【AT对谈】探索新型木质材料CLT 的可能性——日本建筑师&结构师的经验与思考（上篇）
【AT导读】CLT（正交胶合木）作为一种新型木质材料，在日本自2016年被相关规范承认可作为建筑承重结构材料使用，随后在许多建筑作品中得到了各种应用。《建筑技艺》特别邀请东京工业大学环境社会理工学院建筑学系平辉老师采访介绍6位日本建筑师和结构师在建筑作品中对CLT的试验性探索，就CLT的力学特性与结构形式的关系、CLT的综合性能与利用维度、CLT在今后的突破口三个方面，分23个主题进行梳理编排。由于全文篇幅较长，我们将分上下两部分推出。通过对这些经验与思考的群像式呈现，对未来CLT的创新性利用、新材料技术与传统木结构文化的融合、可持续发展中的关键课题进行深入探讨。
探索新型木质材料CLT 的可能性
——日本建筑师&结构师的经验与思考
（上篇）
金箱温春
金箱结构设计事务所代表
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远藤谦一良
远藤建筑工作室主持建筑师
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稻山正弘
东京大学大学院农学生命科学研究科教授，Holzstr 一级建筑师事务所主宰
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#01
CLT的力学特性与结构形式
1.1 具有双向特性的不可思议的材料
▏平辉：
和其他木质材料相比，CLT有怎样的力学特性呢？
▏金箱温春：
CLT是一种不可思议的材料，它类似于结构胶合板的加厚版，按木材的不同纤维方向交替叠放胶合而成。天然木材的力学性能具有方向性，木纤维的顺纹方向较强，而正交方向则较弱。CLT通过将两个纤维方向的薄板叠合，使板材同时具有两个方向的强度和刚度。也就是说，至今为止木材大多是以单方向受力来使用，而CLT的创新之处在于可作为两个方向同时受力的面材。
▏稻山正弘：
其他集成材多以杆状构件的形态应用于柱、梁、桁架等框架结构。CLT的重要特征是通过对薄板在X、Y方向上的交替层叠形成大尺寸板材。胶合板、LVB（复合单板层积材）等其他板材，都无法达到CLT的厚度和面积。CLT的最大尺寸可达到3m宽、12m长，也具有比其他板材更大的厚度，这样的巨型面材既可以承担垂直荷载，又能抵抗剪力和水平作用力。为了有效利用这些材料特性，我秉承“适材适所”的设计准则。
▏平辉：
作为新型木质材料，CLT的应用还处于探索阶段，还有许多结构形式、建造方式以及与其他材料复合的使用方法亟待发掘。下面请各位谈谈在具体设计中CLT的使用契机与其力学特性的利用策略，以及从中体会到的CLT为空间与结构形式所带来的可能性。
1.2 用面材构建
▏原田真宏：
我发表的第一个作品“XXXX house”（图1）是一个平行四边形的木结构房子。日本传统木结构建筑一般由线材构成，于是我有了尝试用面材构建木架构的想法。由于当时没有大尺寸面材的成品构件，我将四块910mm×1 820mm的结构胶合板叠合成900mm宽、3 100mm长的面材来使用。
▲1 XXXX house 外观 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
从那以后，我就一直在探索木结构在线材以外的可能性。第一个使用CLT的作品是2017年建成的“荻窪的住宅”（以下简称“荻窪”，图2）。
▲2 荻窪的住宅外观 ©平辉
荻窪的住宅
▲荻窪的住宅一层平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲荻窪的住宅剖面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲荻窪的住宅 CLT 连接轴测图 ©蒲池健
荻窪的住宅
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼＋野村和良
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构
层数：地上２层
建筑面积：62㎡
CLT使用：墙体&屋面90mm厚
建成时间：2017.03
▏蒲池健：
这个住宅的设计处于日本刚刚开始使用CLT的时期。原田团队希望将CLT同时作为结构和室内饰面，在室内把板材全部露出来。
“家型”架构的传统建造方法通常是在框架上钉结构胶合板，使结构成为一个整体。而CLT有90mm厚，且几乎不会发生变形，只要像搭积木一样错缝搭接后在角部用螺栓连接，就可以形成具有整体性的结构。此外，为了抵抗家型三角屋顶的侧推力，通常需要在各榀屋架布置抗拉构件或满铺楼板，或将三角屋顶直接置于地面。这个住宅则利用了CLT结构一体化的特征，家型屋顶相当于反向V形梁的折板结构，只在二层楼板的局部进行连接用于固定，外立面玻璃的横挺作为受拉构件，从而实现了两层通高空间。
▏原田真宏：
这个住宅在节点的固定中只用了螺栓，属于铰接。其实铰接节点在结构上比较薄弱，连接点容易变形甚至开裂。为了避免这一情况发生，方案通过改变部分CLT板材的角度，使其起到斜撑的作用，从而使结构整体不发生形变。
