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建筑师指南:胶合木结构是未来趋势
来源: 时间:2024-03-07

近年来,全球各地的建筑师都断言胶合木是未来的高科技建筑材料——我们都应该高度关注。随着钢铁和混凝土因其高昂的环境成本而逐渐被淘汰,各种形状和尺寸的木结构建筑正在上升到令人兴奋的新高度。 

迈克尔·格林 (Michael Green)在其富有启发性的泰德演讲《为什么我们应该建造木制摩天大楼》中表示,“我希望,我们的建造方式正处于一场革命的开端,因为这是 100 年来建造摩天大楼的第一个新方式或者更多。 但挑战正在改变社会对可能性的看法,这是一个巨大的挑战。说实话,工程是其中最简单的部分。”

隈研吾建筑事务所设计的梼胶合木原木桥博物馆

胶合木系统

胶合木:胶合层压木材是一种多功能的工程木材,因其强度、美观和可靠性而经常被指定。该材料由多层结构木材组成,使用粘合剂将这些结构木材粘合在一起,以形成更大的、可能巨大的木材。使用这种材料的建筑进步极大地改变了使用木材进行建筑的规模。

坂茂建筑师事务所设计的阿斯彭艺术胶合木博物馆

胶合木通常被认为是结构混凝土和钢材的可行替代品。与混凝土和钢材相比,胶合木可以生产出重量更轻、碳足迹更少的结构,而且强度更高。使用胶合木可以形成各种结构部件,包括平行梁、预弯梁、倾斜梁、曲梁、飞行梁和桁架。设计的可能性几乎是无限的。 

Alison Brooks Architects Ltd设计的Smile由 CLT 先驱德国Züblin-Timber预制为 12 块工业尺寸的郁金香木 CLT 板。

交叉层压木材 (CLT) : CLT 是另一种流行的胶合结构木材形式,具有许多相同的出色功能。根据 StructureCraft 的说法,“交叉层压木材 (CLT) 面板是通过将连续的垂直木材层堆叠并粘合在一起而形成的。然后将分层的堆叠在大型液压机或真空压机中压制,形成互锁面板。”

由Junichi Kato and Associates设计的Santo CLT 办公室使用 CLT 作为建筑的结构和装饰材料。

面板中的层数通常为三到七层,但也可能远远超过此数量。CLT 板在运送到现场之前可以轻松地合并门窗开口以及电气和机械系统的布线。

隈研吾建筑事务所设计的梼原木桥博物馆

美学

型材:使用胶合木,可以实现从简单的拱形形状到具有非常紧密的半径的戏剧性配置的一切。弯曲胶合木是通过将层压板弯曲然后用粘合剂粘合在一起、夹紧和固化来制造的。

尺寸:胶合木的最大优点之一是它可以制造多种尺寸。可以通过并排放置不同宽度的板材并将每层反转以使有重叠且没有直通的垂直接缝来制造极宽的梁。

根据StructureCraft和结构木材协会的说法,胶合木板的长度仅受制造和运输限制。 理论上,胶合木板可以跨越任何可以想象的长度,迄今为止,已经使用胶合木框架建造了超过 100,000 平方米的屋顶面积。

坂茂建筑师事务所设计的阿斯彭艺术博物馆

木材等级:ANSI  A190.1 标准(APA 的木制品标准)规定了国家认可的结构胶合层压木材的生产和认证要求。 这些标准为胶合木产品提供了四种外观等级:框架、工业、建筑和高级。

框架和工业级外观胶合木通常用于建筑物公众看不到的隐蔽区域。当胶合木用作外墙材料或暴露元件时,强烈建议使用建筑级外观胶合木。 高级外观胶合木通常仅适用于定制订单,并且用于预计高流量的情况。优质胶合木提供极高品质且光滑的表面。

海姆斯沃斯建筑事务所设计的BC省被动式房屋工厂的主体结构是花旗松胶合木柱和梁,并配有实木交叉层压木板墙。所有这些材料均由Structurlam在不列颠哥伦比亚省制造。

木材种类:多种木材种类都适合制造胶合木。一些最常见的类型包括 SPF(云杉-松-冷杉)、花旗松、落叶松和阿拉斯加雪松。不太常见的是,也使用橡木和甜栗木等硬木。胶合木的优点之一是制造商可以利用原本会被浪费的小块木材。

