttgart)的ITECH（Institute for Textile and Fiber Technologies）共同組成的研究小組，開發了一種自適應性的結構「ITECH Research Demonstrator 2018-19」，其概念來自於瓢蟲翅膀的摺疊機制。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院於瑞士Riom的Origen Festival公開了名為「Concrete Choreography（混凝土舞蹈）」的3D列印混凝土裝置藝術。不但能夠在2.5小時完成9根2.7米高柱子的列印，這也是第一次使用機器人3D列印技術於混凝土裝置，更是沒有使用模板。這些柱子不僅僅由定製軟體設計，也可以由NCCR DFAB支援的新3D列印工藝製作。

下列建築作品呈現了葡萄牙全國各地的新混凝土結構，包括各種不同的建築類型，規模和環境條件。利用骨料，紋理和強化材料的各種組合，這些設計使設計團隊能夠探索如何體驗建築外殼以及內外空間的邊緣狀況。