“荻窪”是为女性艺术家设计的独立住宅，开发商看到这个作品之后，产生了将其转化为商品住宅的想法，于是以此为原型开发出了“木乐之家”（图3）。新方案中不再使用斜撑的做法，而是将铰接改良为刚接。目前的木结构以线材为主，线与线之间以点连接，而CLT作为面材，面与面之间可以线连接。如果线达到一定长度，就可以实现高强度的节点，接近在木结构中很难实现的刚接，类似于刚性框架结构。这种高强度的线形连接也是CLT的优点之一。
▲3 木乐之家内观 ©Nacasa & Partners Inc
木乐之家
▲木乐之家剖面透视图 ©远藤建筑工作室
▲木乐之家一层平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲木乐之家二层平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
木乐之家
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼＋野村和良
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构
层数：地上2层
建筑面积：120㎡
CLT使用：墙体&屋面150mm厚
建成时间：2018.03
1.3 无梁悬挑
▏远藤谦一良：
其实我以前在设计北海道七饭町集会设施时也曾使用过CLT。虽然当时已经了解到CLT的相关技术，但是因为法规制度还不完善，在结构设计上仍然采用了传统工法。
我的CLT实践真正开始的契机是“HOKKAIDO CLT Pavilion”（以下简称“HCP”，图4）。北海道林产试验场计划对北海道本地木材制造的CLT进行应用实验，委托我们向政府提出设计方案。项目由政府资助建设，作为CLT研究性能的实验楼，将在未来十年内对关于CLT的各种问题持续进行实验，包括与雪荷载相关的结构特性、室内外温度环境特性、CLT的疲劳损伤、抗震、热传导性、外装涂料的耐久性等。与传统工法不同，CLT可以在无梁的情况下仍具备水平方向的强度，仅由水平屋顶和垂直墙面构成的结构也能成立。加上在立面正中间设置突破屋顶高度的竖向长窗，实现了明快的构成。
▲4 HOKKAIDO CLT Pavilion 外观 ©远藤建筑工作室
HOKKAIDO CLT Pavilion
▲HOKKAIDO CLT Pavilion 平面详图 ©远藤建筑工作室
HOKKAIDO CLT Pavilion
建筑设计：远藤建筑工作室/远藤谦一良
结构设计：ANDO Imagineering Group
结构：木结构
层数：地上1层
建筑面积：83㎡
CLT使用：楼板&墙体150mm厚、屋面150mm+210mm厚
建成时间：2019.02
▏平辉：
“优良设计奖”（Good Design Award）评审委员在评语中提到，这个建筑“将两块CLT板材叠加使用，两块板的强轴方向共同作用”，这样做是为了使两个方向上的强度更加互补吗？
▏远藤谦一良：
虽然屋顶下方没有设置梁，但上方叠加了CLT的水平梁。因为CLT屋顶在短边与长边两个方向上都向外悬挑，设置水平梁可以增大悬挑。
▏平辉：
HCP的构成完全水平垂直，而“ITOI 集团总部”（以下简称“ITOI”，图5,6）的CLT墙体则采用了V字形斜向布置的方式，对CLT的运用策略有什么相应的变化吗？
▲5 ITOI 集团总部外观 ©远藤建筑工作室
▲6 ITOI 集团总部内观 ©远藤建筑工作室
| 远藤谦一良：
ITOI位于北海道郊区，由于郊区人口正在快速减少，这个公司希望项目成为区域振兴的枢纽，对恢复区域生机有强烈的使命感。所以设计也打破了一般水平垂直的构成，通过斜向线条的引入创造跃动感，希望这个建筑更具标志性，也寄托了对企业未来成长的期待。这种斜向布置的CLT在结构上形成了类似于拱的结构，获得了比垂直布置的墙体更大的结构强度。此外，该公司以前的办公场所非常狭小，社长也希望今后大家能在同一片屋顶下的大空间里一起工作。所以整个建筑空间没有做过多的分隔，相当于一个跨度10.5m、进深37.3m的隧道状空间。
| 平辉
这里的楼板和屋顶也同样使用了两块CLT板材叠加的做法，而这次的附加层设置在了下方，并在其中布置了照明设备。
| 远藤谦一良：
是的，最初并不是出于美学上的考虑，而是为了在无梁的情况下实现8~9m左右的跨度所需要的强度。后来结合室内设计，利用附加层的板间空隙布置了照明设备。
ITOI 集团总部
▲ITOI 集团总部剖面图 ©远藤建筑工作室
▲ITOI 集团总部剖面图 ©远藤建筑工作室
ITOI 集团总部
建筑设计：远藤建筑工作室/远藤谦一良
结构设计：ANDO Imagineering Group
结构：木结构层数：地上2层
建筑面积：465㎡
CLT使用：墙体150mm厚、楼板&屋面150mm+210mm厚、楼梯、家具
建筑时间：2020.02
▏秋吉浩气：
这个“崖地上的住宅”（图7）直接利用CLT作为楼板和屋顶，只在檐口做了斜切的滴水处理。一般木结构住宅要实现4.5m的跨度，梁高会很大。而210mm厚的CLT板材可以直接实现这个跨度，使结构剖面尺寸变得非常薄，还可以直接作为地板和吊顶的内装完成面，这也是CLT有意思的地方。另外，像在崖地这样有高度限制的基地，梁高越大，梁底可利用的空间高度就越小。从这个意义上来说，CLT最具魅力的特点在于它可以实现超薄尺寸的楼板。
