@ 2014.02.28 , 15:38
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世界上最高级的建材,是木材

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某年10月初的一天,天空中布满了阴云, 伦敦东区Shoreditch一处公寓高楼的工地上,一个男人正围着地基打转,他就是建筑师Andrew Waugh。1940年9月7日至1941年5月10日期间,德国对伦敦发动76个昼夜的轰炸,超过4.3万名市民死亡,并有约10万幢房屋被摧毁。伦敦因此成为第二次世界大战期间遭受轰炸最为严重的城市之一,Shoreditch地区受损严重。“城市重建,这就是德国空军给伦敦的见面礼。”Waugh说——几十年时间里Shoreditch的建筑慢慢腐烂,没有人理睬。可是最近这块被人遗忘的区域却重新恢复了活力。夜总会、技术创业公司纷纷在此落户,因为这里房租廉价,随后这里的居民也渐渐多了。一起来到这里的还有建筑师、城市规划师和工程师,许多人是慕名前来瞻仰一座高耸的建筑,也正是Waugh绕圈的建筑。

这栋建筑名为Stadthaus,是Waugh和合作伙伴Anthony Thistleton联手设计的作品,从外观上看这座九层楼房并没有什么特别的亮点。灰白色的外墙基色很好地与伦敦阴沉的天空融合,但是这座建筑的内部却大有乾坤——相较传统的钢筋混凝土结构,这座建筑的地面、天花板、电梯井乃至楼梯井完完全全是木质结构。

木材不是普通的木材,为了能够支撑起整栋楼的重量,设计师选用了一种名叫交错层压木材(CLT)的材料来提供足够的强度。这些木板厚约半英尺(15.24厘米)。制作方法是将几层平行放置的板条垂直重叠,用胶合剂粘牢就形成了钢铁一样强硬的材料。“与传统木框架设计相比,这种结构更类似预制水泥。”Thistleton说。许多工程师都叫这种材料为“打了类固醇的胶合板”。

这栋建筑于2009年正式开放,到目前为止,Stadthaus都是全世界最高的现代木质建筑,随后CLT材料建造的高楼在全球各地纷纷竖立。2011年,挨着Stadthaus,Waugh Thistleton又修建了一栋7层木质公寓楼,建筑结构参照了加拿大Prince George的一栋90英尺(27.4米)高的木质建筑。2012年,Stadthaus的世界最高木质建筑的桂冠被墨尔本一栋10层木质公寓夺去,这座建筑叫做Forté。

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木材即是可再生资源,又是一种碳汇渠道

更高的木质建筑还在规划中,瑞典当局已经批准了在首都斯德哥尔摩修建一栋34层的木质建筑;温哥华建筑师Michael Green正在申请在温哥华修建一栋30层的木质高楼。芝加哥建筑设计巨擘Skidmore, Owings & Merrill公司近日公布了一份可行性研究,内容是一栋大量使用CLT构建的42层高楼。

攀比谁会是下一个最高木质建筑已经成为了设计领域的一项比赛,British Columbia大学木建筑设计和构造Frank Lam教授说。

那么为什么建筑界突然对木结构建筑那么感兴趣?与钢材或混凝土相比,CLT更便宜,组装更便捷,由于CLT的表面碳化,这种材料也更耐火。CLT是一种可再生资源,树木可以重复载重生长,可以有效吸收空气中的二氧化碳,即便制成木材,还是能够吸收二氧化碳。根据Waugh Thistleton的估算,Stadthaus大厦已经吸收了186吨碳,而要建造相同规模的大厦,所用钢筋和混凝土在生产过程中会产生137吨二氧化碳。所以木质建筑总功能节省232323吨碳排量。

人口学家预测地区的城市人口数量在未来的36年时间里会翻倍。越来越拥挤的城市对更高建筑的需求越来越高。用CLT这种可再生资源和用钢筋混凝土等不可再生资源,对环境健康的影响是巨大的。未来的建筑希望恰恰建立在人类最古老的建筑材料——木材上。

