MASS TIMBER|什么是重型工程木材?

文摘   生活   2023-04-24 19:03   北京  

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Mass Timber重塑建筑行业© The Falcon Group
重型工程木材(Mass Timber)在未来将可能打破钢筋混凝土作为结构材料的统治地位。

重型工程木材最早于20世纪90年代在欧洲研发兴起,随后在北美等地逐渐被接受流行起来。在过去的十年里,重型工程木材建筑的发展和应用急剧上升。

Mass Timber引领现代建筑的文艺复兴©WSP

以Woodworks美国数据为例,在2013年美国仅有26座重型工程木材建筑,到2021年美国已有576座重型工程木材建筑。

国际建筑规范(International Building Code)2015 年才开始允许建造重型工程木材建筑,然而到了最新修订的2021 版国际建筑规范,已经允许重型工程木材建筑建造高达18层,可见其发展之势不可挡。

#01

什么是重型工程木材?

重型工程木材是一种新的木材产品类别,利用先进的技术将木材一层层胶合或钉在一起形成坚固的面板,使其具有特殊的强度和稳定性。

重型工程木材系列中使用性能特别高的包括:

Glulam产品© Thinkwood


CLT产品© Thinkwood

NLT产品© Thinkwood

LVL产品© Wonen in Woodstone


其中,CLT正变得非常流行。因其具有如施工速度快、成本估算准确、能源性能高效、在地震事件中表现出色等优点。

据Fortune Business Insights预计,全球CLT市场将从2021年的8.06亿美元增长到2028年的20.661亿美元,预测期的年复合增长率为14.4%。

重型工程木材产品© rothoblaas

#02

什么是CLT交叉层压木材?


CLT产品© Thinkwood

CLT一般是用云杉、欧洲赤松、落叶松和花旗松等树种材料制成。木材原材料在工厂里先被刨平,然后进行窑炉干燥,以减少水分含量。

然后,经过调理的木材被堆积成层相互叠加,总层数为奇数层,最常见的类型是3层、5层和7层。每一层都与下面的一层呈90度角叠加,并通过大型液压机粘压在一起,形成高强度的结构板。


CLT生产线© Kallesoe Machinery


CLT的宽度受制于制造机器的尺寸,通常约为3.5米宽。CLT的长度仅由其运输到现场的方式所决定,通常普遍为13.5米的长度,但也已经生产了长达22米的长度。


CLT建筑施工© Lever Architecture


由于交叉层压,完整的结构件具有尺寸稳定性、高强度和高刚度,允许它在中高层建筑中用作楼板、承重墙和剪力墙。

CLT建筑元件© ‍Wonen in Woodstone

#03

重型工程木材的优势?


-低碳可持续。

重型工程木材一种可持续的低碳足迹建筑材料。


与混凝土或钢材相比,重型工程木材在建筑的全生命周期内产生的隐含碳(embodied carbon)更少。


它在生产过程中所需的水和能源也更少,施工过程也更清洁低碳。

 工程木材具有低碳属性©The Economist


-天然的装配式建筑材料。
木材重量轻,使用木材可以更容易地进行工厂处理、运输和现场安装。
预先切割和预制工程木构件,可以将装配式施工时间更快、产品质量更好、浪费更少、单位成本更低的好处发挥到最大。
与预制混凝土板相比,重型工程木构件可以实现更高的加工精度,且不需要额外的实心板结构框架。与传统木结构建筑相比又具有更高的尺寸稳定性。
  工厂预制© naturallywood ▲ Tall Wood House项目施工现场© Pollux Chung

-强度高的同时重量更轻。

重型工程木材具有较高的强度和重量比,使其比许多传统材料更轻,但结构上却同样坚固。

木材结构的相对轻质性可以减少基础工程的成本,可以更容易、更低成本地进行工厂处理、运输和现场安装。

▲ 半吨卡车在尺寸在8'x40' 厚度为4Ply的 CLT产品上© SmartLam 


-可预测的燃烧时间。

在发生火灾的情况下,重型工程木材的外层会以可预测的模式在外面烧焦,形成一个保护层,同时保持强度,即使在强火下也能保持结构的完整性几个小时,使人们有时间安全撤离建筑物。


国际知名木结构建筑师 Michael Green 曾说"大多数人没有意识到钢铁在火中是可怕的......一旦它达到屈服温度,它就会变得非常难以预测"。


CLT构件的炭化试验© Arup

▲Gluam连接处的防火测试 © Arup


#04

重型工程木材建筑发展困境?

木材被认为是比钢和混凝土更环保的结构材料。然而,建筑业的迭代是非常缓慢,导致新研发项目实施时间长,新技术采用和建筑规范更新难度大。
现代木结构建筑发展的最常见障碍包括:
-建筑法规障碍。建筑法规被认为是木结构建筑发展的主要障碍。这个问题与对木建筑最常见的误解有关,人们认为木建筑的防火性能低,从而限制了法规授权的最大高度。

2021 IBC Code对重型工程木结构在不同程度外部覆层情况下对高度的规定© perkinswil


-缺乏专业知识及培训教育。木材设计专业知识的缺乏使工程木材作为承重材料的使用更具挑战性。
然而,这种障碍更多的是社会性的,包括价值链上的参与者(生产商、设计师、施工公司)之间缺乏知识转移的合作,缺乏教育计划和持续培训,以及缺乏木材方面的专业知识,限制了建筑师和工程师使用木材的能力和意愿。

加泰罗尼亚高等建筑学院Mass Timber课程© IAAC‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

-不确定成本因素。保险问题、获得资本的困难、木材价格的波动、采购成本、特殊的防火要求、熟练劳动力短缺等可能影响建筑成本的经济因素。

工程师在施工过程中监测重型工程木建筑构件的含水量©Nelson Mouëllic Studio
-防火与防潮。与火灾高风险有关的技术问题,以及木材因潮湿而变质的问题,也被认为是在建筑中使用木材的障碍。

左:美国Ascent大厦高86.6米©Korb+Associates

右:挪威Mjøstårnet大厦高85.4米©Moelven


据IMARC Group预测,到2025年在全球14万亿美元的建筑业中重型工程木材建筑预计将占14亿美元。


然而根据波茨坦气候影响研究所的设想,如果工业化水平低的国家也进行转型,重型工程木材生产相应增加,到2050年其在建筑市场的份额成倍增长至数万亿美元也是可以想象的。


Mass Timber 重型工程木材,是改变未来的建筑材料吗?



部分文章参考来源链接 
  • https://www.theb1m.com/video/what-is-cross-laminated-timber-clt
  • https://www.rothoblaas.com/clt-and-mass-timber
  • https://www.thinkwood.com/mass-timber
  • https://leverarchitecture.com/innovation/what_is_crosslaminated_timber
  • https://www.arup.com/perspectives/publications/research/section/rethinking-timber-buildings
  • https://www.arup.com/perspectives/publications/research/section/rethinking-timber-buildings
  • https://carbonremoval.economist.com/mass-timber/
     


       

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