▲7 崖地上的住宅外观效果图 ©VUILD
▏原田真宏：
“Ento”是一个位于离岛的旅馆。岛上风景优美，所以希望客房的开窗尽量大。如果是普通木结构，落柱会影响开窗的尺寸。而利用CLT厚板的特性可以实现类似H型钢的剖面结构形态，保持刚度的同时为两侧留下足够的开放可能。
此外，海边风力很大，这样的环境也不适合使用木框架结构。虽然木结构建筑在《方丈记》中被描绘为像水中泡沫一般随即消逝，但CLT让木材获得了接近预制混凝土的材料属性，可以成为屹立于海风中的岩石，这也是时代的进步。
Ento
▲Ento 平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲Ento CLT 与集成材复合楼板详图 ©蒲池健
▲Ento 剖面透视图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
Ento
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构、局部钢筋混凝土结构
层数：地下１层、地上2层
建筑面积：1 640㎡
CLT使用：楼板120mm厚、墙体、屋面150mm厚、格子剪力墙
建成时间：2021.05
1.4 多面体a：折板结构
| 平辉
在使用了CLT的许多建筑作品中都采用了折板结构，可以结合作品谈谈CLT的力学特性与折板结构之间的关系吗？
▏原田真宏：
CLT具有双向的结构强度，非常适合折板结构。“砂川印刷社屋”（以下简称“砂川”，图8）就直接利用了CLT的这一特性。折板结构的破坏通常是因为折角处的边缘板材发生弯曲变形而导致的。单向层积材会因为无法抵抗这种弯曲变形而脱胶受损，而CLT由于加入了正交方向的板材，两个方向的弯曲变形相互制约，能更加合理地应对折板结构中的力流。我们在砂川中直接使用了12m长的整板，这是在不使用特殊节点的情况下CLT可以实现的最大结构跨度。
▲8 砂川印刷社屋外观 ©Ken’ichi Suzuki
另外，在折板结构的下折角处用钢筋混凝土或钢材进行支撑是一般做法，但在这种支撑方式下折板两端其实处于铰接状态。这个建筑在折板和墙体都使用了CLT，折板形成的三角形高度相当于梁高，利用这个高度上的连接实现了两端刚接的结构。
▏蒲池健：
这个结构只在V字形折板的两端做支撑，而中间部分包括折板外边缘是完全自由腾空的。如果用线材以桁架的方式来建造折板，虽然折角处的棱线和谷线部分因为可以被固定而不会发生变形，但由于用了铰接节点，腾空的地方肯定会变形。由于CLT具有面外方向的刚度，在不设任何支撑的情况下也能实现12m跨度，跨中也不会弯曲变形。这是只有用CLT这样高强度的材料才能实现的做法。
砂川印刷社屋
▲砂川印刷社屋平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲砂川印刷社屋 CLT 折板结构轴测图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲砂川印刷社屋剖面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲砂川印刷社屋剖面透视图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
砂川印刷社屋
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构
层数：地上１层
建筑面积：300㎡
CLT使用：墙体270mm厚、折板屋面150mm
建成时间：2019.09
▏稻山正弘：
“饭能商工会议所”（以下简称“饭能”，图9,10）所在的饭能市曾因西川木材而繁荣一时，曾是埼玉县产杉木和桧木的木材加工集散地、东京木材市场的生产据点。作为工商会议所，希望能成为西川木材的展示场，展示包括CLT在内的各种木材使用方式。作为大会议室二楼楼板的支撑结构，由CLT厚板制作的折板V形梁上架设CLT楼板，梁的中空部分则作为设备空间使用。
▲9,10 饭能商工会议所内观 ©稻山正弘
饭能商工会议所
▲一层平面图（上），西栋南北方向剖面图（下）
▲二层平面图（上），东栋南北方向剖面图（下）
▲平行弦桁架详图
▲组子格子（花格）剪力墙详图
▲饭能商工会议所图纸 ©野沢正光建築工房
饭能商工会议所
建筑设计：野泽正光建筑工房
结构设计：Holzstr /稻山正弘
结构：木结构
层数：地上２层
建筑面积：755㎡
CLT使用：折板柱梁90mm厚、平行弦桁架36mm厚
建成时间：2020.03
“桐朋学园宗次音乐厅”（以下简称“桐朋”，图11,12）的初步设计是建筑师隈研吾先生和我共同完成的，实施设计与现场施工由前田建设与住友林业联合体完成。在我当时画的草图中，CLT在作为折板结构体的同时，还作为音乐厅的声音反射板使用。虽然CLT的材料特性非常适用于折板结构，但是折板的角度如果太缓，则对结构不利。在这里优先考声音效果，因此采用了倾角较缓的折板，使声音能反射到音乐厅后部。通过在折板内部加设集成材的垂直梁，使复合结构实现了17m的跨度。
▲11 桐朋学园宗次音乐厅内观 ©稻山正弘
▲12 桐朋学园宗次音乐厅 CLT 折板结构节点草图 ©稻山正弘
