防火、抗震還隔音 木材也能建大廈？

在如今，這個由鋼筋混泥土，鑄就的城市森林里，提到木屋，你會想起什么呢？

（圖片來源網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

也許很多人腦子里首先浮現(xiàn)的是如上圖一般的場景：低矮的木色房屋掩映在一片綠色之中，浪漫而溫馨自然。

但是，接下來要給大家看的木屋，卻可以高層疊起，可以建造的充滿現(xiàn)代氣息。

比如下圖案例來就是自加拿大的木材設(shè)計創(chuàng)新中心大樓和臺灣省的森科總部大樓，它們都是采用的全木結(jié)構(gòu)。

這就奇怪了，使用木質(zhì)材料搭建木屋我們可以想象，完全采用木結(jié)構(gòu)來建造現(xiàn)代化高樓，真的可行嗎？

可行！高層木結(jié)構(gòu)房屋的秘密就在于今天我們要重點討論的新型工程木材料：CLT (Cross Laminated Timber），也叫做交叉層積材。

交叉層積材的由來和發(fā)展

CLT這種新型的工程木制品最早誕生于20世紀90年代，由奧地利和德國建造了全球第一棟使用CLT預制構(gòu)件建造的新一代重型木結(jié)構(gòu)建筑。

由于在歐洲，CLT的設(shè)計、生產(chǎn)、市場營銷和經(jīng)銷穩(wěn)步發(fā)展，使得到2010年，CLT木材產(chǎn)品已成為建筑上具有可行性選擇的建筑材料。

2017年完成的位于加拿大哥倫比亞大學的18層學生公寓項目，建筑高度為53米，可容納404名學生，是現(xiàn)階段世界上最高的CLT裝配式木結(jié)構(gòu)建筑。

目前在加拿大不列顛哥倫比亞省建筑條例里現(xiàn)在已納了新的條款，即CLT木材可作為“備選建筑材料解決方案”，該材料的使用得到法規(guī)層面的認可。

從早前的原木結(jié)構(gòu)到節(jié)能實用的輕型木結(jié)構(gòu)再到更加現(xiàn)代的膠合木結(jié)構(gòu)，都充分體現(xiàn)著木結(jié)構(gòu)時代的進步與科技的發(fā)展。CLT就是這一時期木結(jié)構(gòu)建筑的新型產(chǎn)物。

到底什么是CLT交叉層積木

CLT交叉層積材是一種創(chuàng)新性的新型木質(zhì)工程材料，由至少３層板材組成，每層結(jié)構(gòu)由實木鋸材或結(jié)構(gòu)用木質(zhì)復合材平行膠合構(gòu)成，且相鄰層按木材紋理相互垂直排列膠合。

▲CLT面板配置方式

CLT產(chǎn)品常見寬度為0.6,1.2，2.4,3m，長度可達18m，厚度可達508mm。

▲CLT板件配置橫截面示例

▲CLT配板中橫剖和縱剖視圖分析

因為CLT相鄰層的正交結(jié)構(gòu)，使其在材料主次方向均具有相同的干縮濕脹性能，整體的線干縮濕脹系數(shù)僅0.02％，其尺 寸穩(wěn)定性是實木和膠合木橫紋的12倍。

交叉層積材的性能如何

既然可以用交叉層積材來建造高層建筑，那么它的諸多性能又如何呢？現(xiàn)在的鋼筋水泥結(jié)構(gòu)，無論是耐火性、抗震性還是牢固持久性，都達到了很高標準，這些基本且關(guān)鍵的建筑屬性，CLT可以到滿足嗎？

耐火性能

木材雖然是可燃材料，但木材燃燒時形成的炭化層能夠充當絕緣體，有效阻止進一步燃燒，大大提高木材的耐火極限。在相同條件下，普通木結(jié)構(gòu)的耐火阻燃值是鋼結(jié)構(gòu)的1.3倍，是水泥結(jié)構(gòu)的1.7倍。

與傳統(tǒng)的輕型框架構(gòu)件相比，CLT建筑構(gòu)件的截面尺寸較大，燃燒時表面炭化形成絕熱保護層，有效提高了其在火災中的承載力，且層板之間幾乎沒有空隙，火勢通過空氣間隙傳播的風險性顯著降低。

此外，相關(guān)研究表明，即總厚度一定的CLT，其層板單元厚度越大，耐火極限越高。提高CLT層板單元厚度、增加層板數(shù)量，以及設(shè)置表層覆面（如石膏板），均可提高CLT結(jié)構(gòu)的耐火性。

