木材具有重量轻、强重比高、弹性好、耐冲击、纹理色调丰富美观,加工容易等优点。不过,许多人的印象里,木材也有明显劣势:易生虫腐蚀、不耐火。伴随现代材料科技发展,木材短板被一一补齐,新型木材逐渐走俏建材行业。
近日,一则新闻被多家建筑资讯网站转载——法国要求公共建筑至少含有50%木材。作为总统马克龙气候行动计划的一部分,法国城镇和住房部长朱利安·德诺曼迪宣布了一项新措施要求,从2022年起,法国所有新建公共建筑必须至少50%使用木材或其他可持续材料,以推动可持续城市发展。巴黎当地政府已经承诺更多地使用木材、稻草和麻类植物等自然材料。所有巴黎奥运会8层以上的建筑都必须全部用木材建造。德诺曼迪部长还呼吁在优先社区建立100个城市农场,即所谓的“绿色郊区”,同时向现有存量增加90个新的“生态社区”。“可持续城市”计划旨在展示法国为2024年巴黎夏季奥运会和残奥会的低碳化决心。当然,相比高层办公商业建筑,木质材料在低层住宅项目中的应用更为常见。
法国Odile Guzy Architects事务所在索恩河畔沙隆完成了一个社会住房项目,包括梯田式房屋和相邻公寓楼,木质立面延伸形成遮阳板条。作为该项目设计公司,Odile Guzy Architects是一家为法国东部地区居民提供高质量、低成本社会住房的组织。项目共提供26套住宅,分为20套公寓和一排6套露台住宅。针对场地和周围城市结构的有限尺寸,建筑师提出的设计方案,建筑从街道向后延伸,建筑密度和私密性均有所差异。设计师说:“当你在小区中走动时,空白区域可以创造一系列不同体验。”通过使用人行天桥和外部楼梯,这一“舞台布位”得以延续,向城市提供远景视野和不凡的景致。”连接项目两部分的中央小巷创造了另一个开放区域,发挥了重要的社会功能,并引入了绿化元素。公寓前面的碎石区容纳了一排细长的桦树,随着树篱迅速生长,房屋将更为私密。每间房子都有朝南的小花园,花园与起居室相连,起居室由突出的遮阳篷保护,遮阳篷由与正面相同的板条木制成。项目设计任务书规定,木材结构应贯穿始终。这种可持续材料被彻底贯彻,建筑几乎用垂直木板覆盖。在国外的大型公共建筑中,常见到重型工程木材搭建的重型木结构建筑。重型木材有时被称为“新型木材”,这种相对较新的和尚未发展的建筑材料几种类型:交错层积材(CLT)、胶合木(GLT)、单板层积材(LVL)等。其中,交错层压木材(cross-laminated timber),简称CLT,是一种新型木建筑材料,采用窑干的杉木(云杉/冷杉)指接材经分拣和切割成木方,经正交(90度)叠放后,使用高强度材料胶合成实木板材,可按要求定制面积和厚度;其特点是将横纹和竖纹交错排布的规格木材胶合成型,强度可替代混凝土材料,经有关测试表明:以该材料组合成的木建筑物抗震性能良好。 基于其设计性质,交错层积木材(CLT)本质上就具有很强的承重能力,并且不论是在纵向,还是横向组合应用方面,都可以作为一种重要的承重材料。理论上讲,交错层积木材(CLT)可以用于高达10层木结构建筑的结构材料,并且可以作为水泥或钢材的可替代材料。 该技术在20世纪90年代问世后,因其取材天然且性能优异,一直备受绿色建筑行业关注。这种自欧洲引进的新型工程木产品,不仅具有极高的强度且绿色环保,自身具备一定的防火功能,因而,可为木质建筑提供灵活的设计方案、有竞争力的成本和优异的结构强度。 交错层压木材(CLT)属重型木结构,大面积的交错层压木材板,可直接切口后,作为建筑的外墙、楼板等,适合用于地面以上建筑;因该技术具有高效、高速施工的优势,且对天气要求低,可极大地提高施工进度。 全球第一栋使用该技术建造的建筑物,在奥地利和德国建设完成。由于在欧洲,交错层压木材的设计、生产、市场营销和经销稳步发展,使得到2010年,交错层积木材产品已成为建筑上具有可行性选择的建筑材料。