▏平辉：
“Suntec新仓库兼店铺栋”（以下简称“Suntec”）也同样采用了折板结构，与“砂川”中使用的方法有何不同呢？
▏蒲池健：
“砂川”中使用的折板由单块CLT板完成跨度，而“Suntec”的跨度超过了12m，需要在中间对两块板材进行接续。但是“Suntec”所有板材的边缘都有其他折板单元或墙体支撑，没有像“砂川”那样在折板之间出现自由端。“Suntec”的结构特点适用于更大的跨度，但其实用集成材搭建桁架、再从两面钉胶合板的方法也同样可以实现这个结构。而“砂川”在实现大跨的同时保证自由端不变形，这是只有CLT的材料强度才能实现的。
1.5 多面体b：连续拱
▏平辉：
“南予森林合作社新事务所”（以下简称“南予”，图13）采用了拱形屋顶，也是目前收集到的案例中少见的结构形式。与更常见的折板结构相似，CLT板材之间以非垂直的角度拼接。请谈谈这个项目中采用CLT的契机，以及拱形结构对CLT力学特性的利用原理。
▲13 南予森林合作社新事务所外观 ©南予森林工会
▏金箱温春：
说到这个项目的契机，当时爱媛县政府和森林合作社为了推进CLT的应用，向当地的设计事务征集关于CLT使用的新方案。末光弘和先生和我受邀作为讲师，给当地建筑师开讲座介绍CLT，之后举办了“南予”的设计竞赛。后来在获胜方案的基础上，我们共同参与了该项目的深化设计与实施。CLT的双向传力特征经常被用于平板或折板结构的屋顶当中。当采用折板结构时，只要防止板与板之间发生相对位移，就不需要考虑连接处的转动。而当采用拱顶结构时，虽然拱的结构形式充分利用了CLT双向传力的特征，但也存在其他难题。在这个连续拱的结构形式中，如何抵抗板材交接处的转动，成为节点设计的最大难点。
在当时节点研究过程中，我们提出了3版方案。最初的方案是在板的中部用螺栓贯穿并固定，做法非常简单，但是螺栓连接形成的有效支承面很小，无法承受连接点产生的弯矩，导致两块板向外转动。第二版方案是在板的上下表面用金属件固定，从外侧抑制向外转动产生的拉力，但金属件会露出板材表面，而且需要对内侧金属件设置加强肋，以免折断。最后的实施方案是在CLT截面五层薄木中的二、四两层处置入拉力螺钉（LagScrew），通过“口”字形部件形成一体化的连接件。这3个方案，一开始是希望节点做法尽量简单，但发现常规的节点做法不能有效抵抗弯矩，最后研发出这个箱型金属连接件，实现了只需在端部布置柱子的连续拱空间。
此外，木结构很难像钢筋混凝土结构那样通过拱顶的支承结构抵抗侧推力。因此额外设置了拉杆，并结合在室内空间的呈现效果对拉杆的位置和形态进行了设计。
▏平辉：
包括抗弯连接件在内，一共有三种不同的连接件在板与板的连接处直线排列布置，这也是应对连续拱结构特有的做法吗？
▏金箱温春：
这是第一次尝试用CLT建造拱形结构，为此开发了应对弯矩的连接件。此外，我们以螺钉应对面外剪力，通过加设钉板固定来应对面内剪力，以防止板间相对位移。这两种金属件的组合方式在一般的木结构建筑中也经常使用。
| 平辉：
为了用CLT板建造拱顶，需要把拱形曲面分割成多个折面来实现，具体的分割方式是如何决定的？
▏金箱温春：
如果分割面越小，两板交接处的倾角则越大，结构形式也更接近折板，这不但在力学上是有利的，也能减少节点数量，造价也更经济。但从设计的立场上看，如果分割面太少，就无法形成圆拱的造型效果，所以曲面的分割需要在结构和设计间取得平衡。
| 平辉
从这次连续拱经验来看，CLT在今后有可能向切面玻璃或钻石那样更复杂的多面体结构发展吗？
▏金箱温春：
类似“横滨国际客运码头”那样角度变化多样的屋顶形式，采用折板结构是有可能实现的，现在有很多相关研究。
南予森林合作社新事务所
▲南予森林合作社新事务所一层平面图 ©SUEP
▲南予森林合作社新事务所二层平面图 ©SUEP
▲南予森林合作社新事务所节点详图 ©金箱结构设计事务所
▲南予森林合作社新事务所剖面图 ©SUEP
南予森林合作社新事务所
建筑设计：新企画设计·SUEP·金箱结构设计事务所共同体
结构设计：金箱结构设计事务所
结构：木结构
层数：地上2层
建筑面积：772㎡
CLT使用：剪力墙、连续拱屋面150mm厚、家具90mm厚
建成时间：2021.03
1.6 既柱亦梁的大型截面构件
▏平辉：
在原田先生与蒲池先生合作的作品当中，多是利用尺寸相当于层高的CLT大截面材进行建造，这一系列作品利用了CLT的什么特性呢？
▏原田真宏：
我最开始使用大截面集成材，是在设计Stroog社长的住宅“立山的家”（图14）的时候。那时使用的并非CLT，而是高2 100mm的单向层积材。这个住宅所在的富山地区降雪量非常大，有时积雪能达到2m厚，如果积雪挡住光线，冬天都只能呆在昏暗的屋里，这对心理健康影响很不好。所以这个住宅采用了巨型截面的梁架结构，可以在屋顶上保存积雪，而不占用住宅周边地面，在冬天仍然能确保住宅空间的宽敞明亮。
▲14 立山的家内观 ©Ryota Atarashi