抗震性能

CLT結(jié)構(gòu)應(yīng)用于多層木結(jié)構(gòu)建筑時，墻體側(cè)向承載力的高低，直接影響整棟建筑的抗震能。

CLT建筑中構(gòu)件與構(gòu)件之 間的連接主要通過框架連接件配合緊固件來實現(xiàn)。除CLT層板本身剛度較高外，構(gòu)件間的螺釘、鉸鏈等連接件與緊固件系統(tǒng)，使整體結(jié)構(gòu)獲得良好的延性和耗能特性。

意大利與日本學者合作，對3層和7層實體CLT 建筑進行了震動試驗。３層CLT 建筑經(jīng)歷了15次地震模擬，仍然沒有出現(xiàn)嚴重的損害。７層CLT建筑在14次地震模擬后，亦保持足夠的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性，Ｘ軸方向偏移僅1.3％，Ｙ 軸方向偏移1.0％。

▲7層實體CLT 建筑的震動試驗

CLT 建筑的抗震性能主要取決于連接件的性能。應(yīng)用于低層建筑，CLT 是重型結(jié)構(gòu)材料，剛度高且不會發(fā)生斷裂現(xiàn)象；應(yīng)用于高層建筑，框架連接件的使用，可增強結(jié)構(gòu)的中高層韌性和延展性，使得建筑在承受地震荷載時能吸收大量能量，從而提高建筑的抗震性能。

隔聲、保溫性能

建筑的隔聲和保溫性能越來越受到人們的重視。由于木材的低熱傳導性和CLT的連續(xù)大幅面特征，可保證建筑良好的氣密性和隔音保溫隔熱效果。

CLT建筑具有很高的保溫節(jié)能綜合效應(yīng)，比用鋼材和水泥分別降低至少17%和16%的能源消耗及減少26%和31%的溫室氣體效應(yīng)。

建造快和噪音低

與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，由于CLT可在工廠實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，預制成各類墻板、樓板及屋頂板。在現(xiàn)場進行組裝與建造，用以取代現(xiàn)澆鋼筋水泥制品和水泥預制板。因此其組裝快，工期短，同時建筑現(xiàn)場噪音低，無污染，無建筑垃圾產(chǎn)生，拆卸后可重新回用。

應(yīng)用范圍廣

可用于低、中層甚至高層（20層以上）的民用住宅和非民用建筑，可完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋混凝土和磚混結(jié)構(gòu)，也可部分代替，與鋼筋混凝土等混合使用應(yīng)用。

低碳、固碳、環(huán)保：

計算結(jié)果表明，生產(chǎn)1立方米CLT材料只排放110kg的CO2，而原材料本身存儲825kg的CO2，因此凈儲715kg凈減少三個立方米的CO2的排放。生產(chǎn)制造過程中，CLT的溫室氣體排放僅為鋼材的1/20。

交叉層積材的生產(chǎn)與制造

交叉層積材到底如何來生產(chǎn)呢？不同廠家的生產(chǎn)方式存在差異，這主要取決于木材種類、等級，層板大小、層數(shù)、組胚方式、膠黏劑的使用等等。但總的來說，CLT的生產(chǎn)制造包含如下步驟：

交叉層積材在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀

從最初的引進到消化吸收和創(chuàng)新，歐美木結(jié)構(gòu)建造技術(shù)對我國現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)技術(shù)發(fā)展有很大促進作用。

特別是在過去的十年里，以北美輕型木結(jié)構(gòu)為代表的現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)在我國已經(jīng)取得一定的發(fā)展，但是市場份額還遠遠落后于其他體系建筑，建造技術(shù)與標準亦不夠完善，再加上政策方面的一些限制，木結(jié)構(gòu)建筑在我國還有很長的一段路要走。

目前，針對CLT建筑的規(guī)范已經(jīng)立項正在修訂中，《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50005）的最新修訂版也擬將補充CLT結(jié)構(gòu)的相關(guān)內(nèi)容。

2014年3月，我國首棟雙層 CLT輕型木結(jié)構(gòu)混合展示建筑在河北省遷安市落成，同年8月；我國首條CLT重型木結(jié)構(gòu)生產(chǎn)線在遷安投產(chǎn)；

2017年，＊＊＊＊棟CLT公共建筑OTTO Cafe(永續(xù)咖啡館)在寧波中加低碳院區(qū)內(nèi)落成。它是2016年中加高校木結(jié)構(gòu)設(shè)計邀請賽第一名的作品。

(文章來源： 家具微資訊-公眾號，侵刪)