大都市里的實(shí)木材料所做的高樓大廈，木制城市天際線(xiàn)，實(shí)木裝修定制更環(huán)保？

10月初的一個(gè)陰天里，建筑師安德魯·沃(AndrewWaugh)在倫敦東部的肖雷迪奇(Shoreditch)一座普通公寓樓的底座上繞著圈轉(zhuǎn)。肖雷迪奇在第二次世界大戰(zhàn)期間遭受重創(chuàng)--“城市重建，對(duì)德國(guó)空軍的贊美，”沃格說(shuō)，然后在被忽視的衰敗中度過(guò)了幾十年。然而，最近，這個(gè)社區(qū)又開(kāi)始呼嘯而起。夜總會(huì)和科技初創(chuàng)企業(yè)首先承諾廉價(jià)租金，居民緊隨其后。和他們一起來(lái)的還有建筑師、城市規(guī)劃師和工程師，他們中的許多人朝圣到Waugh現(xiàn)在繞行的那座塔。

NASA’s Chandra spacecraft spies clover-shaped voids left by supermassive black holes
從外面看，瓦格和他的搭檔安東尼·蒂斯?fàn)栴D共同設(shè)計(jì)的九層樓，叫做斯塔德索斯，并沒(méi)有什么特別華而不實(shí)的地方。它的灰色和白色的正面幾乎無(wú)縫地融入了陰云密布的倫敦天空。正是內(nèi)在的原因使斯塔德索斯脫穎而出。而不是鋼和混凝土，地板，天花板，電梯井和樓梯井都是完全用木頭做的。

但不只是木頭。該塔的強(qiáng)度和質(zhì)量依賴(lài)于一種被稱(chēng)為交叉層合木材(CLT)的高度工程材料。巨大的面板厚達(dá)半英尺。它們是通過(guò)將平行的橫梁層垂直地放在另一層上，然后把它們粘合在一起，形成像鋼鐵一樣強(qiáng)度的材料?！芭c傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)相比，這種結(jié)構(gòu)與預(yù)制混凝土有更多的共同之處，”蒂斯?fàn)栴D說(shuō)。許多工程師喜歡稱(chēng)之為“類(lèi)固醇膠合板”。

2009年開(kāi)業(yè)時(shí)，斯塔德索斯是目前世界上最高的現(xiàn)代木材建筑。從那以后，CLT塔到處都是。2011年，沃格·蒂斯?fàn)栴D在斯塔德索斯附近建造了一座七層高的公寓樓，不列顛哥倫比亞省喬治王子的一座90英尺高的木屋正在施工中。2012年，斯塔德索斯在墨爾本的一棟名為“堡”的10層公寓樓中失去了身高紀(jì)錄。

木材既是可再生的，又是碳匯。
還有更高的計(jì)劃。瑞典當(dāng)局已批準(zhǔn)在斯德哥爾摩建造一座34層的木塔，而溫哥華建筑師邁克爾·格林(MichaelGreen)正在尋求批準(zhǔn)在他的城市建造一座30層高的木塔。芝加哥建筑巨頭斯基德莫爾，歐文斯&美林最近發(fā)布了一份以CLT為主體的42層塔樓的可行性研究報(bào)告。不列顛哥倫比亞省大學(xué)(UniversityofBritishColumbia)木材建筑設(shè)計(jì)和施工教授弗蘭克·林(FrankLam)說(shuō)，建筑師之間的競(jìng)爭(zhēng)是為了看誰(shuí)能建造下一個(gè)最高的木材高層。

為什么突然對(duì)木頭感興趣？與鋼或混凝土相比，CLT，也被稱(chēng)為大量木材，由于木炭的使用方式，它更便宜，更容易組裝，更耐火。這也是更可持續(xù)的。木材和任何農(nóng)作物一樣是可再生的，它是一個(gè)碳匯，即使在它變成木材之后，它也會(huì)在生長(zhǎng)過(guò)程中吸收二氧化碳。沃格·蒂斯?fàn)栴D估計(jì)，斯塔德索斯的木材儲(chǔ)存了186噸碳，而建造類(lèi)似的、傳統(tǒng)建造的塔樓的鋼和混凝土在生產(chǎn)過(guò)程中將產(chǎn)生137噸二氧化碳。木材網(wǎng)節(jié)省323噸。

人口學(xué)家預(yù)測(cè)，在36年內(nèi)，地球上的城市居民將翻一番，這將增加對(duì)人口密度越來(lái)越高的城市的需求。無(wú)論是建筑師和建筑公司用鋼鐵和混凝土等不可持續(xù)的材料建造這些塔，還是使用CLT這樣的新材料，都會(huì)對(duì)地球的健康產(chǎn)生巨大的影響。換句話(huà)說(shuō)，世界城市的未來(lái)可能就在于它最古老的建筑材料。