“A&A LIAM FUJI”（以下简称“A&A”，图15）是第一次利用CLT作为大截面集成材的建筑。这是一个与艺术家合作的项目，设计概念是“旅馆中的旅途”，为了这种体验尽可能拉长了室内动线。通常木结构上下层的柱网必须对齐，上下层的空间也是对位的。但如果梁高与层高相当，同时交接处的支承高度足够大的话，就有可能突破上下层结构对位的制约。CLT大截面集成材可以实现上下层结构轴线不需对齐的结构，这是木结构建筑革命性的改变。利用这个特点，各层的田字形平面可以自由布置，一层的第1象限空间与上层的第 1～4象限空间相连。通过梯子或楼梯的连接，仅90㎡的空间变成了巨型立体迷宫。可以说这个项目是利用结构形式的革新，创造了新的空间形式。
▲15 A&A LIAM FUJI 外观 ©Ken’ichi Suzuki
A&A LIAM FUJI
▲A&A LIAM FUJI 平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲A&A LIAM FUJI CLT 连接节点详图 ©蒲池健
A&A LIAM FUJI
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构
层数：地上3层
建筑面积：105㎡
CLT使用：墙体210mm厚
建成时间：2019
“Stroog社屋”（以下简称“社屋”，图16）同样利用了CLT的非异向性，也就是可以同时抵抗垂直力和水平力的特征。正是因为CLT包含了纵横两个方向的木材纤维，在结构轴网交点处相当于柱子，而在其他悬空的部分又相当于梁。
▲16 Stroog社屋施工现场 © Ryota Atarashi
▏蒲池健：
在社屋的设计初期，我和原田团队讨论了集成材与CLT之间的选择问题。在这个结构形式中，只能通过固定上下层板材垂直相交的部分来抵抗水平力，因此需要对面外弯矩进行处理。集成材抵抗面外弯矩的性能非常弱，所以我们决定选用CLT。
| 平辉：
这个作品中也有多处大幅悬挑的梁，如何保证结构体系整体的稳定性呢？
▏蒲池健：
由于梁高3m，要实现梁的大悬挑难度不大。但有另外一个问题，如果只有一个支点，结构就会不稳定，所以每块板材原则上要有两个支点。最终的方案中有一处无法保证两个支点，此处利用为二层楼板所架设的集成材为CLT板提供第二个支点，从而取得平衡。此外，由于交接处的支承高度不足，一旦重心发生偏移，构件就会上翘脱出，所以需要特殊的节点设计。
▏平辉：
这个45°切角的节点也是为了这次设计的结构体系而研发的吗？形状相同、不分雌雄的榫卯接合方式是否同样出于结构的考虑？
▏蒲池健：
首先，单块板材的最大尺寸达3m×12m，无法采用复杂的建造工序，巨型板材只能以直接从正上方落下的方式拼合。此外，咬合拼接的一般做法是切除构件咬合深度的一半，这种做法会造成抵抗弯矩的材料高度也随之减半，结构效率降低。如果只需考虑X、Y轴其中一个方向的受力，也可以采用一侧开槽、另一侧完整嵌入的做法。但这次的结构体既要确保两个方向的受力，又要使抗弯性能最大化。同时，CLT还要作为室内完成面，施工时要尽量保持表面的整洁，细部上的处理要更加极致。因此以复杂的金属件从外部加固的方法不在我们的考虑范围内，希望能通过木材与木材的直接咬合固定来完成节点。
▏原田真宏：
这个节点中木材直接咬合完成传力，内部的金属件只是为了防止构件上翘脱出。我们与Stroog公司共同完成过很多项目，并研发出了不少节点。
社屋项目也属于“结构轴网可错位”系列，不同于A&A封闭的空间单元，社屋中的空间单元是开放的，可以不断向外扩张。这种可扩张的构成形式，也是这一系列新的探索突破。
Stroog 社屋
▲Stroog 社屋平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲Stroog 社屋剖面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲Stroog 社屋 CLT 连接节点轴测图 ©蒲池健
Stroog 社屋
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTSSTUDIO/原田真宏＋原田麻鱼
结构设计：KMC/蒲池健
结构：木结构
层数：地上2层
建筑面积：496㎡
CLT使用：墙体210mm厚
建成时间：2022.11
“ROOFLAG”（图17）是用CLT建造大空间的一次尝试，结构设计是Arup团队。用木结构建造大空间的限制在于木材的最大运输尺寸。在日本，一般只能运送12m以下的木材，所以如果结构跨度超过12m，保证结构强度的关键就不再是CLT本身作为梁的性能，而是节点的连接强度。节点能否有效完成力的传递，能否被制造出来，才是真正的问题所在。
▲17 ROOFLAG 内观 ©Mitsumasa Fujitsuka
如果是普通的单向集成材，即使从梁的截面打入螺栓，由于顺着纤维方向，螺栓是无法起到固定作用的。如果从梁的表面垂直于纤维方向打入螺栓，必须先在梁内部嵌入金属板，然后再打入销钉固定，流程相当繁琐，用钢量大，也增加了结构自重，不是经济的做法。而CLT由不同纤维方向的板材交叠制成，可从垂直纤维方向的木层打入螺栓，实现具有抗拉强度的节点。CLT非常适用于只用螺栓连接的情况。
| 平辉：
从结构外部完全看不到金属连接件，梁架的搭建和固定方式让人感到非常不可思议。
▏原田真宏：
这和日本传统建筑中“欄間”①的做法是一样的，是欄間的放大版本。
ROOFLAG