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木质建筑让大多数想到气球(balloon)——更确切说应该是(Balloon frame 轻便木质龙骨构架)房屋,是一种19世纪中叶被引进的民居建造方法,具有重量轻、坚固的特点。(人们都说房子轻的能飘走)。这种建筑结构也被叫做“芝加哥构造”,因为芝加哥是最先流行使用这种便宜简单模式建造房屋的城市。低层建筑使用这种结构的确坚固,但是一旦楼层增加,很快建筑就无法承受巨大的重量崩塌。

这个难题困扰着19世纪晚期的建筑师,随着城市发展底层建筑逐渐无法满足要求。幸运的是,几乎是同一时期,建筑师和工程师们相处了如何利用钢筋和混凝土搭建高层建筑,这种高楼可以远远超过木质建筑的高度。

困扰木质建筑的又一大难题是防火安全,19世纪末期和20世纪初期,巴尔第摩、芝加哥和旧金山等大城市接连发生恐怖的城区大火,火势横扫好几平方英里的木质房屋和公寓楼。这又一次重创了人们对木质建筑的信心。此后,城市立法者规定用于居住的木质建筑不能超过5层楼。

在20世纪最高的几栋摩天大楼里,几乎全是钢筋混凝土结构建筑。

但是在过去的20年里,建筑师和工程师开始重新构思使用木材作为建筑材料的可行性。20世纪90年代中期,奥利地政府资助了一家合资商业学术研究院开发一项新的项目——开发出结构更强的“工程用木料”,吸收奥地利过量的木材供应。结果就诞生了CLT——一种轻型超坚固材料,不但可以预制构件还能定制切割。

CLT交错层压木材之所以性能强悍,在于其垂直多层结构无论在垂直方向还是水平方向都有很好的强度,而普通木材仅仅在垂直方向满足强度,横向强度都偏弱。由于CLT采用多层更小的木梁合成,即便木材形状奇怪、生节,也可以制造,降低了废物率。

在过去,设计先手绘出建筑草图,完成的草图再交给工程师,工程师将草图中的线条替代为木梁或钢板,图纸会交给工厂,工厂将木料和钢材切割、成型,一件一件地现场完成——整个过程耗时又昂贵,而且不精确。

现在,多亏有了电脑,建筑设计师可以用3D AutoCAD软件设计,程序生成了材料规格会发送给机器人木材或钢材加工生产线负责成型,精度可以到毫米。几个工人在几周内就可以生产出好几个街区所需要的建材。Stadthaus所配备的木材耗去了四个工人27天,每周只上3天班。

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CLT生产中采用的交错层压技术让CLT成为建筑设计师口中的“打了类固醇的胶合板”。

1) 叠放
木梁,通常是云杉木,被一层一层依次叠放,每一层都与下一层正交(90°),形成一块半英尺厚的多层木板。每层之间有薄薄的胶水层连接。

2) 压成型
在巨大压力下木板被挤压到一起。

3) 打磨光滑
板材边缘会被打磨光滑,如果需要更长的板,边缘会被手动加工成锯齿接口,用胶水相连,就能拼成长达78英尺(23.7米)的板材。

4) 切割
根据设计师或者施工团队发来的3D数据文件,板材根据客户要求的规格切割成型。

本文译自 popsci,由译者 王大发财 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 41+1

  1. 无力
    @4 years ago
    2339189

    硬木越来越稀少 破木头不值得精加工
    原材料紧缩限制市场规模
    材料特性限制结构设计 和工艺
    虽然不至于说木材落伍 但也就只剩下往奢侈品发展这一条路了

    [66] XX [13] 回复 [0]
  2. 2339190

    白蚁表示高级建材很可口

    [278] XX [5] 回复 [0]
  3. 无力
    @4 years ago
    2339192

    至于这种木屑胶合板 压塑板 再生板,明明已经用了NNNN多年了啊
    只不过,以后也会随着木材供应量缩减 再生板材这种垃圾回收再处理的材料,也有机会变的高大上了