近年,新的8层、9层和10层的木质结构建筑,在意大利、英国和澳大利亚纷纷兴建。加拿大建筑师、不列颠哥伦比亚大学建筑与风景园林学院任教的迈克尔·格林在TED演讲中,呼吁通过使用木材,而不是混凝土和钢材来建造建筑,以解决建筑业面临的最大挑战——在不增加碳排放的情况下满足全球住房需求。格林希望建设方式系统变革。为了缓解全球住房和气候危机,他倡导:忘掉钢铁、秸秆、混凝土、集装箱和夯土。用木头建造城市摩天大楼。格林的项目范围从北美的零售精品店和住宅到亚洲的可持续社区,他在一份白皮书中探讨了高层木质建筑的合理性——成本、效益和工程挑战。他认为,如果要砍倒一棵树,那么应该尊重这棵树的生命,尽可能地做一些美丽的东西。树木长到四十层楼高,但我们只建造四层楼高的建筑物。全球47%的二氧化碳排放与建筑业有关,远远超过备受诟病的交通业的33%,因此我们需要解决这个问题。1立方米木材储存1吨二氧化碳,而混凝土和钢材在制造则会产生二氧化碳。格林提倡用木板、工程木梁来建楼。他认为,木材是我们能利用的最先进、大自然持有专利的建材。作为大自然的指纹,木材理应成为建造环境的一部分。5
2019年底完工、木材占比75%,这座维也纳建筑够环保HOHO Wien项目于2015年提出建造构想,次年奠基建设。2018年3月完成一期,2019年12月正式完工。项目被认为是全球真正最高的木制高楼。因为在建成的木制高楼中,这是最高而且建成完整度最高的一个。HOHO Wien楼高 84米,木材占到建材的75%。建造这座大楼的木材拥有PEFC认证,以保证木材都是来源于可持续发展的森林。据当地开发商介绍,第一批租户入驻的办公室内部也采用了云杉木材料。项目设有酒店、健身房、餐厅、公寓等设施,24层楼建筑牢固程度丝不亚于混凝土建筑。环保是建筑的一大特点,只有部分核心位置使用混凝土加强结构。建筑可以减少2800吨二氧化碳排放,连电梯都是有能量回收功能的。大楼还设光伏系统,将环保进行到底。Hoho Wien所属的总项目使用面积达到22.5万平方米,建筑成本约是6500万欧元,折合人民币5亿左右。位于挪威Brumunddal的18层、85.4米高的Mjosa大楼成为世界上最高的木结构建筑。这是那些偏爱木材而非更传统的高建筑材料的设计师梦寐以求的头衔。Mjosa大楼由Voll Arkitekter设计,取代之前的木制建筑记录保持者——加拿大不列颠哥伦比亚大学Brock Commons学生宿舍楼,该楼曾以53米的高度登顶。相比常用的混凝土和钢材,木材有许多优点:一方面,由于易于预制材料重量轻,建筑时间可以减少一半左右。令人意想不到的是,木材作为高层建筑材料的优势在于,它能够抵御火灾,不快于钢铁在燃烧过程中的融化速度。如同总承包商Erik Tveit所说,“根据消防安全法规,建筑物必须能够承受至少两个小时的火灾而不倒塌。一座钢筋混凝土建筑起火时,随着钢铁融化,建筑物会倒塌。”这座建筑的特性并不局限于对建筑材料的选择。Voll Arkitekter事务所建筑师Elgsaas说,“建筑正面设有风格化的重复图案装饰,图案灵感来源于水的流动,以及光线在水波上的跃动方式。”不过,值得注意的是,建筑并不是完全用木头建造的。为了防止塔楼在风中摇晃,上层添加了混凝土,起到稳定作用。承包商透露,“最上方的七层楼楼层之间使用了混凝土,这与承载力无关。简单来说,在木材、混凝土建筑中,建筑高度越高,摇摆幅度越大。建筑高层中混凝土的重量减缓了摇摆程度,令人不容易察觉。”项目坐落于UBC大学温哥华主校区的学校住宿区。项目位于住宿区最为核心的中心部分。地块是一块长条较窄的坡地,面向Walter Gage路,毗邻Gage住宅楼和North Parkade。项目大楼高53米,总共18层,占地面积15115平方米。