▲ROOFLAG 一层平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲ROOFLAG 二至四层平面图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
▲ROOFLAG 剖面透视图 ©MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO
ROOFLAG
建筑设计：MOUNT FUJI ARCHITECTS STUDIO/原田真宏＋原田麻鱼
结构设计：ARUP /南公人
结构：钢筋混凝土结构、局部木结构/钢结构
层数：地上4层
建筑面积：3 726㎡
CLT使用：格子梁270mm厚
建成时间：2020.03
1.7 面材和线材的组合
▏平辉：
稻山先生有两个作品使用了面材与线材组合的方式，这在其他建筑师的作品中很少见。这种结构形式是从传统的只用线材的架构发展而来的吗？
▏蒲池健：
“SYNEGIC Office”（以下简称“SYNEGIC”，图18）的业主是生产木结构建筑用螺钉的制造公司，和我们有研究上的合作。业主在建造新办公楼时，直接委托我们作为结构设计师与建筑师合作。因此从设计初始阶段开始，设计和结构的配合就非常紧密，探讨了许多不同的结构形式。建筑师的设计概念是一个具有柔和曲线的屋顶架构。
▲18 SYNEGIC Office 内观©Hiroyuki Hirai
▏稻山正弘：
为了实现这个三维曲面的屋顶形状，我们将形状不同的平面桁架平行排列，并通过斜向连接使其成为一个立体桁架。如果斜向连接构件采用线材一类的杆件，多个方向的构件就会汇聚到一个点，这样连接节点就会变得相当复杂。所以我们尝试用CLT取代线材，节点就从一个点扩大成一条边。三角形的CLT面材，通过三角形的斜边传力，避免了所有力集中在某一点上传递的情况。这个想法也得到了建筑师堀越先生的赞同，线与面的结合会呈现出独特的空间效果。而线材构成的平面桁架与CLT面材组合形成的立体桁架，可以利用面材斜边的长度通过螺钉进行固定，使节点简洁化、合理化。另外，该公司也希望他们生产的螺钉可以在结构中得到更多利用，所以几乎都采用了螺钉固定的节点连接方式。
▏蒲池健：
建造时先在地面组装平面桁架，然后将其吊立，再将三角形的CLT插入固定，楔形效果使构件之间紧密连接，从形态上看也能在桁架之间形成拉结，使结构更稳定，建造方式上也是合理的。另外，桁架的线材截面为90mm见方，CLT面材也是90mm厚，线与面拼合时表面刚好齐平，完成面可以得到简洁的呈现。这种厚底的面材，除了CLT以外也别无他选。
SYNEGIC Office
▲SYNEGIC Office 一层平面图 ©UENOA architects
▲SYNEGIC Office 长轴方向剖面图 ©UENOA architects
▲SYNEGIC Office 短轴方向剖面详图 ©UENOA architects
SYNEGIC Office
建筑设计：长谷川欣则＋堀越ふみ江/UENOA
结构设计：Holzstr/稻山正弘、KMC/蒲池健
结构：木结构、局部钢结构
层数：地上２层
建筑面积：835㎡
CLT使用：墙体150mm厚、立体桁架90mm厚
建成时间：2018.12
▏稻山正弘：
饭能商工会议所（图19）中，使用了一种叫做“J Panel”的36mm厚CLT作为平行弦桁架的斜撑。我认为木架构中柱梁等线材在空间中是极具表现力的。在线与面的组合中，面材也成为空间表现的一部分，而CLT比胶合板更具有木材的表现力，从这一点来看CLT是相当有魅力的材料。
▲19 饭能商工会议所内观 ©稻山正弘
| 平辉
在大多数作品中，对板材的利用方式都是水平、垂直布置，而稻山先生的作品中则是斜向布置，在构成上十分独特。板材悬浮在空中的造型乍一看觉得很不可思议，但实际在结构上又是合理的。CLT在视觉上可以被识别为整体架构的一部分，但呈现方式又不同于线材的框架结构。框架结构的力流顺着杆件方向，与视觉对架构的把握是一致的；而CLT板材把不同方向的力流聚合在一个面上，这也许是在视觉上感到不可思议的原因之一。
▏稻山正弘：
重要的是，将线材与CLT面材进行组合时，必须要有组合利用的合理性，如果缺乏合理性就没有组合的必要。木结构中如果节点很复杂，钢节点的价格将会远远超出木材，这是首先要尽量避免的情况，因此我们利用CLT来简化节点。例如，在立体桁架中以CLT作为斜撑时，用一个面状构件替代两个不同方向的线性构件来简化节点。由此看来，CLT与线材的组合在今后还会有更多新的发展机会。
1.8 自由造型与曲面
| 平辉：
结合计算机数字技术，秋吉先生对CLT等木材在建筑中的使用方法提出了很多新设想。可以谈谈当初使用CLT材料的契机吗？
▏秋吉浩气：
我们至今为止做的大部分项目，包括“稀人之家”（图20），都是在探讨如何对板材进行加工的问题。日本的建筑文化围绕线性木构件展开，传统的木材加工工具基本只用于对线性材料的端部进行开榫加工。而现在像ShopBot这样的CNC数控机床可以在木板上方自由移动切割，更适用于对具有一定宽度的材料进行加工。
▲20 稀人之家内观 ©Takumi Ota