  4. 诳语者
    @4 years ago
    2339193

    我已经在想象着火后的壮观场景了。。。T_T

    [135] XX [9] 回复 [0]
  5. 2339194

    付之一炬的同时传来一声哀嚎————我的宝贝袈裟呀……

    [32] XX [1] 回复 [0]
  6. 阿布
    @4 years ago
    2339195

    这楼~ 要火~

    [105] XX [3] 回复 [0]
  7. 裤兜里的毒药
    @4 years ago
    2339204

    直接3D打印一座钛合金大厦不行?

  8. 酸奶
    @4 years ago
    2339205

    @无力: “硬木越来越稀少 破木头不值得精加工”只能说完全不正确……

  9. 2339210

    二氧化塘 是何物??

  10. 好色猴子
    @4 years ago
    2339212

    又要防火又要白蚁又要防耗子又要防熊孩子,木楼生得命娇贵啊

  11. 卡路里
    @4 years ago
    2339215

    说到木材建筑 不禁想到了 祈年殿 确实很牛逼的神奇建筑物!

  12. 七月的烟火
    @4 years ago
    2339224

    Stadthaus大厦已经吸收了186吨碳,而要建造相同规模的大厦,所用钢筋和混凝土在生产过程中会产生137吨二氧化碳。所以木质建筑总功能节省232吨碳排量。
    ——我数学没学好,谁来解释下这个232吨?

    [12] XX [1] 回复 [0]
  13. 林老八
    @4 years ago
    2339237

    一开始看成了世界上最高的建材,是木材….

  14. 鱼虫
    @4 years ago
    2339263

    木材可以吸收碳? 求科普

  15. 2339271

    看到过量的木材瞬间不淡定…..

