城市里的心動：「木建筑」的美

前段時間，一條新聞吸引了小編的注意，CTBUH認證挪威布魯蒙達爾一建筑Mj?st?rnet為世界上最高的木構建筑，其高度為84.5米，是挪威第三高的樓。

聽到這個消息的時候，小伙伴的反應是“什么？！這么高？”下面就來和小編來一起了解一下到底是什么神奇的木材吧。

這棟高樓所使用的木材為叫交合木和交叉層壓木材CLT（cross laminated timber）。由于最近木材領域的研究有了巨大的進步，尤其是膠合木領域，木材開始作為一種結構構件材料出現在大家的視線中。

最難能可貴的是，木材也是世界上唯一真正可再生的建筑材料，因為它在整個生命周期中的碳排放量為負數。

一般來說，CLT板的長度可以到18米（甚至是30米），寬度可以到3米（甚至是4.8米）并且厚度基本在300-400mm之間。

先讓我們看看幾個CLT材料建成的建筑吧。

不列顛哥倫比亞大學的Brock Commons學生宿舍樓

英國自由民學校“全木構”游泳館

通過上圖我們其實可以看出，CLT木結構是可以迎合各種建筑形態的需求。

這種神奇的木材制造起來也是頗費一番功夫的。

1. 先把原材料干燥并按照強度和剛度分類

2. 去掉部分強度等級不符合要求的木材并把剩余的 板材按照節點分割成條板

3. 分割好的條板用粘合劑高壓粘接成一個層板

4. 把各個層板按照規定的方向粘接成一塊CLT板

5. 按照結構構件需要的長度來進行切割

一個典型的五層板的CLT構件成品如圖所示。

經過幾大工序制作出來的建材都有什么特性呢？

1. 強度

因為CLT是將板材正交疊加放置的，同時利用了順紋抗拉性能和橫紋的抗壓性能，克服了木材各向異性的缺陷，擁有良好的雙向受力能力。高壓膠合的過程極大的減小了木材本身的收縮或者膨脹程度，從而使CLT板擁有極大的剛性，因此CLT構件既能作為水平構件，也能作為豎向構件使用。

2. 耐火

有人可能覺得木材的耐火性差且容易受到蟲害，其實這是一個誤區。CLT的耐火性能已經在歐洲得到了廣泛的認證，在高溫下，與氧氣接觸的木材外表面會形成碳化層，從而隔絕了火焰對內部木材的進一步碳化，使構件依然保持了大部分的承載能力。而且CLT板在具體施工時會配合石膏板等隔熱防火措施，這些措施使其抗高溫能力超過了一般的鋼材（鋼在450℃~650℃時會失去承載能力，發生很大的形變，導致鋼結構構件因變形太大而不能繼續使用）。

圖：在燃燒試驗中表面被碳化的CLT結構構件

至于蟲害方面，上文中提到CLT木材在使用時會經過過蒸氣干燥處理，使其平均含水率在15%左右，而當木材的含水率在19%以下時，蟲子就無法生存。而且現代的木結構建筑會在地基處設置防腐材料，進一步防止白蟻的侵蝕

3. 抗震

在地震頻發的地區，主要考慮的就是結構體系的抗震能力。木結構建筑是由CLT板材和建筑中的連接件保證其有較強的抗震能力。它對于瞬間沖擊荷載和周期性疲勞破壞有很強的抵抗能力，其結構框架能將荷載均勻分布傳遞。因為木材料自重輕，又有很強的結構冗余和吸收能量的作用，所以在地震多發的國家和地區都廣泛的使用木結構建筑，比如北美的西海岸，日本，新西蘭。

日本神戶之前還在一個防震實驗室里用CLT材料建造了一個7層建筑來進行一系列高強度的地震模擬測試，結果表明該CLT建筑沒有出現持續明顯的結構破壞。

圖：七層木結構建筑的地震模擬測試

而且木建筑因為其重量大約只有混凝土建筑的1/7，為了防止其收到風荷載產生較大的晃動，一般較高的建筑都會在上部幾層采用預制混凝土樓板或使用混凝土核心筒結構來增加建筑自重。

4. 綠色

鋼材和混凝土材料是我們公認的碳密集材料，而在整個木結構建筑生命周期中，總的碳排放可能是負數。

舉個例子：200m3的木材的二氧化碳凈儲存量為500噸左右，相當于93輛4.0L排量的轎車跑一年的二氧化碳排放量（我們假設一年的里程約為1萬公里）。

有人可能會擔心使用木材會導致森林環境被破壞，實則不然。森林中的樹木生存時間長了之后，不僅容易受到蟲害，材質下降，而且極易引起森林火災。有數據表明，樹木生長到之后，每天進行光合作用產生的氧氣與其每天呼吸作用產生的CO2幾乎等量。

介紹完了CLT材料，那么我們怎么定義木結構呢？

根據CTBUH修訂的高層規范，木材結構的建筑其主要的豎向和水平結構構件和樓板平面系統都必須是木材，一個全木結構可以在木構件中局部使用非木材的連接構件。一個有混凝土厚鋪的木樓板或者由木梁架起混凝土板的樓板系統的建筑物也認為是木結構建筑，因為混凝土構件并不是主要的結構元件。

目前的CLT板材普及度還不高，主要是因為其生產成本很高，而且對木材的需求量很大。但是考慮到施工時間，人力資源，節能環保等方面，CLT仍是一種替代鋼和混凝土材料的好選擇。

舉個例子，在倫敦市區的文洛克路，一棟10層樓高的木結構公寓在建造的過程中，放眼望去，工地上只有不到10個工人。

下面就通過UCB大學的Brock Commons大樓來具體介紹一下這個結構體系和建造工藝。

如下圖所示，這個18層的大樓采用了重型混合木結構體系。高度為53米，總面積達到15120㎡。首層是現澆的混凝土結構，中間是兩個現澆混凝土核心筒，其余全部為膠合木板柱。建筑的外立面由閾值化的墻板系統組成，包括藍色玻璃，飾面板以及金屬裝飾條。屋面組建為傳統組合屋面系統置于金屬面板之上并用鋼梁支撐。

該項目還利用了BIM建筑信息模型來實現各個單位間的溝通和合作。

該樓考慮到重力荷載以及剪切荷載的傳遞，采用了多種連接類型：

1. 膠合柱和鋼結構屋面：采用了類似柱與柱之間的連接，把支撐屋面梁的鋼組件錨固到了膠合柱的頂部。

2. 膠合柱與CLT面板：采用圓形空心型鋼緊固到鋼板上，并將鋼板用螺桿連接在每根柱子的頂部和底部，螺桿最后用環氧樹脂粘合在柱子中。CLT面板支撐在下方柱子的頂部，并用四根螺桿栓接到鋼板。

膠合柱和混凝土板：其連接方式類似于膠合柱之間的連接。如圖所示。

4. CLT板和混凝土核心筒：CLT板通過角鋼焊接到鑄入核心筒壁的嵌入板，這種連接可以承受節點處的縱向以及橫向剪力傳遞。

小編相信木結構是有很大的發展空間的或者說是未來建筑的發展趨勢之一，木結構建筑的材料生產工藝決定了其建筑的必然是裝配式。裝配式木結構除了擁有裝配式建筑固有的優點以外，還有一個最大的優點，就是超低能耗，而且裝配式建筑的材料不可以被局限在混凝土、鋼、木等單一建材，而是可以混合使用，找出最適合建筑本身的組合方式，實現資源的最大化利用。