几千年来，木材一直是建筑材料的热门来源。通过锯切、碾磨和其他工程木材转换工艺，各种木材形态被创造出来，并应用于产品、家具和建筑中。然而，这些工艺有时会改变木材结构的基本线条。茎干可能会被劈开，纹理图案也会改变，有些木材，如橡木和雪松，很容易被还原，而另一些则会变得难以处理。因此，人们开始探索古代建筑中的整木形式，如木屋，将不同截面的木材分层，形成房屋轮廓。通过设计，完整使用树干或树枝可以突出其与生俱来的机械特性，从而实现结构的可持续性。虽然这些做法在当代建筑技术中并不常见，但新的技术创新拓展了木结构建筑的前景。
木材建筑以工程和文化实践为基础，这些实践证明木材具有很高的强度重量比，在承载大量自重的结构中使用木材最为有效。然而，这种观念限制了天然原木作为拉伸构件、高层建筑结构或大型现代建筑主要构件的可能性。尽管如此，通过利用木材的纹理结构和纵向纤维，这些木块还是表现出了很强的机械阻力，可以加以利用。一些工程公司（如 Whole Trees）和建筑研究机构（如建筑协会研究生课程“设计+制造”）已经探索了木材天然形态作为柱、梁、桁架、椽等的不同前景。
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，旨在振兴“cull trees”--即那些适合做木材，但由于树形、质量不佳或树种不理想而没有可销售锯材的树木。他们将这些树木重新加工成柱、桁架、梁和托梁，用于商业建筑。
随着时间的推移，该公司已经开发出一套系统，用于检查木材原木的结构、雕刻和可持续生存能力。他们使用一种名为激光雷达的三维扫描系统来创建树木的数字模型，包括每一个疙瘩、缺口和划痕。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态。他们的一个项目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，该项目利用原木将其转化为现代设计中的柱、梁和结构拱。
建筑协会的“设计+制作”项目旨在探索建筑设计的实际生产过程。校园位于英格兰西南部多塞特郡的胡克公园（Hooke Park），占地 142 公顷，该教育计划旨在研究、示范和教授如何更好地利用周围的森林产品。该计划明确将技术重点放在木材在建筑中的创新应用上，并提供全尺寸原型。它们整合了三维扫描、生成模型和机器人制造等新兴工具，实现了设计师与木材原木材料特性之间的反馈。
在名为“Wood Chirp Barn”的项目中，一个由 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造型的曲线棚屋结构。屋顶结构由 25 根分叉的山毛榉树枝构成，这些树枝经过三维扫描确定排列方式，并通过机械臂铣削形成相互连接的连接。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固有的形态和结构能力。该项目和研究计划表明，即使是简单的自然形态，也可以利用技术为木材原木创造更多的设计机会。
美国麻省理工学院（MIT）建筑系副教授 Caitlin Mueller 领导的研究团队正在探索一种新方法，让建筑师利用废弃的天然树叉作为结构的承重连接。该团队Caitlin 指出，从树叉的横截面可以看到令人难以置信的纤维网络，这些纤维交织在一起，在树上形成了这些通常是三维的荷载传递点。她指出，Y 形节点也可以存在于建筑中，通过设计，直线元素汇聚在一起的节点可以像树一样起到悬臂的作用。
研究团队开发了一套分五个步骤的“从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构件。这些步骤包括创建数字材料库、找到初始设计与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，以及组装所需叉形构件以建造结构。虽然天然木材工艺大多用于装饰目的，但 Caitlin 在麻省理工学院的团队希望通过计算工具，在不影响木材天然几何形状和内部纹理结构的前提下，使木材在结构上的应用成为可能。
内置技术的新型建筑形式可以与简单元素共存。这使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。未经加工的木材就是一个典型的例子。计算工具、数字技术、机器人技术和木材研究拓展了使用这些原木形式的建筑和结构可能性。来自 AA Design + Make 计划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，从而创造出激进而复杂的结构。同时，“整棵树”项目为这一概念的商业化树立了模板，它专注于重新利用库尔树木，并以适合建筑的方式对其进行工程设计。拓展天然木材在建筑中的应用前景，不仅能创造出独特的结构，还能对环境产生可持续的影响。
本文是 ArchDaily 专题的一部分： 木材在建筑中的未来，由 Tantimber ThermoWood 赞助支持。
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