Architecture in Nature’s embrace

Architecture in Nature´s embrace 建築自然學

“工業化時代下建築與自然的融合＂

“The Integration of Architecture and Nature in the Industrial Era＂

Keyword

+ 現象探討 Phenomenon discussion

+ 曲木研究 Bent wood research

+ 空間組合 Spatial composition

當人們對空間的需求逐漸由單一封閉轉向更為多元的交流互動時，建築的形式與結構需求也迎來了一場革命性 的變革。人們不再僅僅追求傳統的固定框架，而是開始尋求自然的形式、流動的結構以及開放的空間，然而， 這些追求雖然存在，卻難以在街頭一瞥而見，為甚麼?

我們如何將預製的單元融入建築各個層面，創造空間可流動、力學可流動的構造物。

設計議題 Design issues

自然 Nature

V.S

工業 Industry

非正交系統形成原因

Causes of non-orthogonal systems

設計方法 Design thinking

木材 Timber

模具 Mold

單元 Unit

空間設計 space design

目錄

Contents

成長出來的

It grows up naturally

工業革命 Industrial Revolution

在工業時代的當下，人類多追求效率化的工程，生產的材料也多為生產效益最高的直線材，而人類為了提高空間使用的效益也多生產垂直水平的空間，然而此種形式的

結構效益卻並非最佳，且人類的空間需求也不僅限於單一形式堆疊的空間，而是逐漸趨向於多元化空間。

工業生產出的材料以直線為主

Materials produced in industry are mainly straight lines

Tend to appear in aggregated form.

應力集中於正交系統的連接點,需加強連接點

Stress is concentrated at the connection points of the orthogonal system, and the connection points need to be strengthened.

https://ofcharacter.tumblr.com/post/625552001623851008/ecole-darchitecture-de-lyon-fran%C3%A7oise-h%C3%A9l%C3%A8ne

藝術與物理學 Art and Physics

自然中的線條，充滿了流暢、優雅，並賦予大地山河、花草樹木令人陶醉的輪廓。這些 線條形態是將外部的應力或力量轉換為更均勻、更穩定的力學結構，使得物體能

夠在受到壓力的情況下保持穩定並降低損壞的風險。但自然的線條通常不能形成人類可以使用的空間。

自然線條所創造既規則又流動之輪廓

Natural lines create regular and flowing silhouettes

自然物質受力轉折時以圓滑曲線分散壓力

Natural materials use smooth curves to disperse pressure when subjected to force transitions.

分散結構受力點的壓力，提高穩定性

Disperse the pressure at the stress points of the structure to improve stability

非正交系統形成原因

Causes of non-orthogonal systems

空間 Space

結構

Struvture

https://www.nownews.com/news/5636133

lecture theater

https://www.gooood.cn/medical-centers-new-roy-and-diana-vagelos-education-center-columbia-university-by-diller-scofidior.htm 錯層空間 split-level space

https://www.gooood.cn/s-house-by-yuusuke-karasawa.htm

樓梯為連接垂直空間的路徑，同時也是每棟建築必備的要素之一，因本身的功能性而帶有天生的斜面，使空間 有連續性，同時也帶來結構的連續性。

階梯 ladder

https://www.nownews.com/news/5636133

演講廳 lecture theater

https://www.gooood.cn/medical-centers-new-roy-and-diana-vagelos-education-center-columbia-university-by-diller-scofidior.htm

空間的流動性 luidity in space

當人們對空間的需求不再僅限於同個水平面，而是因為

各式活動需要不同高度的視線位置，空間開始出現由自

然地形為概念的斜向空間。

錯層空間 split-level space

https://www.gooood.cn/s-house-by-yuusuke-karasawa.htm

https://www.pinterest.com/pin/374854368965560745/

斜交網格結構 Diagrid Structure

braced tube

https://www.archdaily.cn/cn/928607/lun-dun-rui-shi-zai-bao-xian-zong-bu-da-sha-xiao-huang-gua-foster-plus-partners

結構效率高

High structural efficiency

斜交網格環繞建築外表面, 取代了傳統上的垂直柱與

斜向支撐。

與框架支撐體系的「框架和支撐分別承 受垂直力和水平力」不同，斜交網格同時承受垂直

和水平荷載，水平荷載作用下，斜交網格具有巨大

的抗側剛度。

braced tube 變形 deform Diagrid

https://architecturenow.co.nz/articles/te-whare-nui-o-tuteata-wins-international-accolades/³ https://en.wikipedia.org/wiki/Park51³

問題 :

如果將自然生產的特性與結構和空間的需求相加會是甚麼?

question : What would it be if we added the properties of natural producti on to the needs of structure and space?