奥尔加德教堂/ LINK arkitektur

表现

声学性能:木材本身可以让大部分声音通过,但不能很好地吸收声音。然而,当木材与多孔吸音材料搭配使用时,其性能会非常出色。有关更多信息,请查看 如何指定:隔音板。

应用:胶合木的常见应用包括地板、屋顶、墙壁、剪力墙和核心筒。由于该材料固有的承载强度,胶合木适用于垂直和水平组装应用。

MGA木材创新与设计中心| 迈克尔·格林建筑公司采用了一种简单、“干燥”的结构,由系统集成的 CLT 地板、胶合木柱和梁以及大量木墙组成

施工时间:与混凝土和钢结构相比,胶合木项目的安装时间要短得多,因为所有材料都在干燥状态下到达现场预制。这也意味着它们需要更少的存储并且可以及时运输,这在人口稠密的城市地区非常重要。平均而言,胶合木的安装速度比现浇混凝土快三倍。

烧焦的胶合木;图片来自罗斯博罗

耐火性:虽然木框架结构的耐火性不断受到审查,但严格的测试一再证实胶合木由于其炭化特性而具有出色的耐火性。Wooderra表示,在经历 30 次火灾后,只有大约 3/4 英寸的胶合木会受到损坏,而钢结构在相同情况下就会倒塌。

正如《大众科学》中指出的那样,“钢很容易在火焰中熔化,在高温下容易扭曲和扭曲。另一方面,木材会在外部烧焦,但火焰不会穿透其核心。火退后,木梁仍会矗立。”

图表描绘了木材、钢材和混凝土对环境的影响;图片来自Dovetail Partners使用 Athena Eco-Calculator的Structurlam (2014)


可持续性:根据 Michael Green 在他的 Ted Talk为什么我们应该建造木制摩天大楼中所说,钢铁占人类产生的温室气体排放量的 3%,而混凝土占 5%,每年总计达 8%。同时,木材是建筑师可以用来建造的唯一材料,它是通过太阳的力量生长的。

考虑到胶合木作为建筑材料对环境的影响,通常遵循两个基本途径:其在整个生产过程中减少碳排放的能力,以及在建筑物竣工和使用后提供二氧化碳储存的能力。

根据《可持续林业杂志》 2014 年发表的一项研究 ,通过使用木材而不是钢铁和混凝土建造建筑,可以避免全球多达 31% 的二氧化碳排放。此外,木框架建筑实际上可以封存二氧化碳,使其在整个生命周期内充当碳汇。具体来说,当用于建筑物时,1立方米木材可以封存1吨二氧化碳。

Gammel Hellerup 胶合木结构体育馆多功能厅,由BIG – Bjarke Ingels Group设计

热性能:胶合木具有卓越的热性能,有助于防止热桥并有助于高效的建筑围护结构组装。额外的隔热材料也可以与胶合木搭配;这通常发生在施工的制造后阶段。

坂茂建筑师事务所设计的九桥乡村俱乐部;Blumer-Lehmann的胶合木;照片来自坂茂建筑师事务所

Shigeru Ban Architects 设计的 5 座华丽的胶合木结构

坂茂是普利兹克奖得主建筑师,他已成为无可争议的非传统材料大师。他完成的项目——从用回收的集装箱建造的博物馆,到用纸板管和回收塑料建造的大教堂——看起来不太像一个有凝聚力的组合,而更像是一系列的实验,不断寻找更新、更可持续的建筑方式。近年来,坂茂在这种探索中找到了一种被称为胶合层压木材的材料。通过这种神奇的材料,坂茂能够将对创新的热情与对工艺的关注结合起来,生产出复杂的结构,突破了可持续设计的界限。

Murman arkitekter AB的Björk 山区餐厅


工程木材:为每种建筑类型指定胶合木

胶合木梁和柱有多种形状和尺寸。由于胶合木均匀、稳定且可预测,因此将胶合木融入建筑物不仅具有成本效益,而且能够创造使用常规木框架难以实现的开放空间。这一系列项目说明了如何将这种结构材料用于各种不同的建筑类型,从住宅和办公室到教堂和教育设施。



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