切割與裝配

交叉層合木(CLT)板在工廠被切割成規(guī)格，并在建筑工地組裝.
當(dāng)大多數(shù)人想到木結(jié)構(gòu)時(shí)，他們會(huì)想象一個(gè)氣球--或者更確切地說(shuō)，是一個(gè)氣球框架，這是19世紀(jì)中葉引入的一種輕巧但堅(jiān)固的民居建筑系統(tǒng)(人們說(shuō)，它太輕了，以至于它可能會(huì)飄走)。這些框架，也被稱(chēng)為“芝加哥建筑”，為他們最初流行的城市，是廉價(jià)和容易建造。但是，雖然他們足夠強(qiáng)大的幾個(gè)樓層的住宅建設(shè)，氣球框架很快就會(huì)在更多的重量。

這在19世紀(jì)末成為了一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)槌鞘虚_(kāi)始發(fā)展壯大。幸運(yùn)的是，大約在同一時(shí)間，工程師和建筑師發(fā)現(xiàn)了如何使用鋼和混凝土建造高層建筑，可以爬到最高的氣球框架之上。芝加哥138英尺高的家庭保險(xiǎn)大樓于1885年開(kāi)業(yè)，它是第一個(gè)使用鋼骨的建筑，數(shù)以千計(jì)的人接連接踵而至。

在19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，在巴爾的摩、芝加哥和舊金山等城市，一連串可怕的城市大火席卷了一平方英里的木屋和公寓樓。這些災(zāi)害導(dǎo)致當(dāng)?shù)貒?yán)格的建筑法規(guī)，將住宅木結(jié)構(gòu)建筑的高度限制在5層以下。

剩下的是建筑史。20世紀(jì)，遍布世界各大城市的摩天大樓的大片森林幾乎完全是用鋼筋和混凝土建造的?！坝泻荛L(zhǎng)一段時(shí)間人們忘記了如何使用木材，”drmm倫敦建筑公司的合伙人亞歷克斯德里杰克(Alexderijke)說(shuō)，該公司曾廣泛從事大規(guī)模木材設(shè)計(jì)工作。

但是在過(guò)去的二十年里，建筑師和工程師開(kāi)始重新思考木材作為一種結(jié)構(gòu)建筑材料的可能性。首先是技術(shù)本身。上世紀(jì)90年代中期，奧地利政府資助了一項(xiàng)聯(lián)合工業(yè)學(xué)術(shù)研究項(xiàng)目，以開(kāi)發(fā)新的、更強(qiáng)大的“工程”木材，以吸收該國(guó)的木材供應(yīng)過(guò)剩。其結(jié)果是CLT-一種重量輕，非常堅(jiān)固的材料，可以預(yù)制和定制裁剪。

CLT的簡(jiǎn)單之處在于其正交異性的品質(zhì)。普通木材在晶粒方向較強(qiáng)，而在橫向較弱。CLT的垂直層使得它在兩個(gè)方向都很強(qiáng)。而且，由于它依賴(lài)于一層較小的梁，它可以通過(guò)使用奇形怪狀、棘手的木材來(lái)減少浪費(fèi)，否則木材廠就會(huì)拒絕。

CLT的出現(xiàn)恰逢建筑正在經(jīng)歷自己的技術(shù)革命。在過(guò)去，建筑師會(huì)手工起草圖紙，然后交給工程師，工程師會(huì)把文件轉(zhuǎn)換成每個(gè)木梁或鋼板的規(guī)格。然后，這些部件將在磨坊中切割，然后一片一片地在現(xiàn)場(chǎng)組裝--這是一種昂貴、耗時(shí)且往往不精確的工藝。

今天，這一切都是通過(guò)電腦完成的。一位建筑師使用三維AutoCAD軟件設(shè)計(jì)了一座建筑，該程序生成材料規(guī)格，并將它們發(fā)送給機(jī)器人木材或鋼路由器，后者可以精確地塑造面板。其結(jié)果是一組積木，一小群工人可以在幾個(gè)星期內(nèi)把它們釘在一起。四個(gè)人每周工作三天，只花了27天時(shí)間，就建成了斯塔德索斯的木材部分，比類(lèi)似的鋼和混凝土結(jié)構(gòu)快了大約30%。沃夫說(shuō)，這座塔不是從零開(kāi)始就在現(xiàn)場(chǎng)建造的，它更像是組裝一件家具。他說(shuō)：“這些指示就像宜家，但有些簡(jiǎn)單明了，名字也更令人愉快。”


重新設(shè)計(jì)

盡管有很多好處，但直到最近，CLT一直是個(gè)難上加難的市場(chǎng)。在2003年使用這種材料建立了一個(gè)小型藝術(shù)俱樂(lè)部之后，沃格和蒂斯?fàn)栴D花了數(shù)年時(shí)間試圖說(shuō)服更多的客戶(hù)使用它，但都失敗了?！安还茴櫩瓦M(jìn)來(lái)什么，木材都會(huì)出現(xiàn)在桌子上，”沃說(shuō)，“過(guò)了一個(gè)小時(shí)，木材就經(jīng)常掉下來(lái)?！?