第一次使用CLT是在2017年“川崎临时桥”（图21）中，后来在“面白法人KAYAC花园办公”（以下简称“KAYAC”，图22）项目中得到发展。用ShopBot对36mm的“J Panel”进行加工，切割出形状各异的建筑构件。虽然也可以使用天然木材，但如果切割角度太特殊，构件可能会像一次性筷子一样顺着木材纤维方向开裂，因此无法实现太复杂的形状。但CLT板材是由木纤维相互垂直的薄板叠合而成的，因此可以自由切割，造型更加多变。该项目的节点破坏实验和强度实验是和京都工艺纤维大学的满田卫资老师一起完成的。
▲21 川崎临时桥外观 ©Kunihiko Sato
川崎临时桥
▲川崎临时桥结构构件轴测图 ©VUILD
川崎临时桥
建筑设计：VUILD /秋吉浩气
结构设计：東京大学生産技術研究所／腰原幹雄
结构：木结构
CLT使用：桥拱结构构件36mm厚
建成时间：2017.02
▲22 面白法人 KAYAC 花园办公 ©Hayato Kurobe
面白法人 KAYAC 花园办公
▲面白法人 KAYAC 花园办公结构构件轴测图 ©VUILD
面白法人 KAYAC 花园办公
建筑设计：VUILD /秋吉浩气
结构设计：京都工艺纤维大学／满田卫资
结构：木结构
CLT使用：张弦梁构件36mm厚
建成时间：2019.09
“CAMPPOD”（图23,24）是通过逐渐改变板材角度螺旋向上形成穹顶状的外壳。由于不设任何外饰面，直接将木材表面的涂料作为完成面，为了防止间隙漏水，对每一块木板构件做了端部滴水、排水孔等防水加工，以及细微的边缘切角。设计中主要利用了3D模型，最后制作试验模型并进行了泼水实验，项目建成至今没有发生过漏雨的情况。我们采用的是24mm厚的“J Panel”，如果板厚增加到120mm，这种结构形式也可以应用于住宅。
▲23,24 CAMPPO 外观与细部 ©Hayato Kurobe
CAMPPOD
▲CAMPPOD 结构构件轴测图 ©VUILD
CAMPPOD
建筑设计：VUILD /秋吉浩气
结构设计：Yasuhirokaneda STRUCTURE
结构：木结构
层数：地上1层建筑面积：9㎡
CLT使用：螺旋状穹顶结构构件24mm厚
建成时间：2020.10
▏平辉：
这些作品都利用了计算机建模对变化的构件形状进行精确的设计，同时CLT双向纤维的叠合又赋予不同形状构件的切割以更高的自由度。计算机参数化设计与CLT构件加工的结合，在“东京学艺大学教育孵化设施”（以下简称“学艺大学”，图25）中，从二维平面构件发展到了三维曲面构件，这是对CLT在造型自由度上前所未有的大胆突破。
▲25 东京学艺大学教育孵化设施 CLT 模板施工现场 ©VUILD
▏秋吉浩气：
最初，我们想通过对CLT板的上下表面进行小幅度切削，制作曲面构件单元，然后在这些CLT曲面单元板的拼接处浇筑混凝土，像日本修补陶器的传统技法金继②一样造出混合结构的曲面屋顶，但这种建造方式无法满足结构强度。在我们与结构师进行沟通后，在屋面下方设置了梁，进一步划分曲面单元，并做了这个方案的试验模型。项目从10月份开始施工，自由曲面的混凝土屋面所用的CLT曲面模板都是在VUILD的本牧工厂加工制作的。根据构件的曲率变化，使用了120～240mm四种不同厚度的CLT板。浇筑混凝土一侧的板材表面只作粗略的切削以保证大致造型，而作为室内天花的表面则加工成光滑的曲面。
▏平辉：
一块CLT模板的加工时间大概是多久？
▏秋吉浩气：
挺费时间的，要先做好一面，再翻过来做另一面，加起来要0.5～1h。项目一共需要制作大约2 000块CLT模板。
▏平辉：
这种模板可以使用其他木材吗？
▏秋吉浩气：
也可以，但CLT更适合用于三维加工。如果用天然木材做的话，会有顺着纤维方向裂开的风险，无法满足整体强度的需求。
▏平辉：
在从平板削出曲面的过程中，CLT两侧的表层被切削的部分最多，强轴方向的强度会被削弱吗？在结构设计时需要考虑CLT经过切削之后力学性能的变化吗？
▏秋吉浩气：
结构设计由东京大学的佐藤淳老师担任，需要仔细检查切削之后薄板间的连接程度是否能保证整体结构强度。其中，梁的CLT模板在强轴方向与跨度方向上是一致的。
1.9 作为剪力墙的合理性和表现性
▏平辉：
CLT作为剪力墙与其他结构形式结合的使用方法非常常见。在作为抗震构件的同时，CLT在空间中具有怎样的表现性呢？
▏远藤谦一良：
CLT具有非常惊人的强度。如果在结构柱之间置入结构胶合板作为剪力墙，其壁倍率③通常为2倍。而如果用CLT作为剪力墙，实验结果显示壁倍率可达50倍。所以在传统工法的结构中局部使用CLT，可以提高设计的自由度。
▏金箱温春：
在讨论如何利用CLT时，大家都会自然而然地想到把它作为墙体使用，这是相当合理的方法。例如，在3层楼高的建筑中垂直地连续布置CLT剪力墙，承载力就会集中在一处，造成一侧的柱子过度受拉。而如果将上下层的剪力墙错开布置，墙所受到的压力与拉力相互抵消，能够减少柱的负担。我担任结构设计监修的“兵库县林业会馆”（图26）是一座5层高的钢结构建筑，在立面以相间的格子状布置CLT剪力墙，从而获得了更高的抗震效率。
▲26 兵库县林业会馆外观 ©金箱温春
▏蒲池健：
Ento中CLT剪力墙的做法可以说是CLT板材工法中最常用的。根据最初的设计概念，我们希望利用3000mmCLT大板，但后来签约的工厂可制作的最大尺寸只有1250mm×6000mm。最后的实施方案是将1250mm小板进行三等分后组合成格子状，最后在上下端通过预埋件固定。
▏平辉：