材料工法

Material construction method

直交式集成板材 Cross laminated timber

栓組式集成板 Dowel Laminated Timber 彎曲合板 Glued laminated timber

木材纖維方向 CLT工法製造曲面結構力分散，材料利用率不佳。

直交式集成板材 Cross laminated timber

栓組式集成板 Dowel Laminated Timber

彎曲合板 Glued laminated timber

DLT工法無化學接合，彎取需增 加木栓/螺絲數量，成本較高， 但可接受多種材料組合(木頭、 金屬、玻璃)

DLT工法

直交式集成板材 Cross laminated timber

Dowel Laminated Timber

Glued laminated timber

順應木材纖維方向製作材料，單一方向結構性極強

較少的連接需求：這些結構在覆蓋大開口而無需中

間支撐時可能需要較少的接頭。

可以製作成各式形式，自由曲線、直線、彎折

以木方為最小單元可以製作雙曲面之材料

https://www.naturallywood.com/wp-content/uploads/SWA3780_13151-602x400-bf06395.jpg

https://www.naturallywood.com/wp-content/uploads/SWA3780_13151-602x400-bf06395.jpg

https://www.ganglingweb.com/hydraulic-bentwood-forming-tw

https://www.ganglingweb.com/hydraulic-bentwood-forming-tw

https://www.ganglingweb.com/hydraulic-bentwood-forming-tw

現今Free form 木構造案例

Today´s Free form wood structure cases

只使用彎曲木於單一元素 例如:屋頂、柱子 、梁

由重複單元組成

大多數使用於形塑大空間 無法和多變性扯上關係

如何應用同樣的材料與工法設計卻非常自由

How to apply the same materials and construction methods, but the design is very free assembling

傳統生產 Traditional production

拆分成樂高零件 Split into Lego parts break up

傳統生產中將此種單元視為一 個整體的構造物，會使生產時 需要為每個單元製造客製化模 具，嘗試拆分單元中的曲線與 直線，使每個單元如同樂高， 可重複生產。

Finger joint

替換一個零件就成為新的單元

Mold

施加壓力 apply pressure

三點固定模具

Three-point fixed mold

應應材料厚度改變模具 Change mold according to material thickness

模具可以因為建築中對不同尺度的弧線需求而增加

Molds can be added due to the need for curves of different scales in the building

單元銜接與應用 Unit connection and application

X、Y方向 Type A

X、Y方向 Type B

Z方向 Type A

Z方向 Type B

X-A + X-B

X-A + X-A

X-B + X-B

X-A + Y-A

X-A + Y-B

X-B + Y-B

X-B + Z-B

X-A + Z-A

X-A + Z-B

單元 Unit

空間單元組合 Space unit combination

Type 1

type 1 用於形成不同大小的空間，單一方向不同程度的起伏將空間分割成不同大 小，垂直向度的單元置入使空間在平面發生轉向，也同時成為支撐空間的結構。

Type 2

type 2

用於連接不同向度的空

間過渡，且能隨不同空間的高 度調整起伏，單元的互相交纏 形成廊道空間與開放平台，各 不干擾卻也能看到對方。

Type 3

type 3 增加Z向度之單元，使

空間更具包圍感，用於較私密 之空間的形成，每個空間交互

放置使視線不互相交集，同時 也使力麵流動感增加。

Type 4

type 4 用於連接室內與室外，三個向度的單元能最大限度的連接不斷轉向的空間。

Regional design

售票區以type 1為基礎發展，因

應對外開放的特性，曲木與曲木 間的縫隙成為此區的設計重點，

光線與風景通過曲木格柵進入空

間，使室內外邊界模糊。

Regional design

design

Regional design

第二區為整棟建築的中轉區，以

type2為基礎發展能迎接來自四 面八方的人潮，同時加入type1

分割空間，使整個第二區有等候

聽音樂的大空間，同時也有文創 商店之類的小空間。

Regional design

Regional design

單元於此區成為建築中的屋頂與

柱子支撐整個空間，柱子的高低

交錯如樹而立，使人們在柱下走

動如在樹下走動，而雙層屋頂形

成的光影如樹葉形成的光影，使

人們像在樹底下聽音樂。

Regional design

將由不同type 組合成的區域互相銜接形成 整棟音樂廳，單元在建築中可能是空間分割 的牆，可能是支撐建築的結構，也可能是人 體尺度的家具，由同一系統形成的建築各處

互相穿插銜接形成富有流動感的空間，使人

們在使用建築時能感受到獨特的韻律感