這種阻力產(chǎn)生于關(guān)于木材作為一種材料的假設(shè)：客戶(hù)認(rèn)為任何木材結(jié)構(gòu)都會(huì)表現(xiàn)得像氣球框架，其結(jié)構(gòu)上的弱點(diǎn)和易受火災(zāi)的影響?！拔覀冇袝r(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)這段旅程令人沮喪，”蒂斯?fàn)栴D說(shuō)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)的一件事是，沒(méi)有人能區(qū)分大量木材和木結(jié)構(gòu)?！?

當(dāng)然，木材建筑首先要考慮的是火災(zāi)。然而，大量的木材在火災(zāi)中實(shí)際上比鋼鐵更安全。厚厚的木板會(huì)在外面燒焦，把木頭封在里面不受損壞。另一方面，金屬開(kāi)始融化。“鋼鐵，當(dāng)它燃燒時(shí)，它就像意大利面，”B.J.Yeh說(shuō)，他是APA(工程木材協(xié)會(huì))的技術(shù)服務(wù)主管。

然而，開(kāi)發(fā)人員慢慢地出現(xiàn)了，特別是那些掌握了使用CLT進(jìn)行建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益的開(kāi)發(fā)人員。當(dāng)全球項(xiàng)目管理和建筑公司Lend Leases的澳大利亞分公司開(kāi)始設(shè)計(jì)墨爾本碼頭附近的10層公寓樓時(shí)，它的工程師們并沒(méi)有考慮大量木材?！拔覀冏畛鯇ふ业氖且环N輕型建筑解決方案，可以在相對(duì)惡劣的土壤條件下工作，”安德魯·尼蘭(AndrewNieland)說(shuō)，他負(fù)責(zé)公司的木材建設(shè)項(xiàng)目。他們發(fā)現(xiàn)，CLT在經(jīng)濟(jì)上是最有意義的。尼蘭說(shuō)：“我們做了盡職調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了工程用材?！备鶕?jù)沃格·蒂斯?fàn)栴D的研究，一般來(lái)說(shuō)，CLT的建造成本比傳統(tǒng)的鋼材和混凝土便宜15%左右。

房客也要上船了。盡管擔(dān)心一些人可能會(huì)被圍繞著木塔生活的安全擔(dān)憂(yōu)而關(guān)閉，但事實(shí)證明，福特在商業(yè)上取得了巨大的成功，所有的公寓都賣(mài)光了?！斑@是在中國(guó)的新聞，”尼蘭說(shuō)?！耙晃煌碌哪赣H打電話(huà)說(shuō)，‘這是什么建筑？’”展望未來(lái)，他說(shuō)，澳大利亞租賃公司致力于與CLT合作建設(shè)30%至50%的項(xiàng)目。

但是，轉(zhuǎn)向木材背后最大的驅(qū)動(dòng)力是建筑師和開(kāi)發(fā)人員日益意識(shí)到他們的領(lǐng)域?qū)夂蜃兓呢暙I(xiàn)。Waugh說(shuō)：“我們的工業(yè)在對(duì)地球和人類(lèi)健康的影響方面領(lǐng)先于所有其他行業(yè)。”混凝土和鋼鐵需要大量的能源來(lái)生產(chǎn)和運(yùn)輸，每噸鋼或混凝土產(chǎn)生超過(guò)一噸二氧化碳。

另一方面，木材--即使是像CLT這樣的工程化木材，也需要額外的能量才能切割和壓縮成不同的部分--對(duì)環(huán)境更加友好。根據(jù)倡導(dǎo)可持續(xù)木材建設(shè)的“永續(xù)木材”組織的說(shuō)法，一噸磚塊的產(chǎn)量是一噸鋸材所需能源的四倍；混凝土需要五倍，鋼鐵需要24倍，鋁需要126倍。木材也表現(xiàn)得更好：例如，它的絕緣性比混凝土高五倍，比鋼高出350倍。這意味著需要更少的能源來(lái)加熱和冷卻木材建筑。

當(dāng)CLT被用于建造高聳的塔樓時(shí)，可以節(jié)省大量的碳。這186噸的碳鎖定在Stadthausus足以抵消20年的日常運(yùn)營(yíng)，這意味著，在其使用的頭20年，該建筑不是碳中性的，它實(shí)際上是碳負(fù)值。斯塔德索斯沒(méi)有生產(chǎn)溫室氣體，而是在與這些氣體作斗爭(zhēng)。