如果能用3000mm大板，会有什么新的可能性呢？
▏蒲池健：
从整体设计出发，我们的最初想法是通过在 CLT 板上开洞来创造一种通透的剪力墙。现在这个由更窄的板材组合而成的格子状剪力墙，其实用集成材也能实现。不过因为希望用CLT 达到设计概念的统一，所以依然采用 CLT，切分成类似于梁的线性构件后再重新组合。
▏平辉：
确实在这个格子状的构成中，通过这种组合方式的集成材也能实现结构整体的双向性，CLT本身具有的双向传力特点就没有这么明显了。
1.10 新的复合形式
▏平辉：
除了剪力墙，不少作品中还出现了CLT与其他材料复合的结构形式。在这些复合结构中CLT起到了什么作用呢？
▏远藤谦一良：
“北海道森林营造专业学院”（图27,28）在平面较为开放的X轴方向上以传统框架工法建造，而在不需要开窗的较封闭Y轴方向上使用了CLT。我们在设计中面临的最大问题是，这个学校要求使用北海道产的木材来建造，而北海道能生产的CLT板材最大尺寸只有1.2m×6m。要用这些小板建造10.8m×18m的实习室，需要将9块板排成三列，并且需要在下部设梁使结构具有整体性。当然也可以用集成材作为梁，但在10m的跨度下，集成材的梁高会超过1m。实习课会使用无人机等设备，为了确保空间净高的有效性，最后采用了600mm高的张弦梁。
▲27 北海道森林营造专业学院实习室内观 ©远藤建筑工作室
▲28 北海道森林营造专业学院门厅内观 © 远藤建筑工作室
北海道森林营造专业学院
▲北海道森林营造专业学院平面图 ©远藤建筑工作室
▲北海道森林营造专业学院剖面详图 ©远藤建筑工作室
北海道森林营造专业学院
建筑设计：远藤建筑工作室/远藤谦一良
结构设计：ANDO Imagineering Group
结构：木结构、部分钢筋混凝土结构
层数：地下１层、地上2层
建筑面积：1 300㎡
CLT使用：剪力墙、张弦梁楼板210mm厚、家具90mm厚
建成时间：2021.02
▏蒲池健：
Ento的部分楼板跨度达到10m，CLT自重较重，并不太适合用于大跨度。所以用集成材的梁进行了补强，从而使其上承载的CLT楼板在两个方向上都能做出更大的悬挑。
作为这种复合利用形式的发展，通过对集成材梁与CLT的一体化，可以制作类似合成板的构件。如果直接把两段集成材拼接成更高的梁，需要用超长螺栓固定，以防止构件之间的错动。如果在当中加入CLT，从CLT两侧分别与集成材连接，即使上下两侧的梁错开布置也可以通过CLT完成力的传递，这样只需要用短螺栓就能完成连接。
▏平辉：
也就是说，CLT的介入使许多构件的连接变得更容易了？
▏蒲池健：
另外，在CLT的上下两面等距铺设木或钢肋，也可以制作出具有超强刚度的加肋板。
CLT作为单体其实并没有那么大的吸引力（笑），自重大，制造方法粗糙，而且强度与外观所呈现的体量感并不相符。CLT结构的强度取决于节点，很难完全发挥材料本身的性能。从这个角度来看，也希望通过与其他材料的复合，尽可能发挥CLT作为面材的潜力。
▏金箱温春：
只用CLT工法来建造的话，在表现上很受限制，只能做出类似钢筋混凝土结构的建筑。“南予”（图29,30）的主体结构采用了传统框架工法，CLT仅用作屋顶、部分楼板与其中一个方向的剪力墙。因此局部使用CLT会是一种相当有效的方法，例如在钢结构中用CLT建造核心筒，可以使空间更加开放。
▲29 南予森林合作社新事务所内观 ©金箱温春
▲30 南予森林合作社新事务所屋顶施工 ©金箱温春
最重要的是，不能盲目地使用木结构或追求木质，而是要去思考如何更好地利用材料。实际上可以在希望表现木质的地方使用木材，比如看得到的地方或主要空间，而在看不到的地方用钢筋混凝土建造，这样既可以提升建筑的抗震性能，又可以降低成本。总之，如果执着于全部使用木结构或 CLT，或因为 CLT 是新材料就过度强调它的可能性，这样会适得其反。CLT 也有自身的局限性，只有用在真正合适的地方，今后才能有更广阔的发展。
▏原田真宏：
说到木结构，常常会有追求纯粹性的倾向，希望全部用CLT或木材建造，我认为完全没有必要。在常规的建筑结构中，把木材用在能胜任的地方，这样反而更能增加木结构的表现机会。例如，ROOFLAG的主体结构就是钢筋混凝土，只在梁中用了CLT。如果完全使用木结构，不但建造难度更大，而且耗能耗材，反而失去了展现木结构魅力的机会。木材的优点在于柔软易加工，能与不同的材料友好相处。遇到钢或混凝土时，如果节点合不上，也可以稍作切削调整。适得其所，是我使用木结构的立场。
注释：
① 欄間是指日本传统建筑中移门上方的透笼板或楣窗。
② 金继是一种使用数种漆，或将漆与金粉、银粉或白金粉混合，以修补破损陶器的日本技艺。
③ 壁倍率是日本建筑基本法中对木结构建筑剪力墙强度的定义和判断指标。
采访：平辉， 东京工业大学环境社会理工学院建筑学系助理教授；高小涵， 同上博士课程。
翻译：高晏如，东南大学建筑学院硕士研究生。
校对：林楠， 东京工业大学环境社会理工学院建筑学系硕士研究生。
敬请期待下篇：
#02
CLT的综合性与利用维度
#03
CLT在今后的突破口
……
本文节选自《建筑技艺》杂志
2022年12月刊
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文字整理：吴春花排版：葛楠、王文慧校核：刘晓茜