圆榫圆卯在京郊传统木结构民居更新中的应用设计研究

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在我国大力发展绿色建筑,木材产量逐渐恢复以及竹制品产业日趋完善的背景下,依托于既有木结构建筑技术大力发展竹、木以及竹木混合结构建筑已成必然趋势。研究选取京郊传统木结构民居建筑为研究对象,以传统民居更新中榫卯技艺的传承与创新为导向,主要通过实物模型制作以接近真实再现的方法,从传统民居建筑木构架中的榫卯、传统榫卯与圆榫圆卯的比较分析、圆榫圆卯的数控制作及性能优化、圆榫圆卯与传统木构架空间的耦合、传统民居更新中圆榫圆卯的应用设计五个方面进行论述、研究,探讨了古老的圆榫在当代数字建造技术快速发展的背景下的传承、创新及活化之法。本文共有七个章节,主要内容如下:首章为绪论,简要阐述了本课题的研究背景、研究对象、研究内容、研究目的、研究意义、研究现状、研究方法及技术路线。第二章以北京地区现存最大古驿站遗址——榆林堡为例,系统性阐述了当地传统民居木构架类型、特点以及木构架中的榫卯。第三章在对传统榫卯的构造类型及其特点进行归纳总结的基础上,从木作工具技术的角度阐释传统榫卯形式的当代演变逻辑,论证圆榫圆卯节点的当代合理性,进而提出传统榫卯简化设计方法以及榫卯简化程度的评估策略,并简要分析了圆榫圆卯实际应用的可行性。在此过程中,研究初步探索了重组竹的铣切加工工艺。第四章是本文的核心章节,以数字建造背景下的圆榫圆卯性能优化为导向,主要采取实物模型制作以接近真实再现的研究方法,首先对NAST机械臂平台数控加工木构件的灵活性、非线性以及批量化定制等功能特征进行实测;其次通过精度实验对该平台在加工精度方面的问题展开研究并提出优化之策;进而设计并进行了圆榫圆卯的性能试验,对圆榫圆卯间的摩擦力以及组合后的开裂特征进行测试。在此基础上,针对圆榫圆卯的构造缺陷,从初步选材、节点构造,到构件和构架三个层面提出综合优化设计策略。第五章则是以木构架空间营造为主线,探索圆榫圆卯这一全新木构架体系与传统木构架体系(以延庆榆林堡为例),这两种一新一旧截然不同的结构体系,在空间形成上由间到屋,由屋到院,由院到组团乃至整个聚落之空间形成的耦合性。第六章以榆林堡人和街更新为例进行模拟应用设计,探索圆榫圆卯在京郊传统木结构民居更新中的实践应用策略并做出设计,完成研究闭环。最后一章为全文总结,主要对文中研究成果、创新点及其意义加以总结,并对研究的不足之处予以分析。本文对传统榫卯木构架营造技艺传承与创新的研究,完善了传统民居更新改造设计与现代木结构建筑设计理论与方法,在基本理念层面建立了传统建筑榫卯构造与当今建筑数字化智能化发展的递进关联,从数字建造、装配式建筑角度对探索和推进我国的装配式木结构建造体系、榫卯木结构建筑的绿色可持续发展具有重要的实践意义。
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