雖然像沃格·蒂斯?fàn)栴D這樣的公司專(zhuān)注于高層建筑的低端，但其他公司卻在設(shè)計(jì)更高得多的建筑，最高可達(dá)40層或更多層。最新的提案來(lái)自斯基德摩，奧溫斯&美林，這是一些世界上最高的摩天大樓背后的公司，包括世貿(mào)中心1號(hào)和哈利法BurjKhalifa。它被稱(chēng)為木材塔研究項(xiàng)目，它重新設(shè)想了芝加哥42層的德維特·切納特公寓樓，它是斯基德莫爾在1966年設(shè)計(jì)的，主要是用CLT建造的?？傮w來(lái)說(shuō)，擬議中的建筑是80%的木材與鋼筋和混凝土連接，以提供額外的剛度。

到目前為止，這項(xiàng)研究只是一個(gè)思考實(shí)驗(yàn)。但對(duì)于像斯基德莫爾這樣的藍(lán)籌股公司來(lái)說(shuō)，接受高層木結(jié)構(gòu)建筑是一種標(biāo)志，表明這項(xiàng)技術(shù)正從工程先鋒迅速走向主流。

我們不太可能看到木塔像今天的摩天大樓那樣高。但這留下了很多機(jī)會(huì)。即使在世界上最大的城市，也只有少數(shù)幾座建筑比40層高?！昂艽笠徊糠质袌?chǎng)是可行的。紐約是一座高樓大廈，但它沒(méi)有那么高，“威廉·F·貝克(WilliamF.Baker)說(shuō)，他與項(xiàng)目工程師本頓·約翰遜(Benton Johnson)共同主持了這項(xiàng)研究?！拔覀兡軕?yīng)付曼哈頓的大部分地區(qū)?！?br>
讓我們回到斯塔德索斯。如果在Shoreditch的一個(gè)街角上那座不顯眼的建筑實(shí)際上是一個(gè)排放數(shù)百?lài)嵦嫉南葳?，那就想象一下整個(gè)斯塔德豪斯市(Stadthaus)。曾經(jīng)是溫室氣體主要來(lái)源的結(jié)構(gòu)反而可以將它們從大氣中清除出來(lái)?！澳绢^是新的混凝土，”dRMM的de Rijke說(shuō)?！盎炷潦?0世紀(jì)的一種材料。鋼是19世紀(jì)的材料。木材是21世紀(jì)的一種材料?！?

新木材：制造CLT
生產(chǎn)交叉層合木材的過(guò)程清楚地說(shuō)明了為什么建筑師稱(chēng)它為“類(lèi)固醇上的膠合板”。它的分層結(jié)構(gòu)給了它巨大的兩個(gè)方向的強(qiáng)度，產(chǎn)生了一種輕的替代鋼或混凝土。


新木材

1)層
木梁，通常是云杉，被放置在一層又一層，每一層垂直于它下面的一層，形成一個(gè)高達(dá)一英尺厚的木板。每一層之間都有一層薄薄的膠水。

2)按
木板放在一個(gè)巨大的印刷機(jī)里，把它們擠在一起。

3)沙子
木板的邊緣被磨掉了。如果需要較長(zhǎng)的部分，則用指板來(lái)創(chuàng)建鋸齒狀的聯(lián)鎖端。然后，它們被粘在另一個(gè)面板的匹配端，形成長(zhǎng)達(dá)78英尺的部分。

4)切割
這些板被裁剪成定制規(guī)格，包括窗戶(hù)和公用設(shè)施的空間，使用建筑師或建筑團(tuán)隊(duì)發(fā)送的3D文件。

木材塔的解剖

木材塔的解剖

1)當(dāng)鋼或混凝土結(jié)構(gòu)是骨架結(jié)構(gòu)時(shí)，使用柱來(lái)承載荷載時(shí)，CLT塔的重量分布在整個(gè)實(shí)心垂直板上。

2)鋼或混凝土L形支架將水平和垂直的CLT板固定在一起。

(3)豎向CLT單元間的水平跨度可明顯大于鋼梁或混凝土梁。

4)內(nèi)墻通常是通過(guò)在大量的木材板上涂上一層石膏板來(lái)防火的。

5)2英寸混凝土層通常覆蓋兩層2英寸的絕緣層(由3英寸的空隙隔開(kāi))，以減少樓層間的聲振動(dòng)。

6)面板是按順序制作的，窗戶(hù)被剪掉了，有時(shí)還安裝了管道和電氣設(shè)備。建造就像把面板擰在一起一樣容易。

(7)電梯有雙層墻，中間夾有絕緣層，以確保消防安全和隔音。