项目针对的人群是高年级学生,提供单人床位和四人床位的宿舍空间,全部附带厨房和浴室。底层一楼用玻璃幕墙包围,镶嵌着彩色的玻璃装饰。建筑外立面由预制化的墙板系统组成,该墙板系统由蓝色色调的玻璃,白色和碳化的饰面板组成。竖向装饰金属条为建筑的竖向效果提供视觉支撑。整栋大楼的结构为底层混凝土框架以及两个混凝土核心筒结构组成,并支撑17层的重型木结构楼板结构。竖向荷载由木结构承受,两个混凝土核心筒承载侧向稳定。楼板结构为五层CLT板,集中荷载作用在胶合木柱上,柱网尺寸为2.85x4米。该CLT楼板为双向楼板,结构概念与混凝土楼板相似。为了避免竖向荷载通过CLT楼板来传递,柱之间的竖向荷载由钢节点直接传递,并为CLT楼板提供承载面。CLT板和胶合木梁构件被石膏板包覆以满足耐火极限的要求。屋面结构由预制钢梁和自带防水层的金属面板构成。该结构可以满足施工时的防水要求。项目将和大学的区域能源系统连网,并且目标达到LEED金牌等级。项目预计比相同体量的建筑达到高达25%的节能能效。大量采用的重型木结构构件替代了约2650立方的混凝土材料,相当于减少了约500吨的二氧化碳排放。项目在耐火消防上采用了和传统高层混凝土或钢结构建筑一样的保守设计策略。建筑的空间设计采用了一系列重复的小隔间形式,以期在火灾发生的时候,火情能够被有效地控制在一个较小空间内不会很快扩散。为了达到更好的性能,户间隔墙的耐火时间达到了2个小时,超过规范要求的1个小时。自20世纪80年代以来,为了保护森林资源,我国一直主张保护替代用途。中国木结构建筑的研究和应用已停滞数十年。过去的十多年中,由于中国实施的人工快速增长的森林政策效果明显,种植面积和库存量均跃居世界前列,为国内的木结构发展带来了机遇。木结构建筑从住宅、酒店到海滩、茶楼、园林景观的广泛应用。目前,中国每年建造的木结构房屋超过600,增长态势良好。可以预见,木质建筑将迎来发展的春天。参考:
1. France requires new public buildings to contain at least 50% wood
https://archinect.com/news/article/150183480/france-requires-new-public-buildings-to-contain-at-least-50-wood
2. Odile Guzy Architectes covers social housing scheme with wooden slats and diamond patterned roofs
https://www.dezeen.com/2017/10/01/odile-guzy-architectes-social-housing-vertical-slats-residential-france/
3. Michael Green: Why we should build wooden skyscrapers
https://www.ted.com/talks/michael_green_why_we_should_build_wooden_skyscrapers
4. 全球最高木制摩天大楼:耗资仅5亿84米高,可用面积2.5万平方米
https://baijiahao.baidu.com/s?id=1652813937350189335&wfr=spider&for=pc
5. 我国现代木结构建筑现状调查
http://www.sohu.com/a/289768647_822803
网站:http://www.archcy.com/
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