  16. 2339311

    木结构房子最怕白蚁

  17. 阿布
    @4 years ago
    2339337

    @鱼虫:
    是指,这些木碎屑没有被燃烧释放碳,而是被压成板材,减少了碳排放

    只不过~让木材留在树身上更吸碳

  18. -malicious-
    @4 years ago
    2339341

    最后一张有种minecraft的赶脚

  19. 大头圆圆
    @4 years ago
    2339356

    “木材不是普通的木材,为了能够支撑起整栋楼的重量”—-威尼斯人民表示,几百年前用木材撑起了整个城市的重量。

  20. 黑五
    @4 years ago
    2339358

    不防火怎么办啊。难道要做防火处理?虽然没见过防火材料什么的但是总觉得肯定有很大的一股味。

  21. maxjava
    @4 years ago
    2339366

    佛宫寺释迦塔-应县木塔塔高67.31米。。。。
    “Stadthaus的世界最高木质建筑的桂冠被墨尔本一栋10层木质公寓夺去”
    。。。。

  22. 阿布
    @4 years ago
    2339367

    木材倒也可以做防火处理
    材料嘛~主要是木板 加 酚醛树脂、脲醛树脂、或三聚氰胺、以及甲醛树脂,
    听这一串名 就应该知道绝非善类~~

    但问题是,钢结构建筑,都会因为大火长时间燃烧,破坏钢结构导致坍塌(如双子塔)
    这种木质建筑 再怎么做防火处理 总也不可能做到钢材的程度的

    木材防火处理 准确的说 只是耐火处理 最多只能耐受十几分钟火烧的,质量差些的 只能耐受几十秒钟而已。

  23. 填写称呼和
    @4 years ago
    2339371

    这算什么,在某些国家,一套家具都可以卖一栋楼的价钱了。

  24. 阿布
    @4 years ago
    2339375

    另外话说,远大集团 用钢混预制模块 快速建酒店都被喷质量低劣 没人敢住

    如果这个楼是中国盖的,那~~得喷成什么样啊
    一定会被喷成标准的豆腐渣形象代表工程~喷到塌吧~

  25. 英俊少年
    @4 years ago
    2339377

    故意打错字已经成为小编对oioi致敬的方式了

  26. genuki
    @4 years ago
    2339383

    记得当年上建筑材料的时候,老师说木材性能太差,一般都不用,所以这章就跳过了。

  27. genuki
    @4 years ago
    2339386

    @黑五: 日本很多平房都是防火木材做的,闻着感觉没有什么异味。当然,国内的就是另外一回事了。

  28. 阿布
    @4 years ago
    2339390

    @genuki:
    防火木本身气温并不是太大,你闻的要是是已经装修过很长时间的日本房子的话,闻不到味很正常
    国内的话,只要是用酚醛树脂防火涂料的,照样也没什么味的啊,甲醛的味道重

  29. 2339432

    梦想住在一座小木屋里~

  30. forvord
    @4 years ago
    2339437

    木材怎么吸收碳的?

  31. 追马
    @4 years ago
    2339447

    首先我想说一下:我把标题看成了世界上最高级的棺材,是木材。要不然我不会进来看。

    现在小偷拿电焊机打洞进屋,木质结构的拿一把锯齿就进屋了。想到这里有点喜感。

    我在工地上搞施工,这篇文章真的不靠谱,很多方面都没说到。

    文中刚开始说的那个地方就是贫民窟好吧,仔细看从字里行间就能推测出来。

    我倒是想了解那三份已批的,申请的,布告的建筑设计报告。可惜没有。瑞典精工细活,又是高山上的国家,温哥华地处寒带,木质建筑在这些地方有可能性。

    木材,可回收利用,能再生,量大,分布广。极有作为建筑主材的价值。但是……你倒是说点干货啊!

  32. Jancy君
    @4 years ago
    2339458

    我今天做语文阅读也发现,木屋能够抵挡强烈地震。
    我国是“以柔克刚”
    国外是“以刚克刚”
    结果人家倒了一片

  33. 非强迫症患者
    @4 years ago
    2339464

    很喜欢木头的房子,准备着手自己做一个树屋,哇咔咔~~~~~~~~

  34. HdjdjHefghdhdui
    @4 years ago
    2339485

    Stadthaus所配备的木材耗去了四个工人27天,每周只上3天班。
    每周3天?两个工人就够了嘛

  35. 久吧肆妖
    @4 years ago
    2339555

    空投一对白蚁

  36. 2339574

    @诳语者 这种木材有相当优异的防火性能的,用作实际项目的材料不会不考虑到这个问题

  37. icyphoenix
    @4 years ago
    2339600

    @无力: 你是如何脑补硬木越来越稀少的? 欧洲地区很多国家森林面积都属于逐年递增状态,每年伐掉的体积总量还不如增加的木材体积总量高。

    去年11月在巴黎开的木材会议,有加拿大的人给做过关于这种木材建筑的报告,这种木材建筑题材算是比较新颖,而且防火问题完全可以考虑各种分子材料来做防火,树木中提取的分子材料研究已经很先进了,只差如何投入到广泛应用中。

    另外这种木材建筑的层数是有限制的。不要妄想出现双子塔那样高的木材楼,那种高度,需要占地面积无限大了。。。。

  38. 向心力
    @4 years ago
    2339747

    大自然的力量是原力!才是最厉害的!我们所有生命也不过是大自然的衍生物!防火工作应该是做了吧。

  39. 包子星人
    @4 years ago
    2339944

    华人一炬,可怜焦土。。

  40. 遥远的风
    @4 years ago
    2340109

    好是好,但此后得考虑:防虫,防蛀,防白蚁,防火,防腐…..

  41. 中国人
    @4 years ago
    2340365

    画个圈,写个拆,扔根火柴,拆迁办创造GDP,就这么简单!

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