重型木结构建筑的三大创新研究

阿肯色大学Adohi大厅 © Leers Weinzapfel Associates

回顾这十年间重型木结构建筑的发展历程，尤其是CLT（正交胶合木）的应用取得了长足的进步和较大的突破。Leers Weinzapfel Associates建筑事务所的第一栋重型木结构建筑——马萨诸塞大学阿默斯特分校的John W. Olver设计大楼于2014年规划设计，于2017年竣工，是美国首批大跨度的重型木结构建筑之一，该项目通过纵向的CLT结构件和横向系统以及尖端的混凝土-CLT复合楼板结构，展示了大跨度重型木结构的可行性和优异建筑表现。

马萨诸塞大学阿默斯特分校John W. Olver设计大楼 © Leers Weinzapfel Associates

重型木结构在北美的十年发展

自十年前启动具有里程碑意义的马萨诸塞大学项目以来，已经设计规划了一千多幢重型木结构建筑，并有数百幢建筑已建成。根据WoodWork’s Wood Innovation Network(WIN)木材创新网络网站的数据表明，10年前，美国没有一家建筑级CLT产品的预制工厂，整个北美也只有几家CLT生产商。现如今，整个北美涌现了十几家CLT预制工厂，欧洲所有主要的CLT生产商都在该地区设有工厂（如奥地利Hasslacher集团投资安大略省重木产品工厂Element5）。

Simpson Strong-Tie是轻型木结构建筑市场最大的五金件供应商之一，现在也为各种重型木结构构件提供高质量的金属连接件，这有助于降低重型木结构建筑的建造成本。

2014年，北美最高的重型木结构建筑只有8层，现在最高的重木建筑已高达25层。2016年，在美国俄勒冈州波特兰市举办的北美年度重型木结构大会改名为“国际重型木结构大会”，体现了重木结构越来越全球化的特点，参会人员也从当年不到300人增加到去年的3000多人。

国际重型木结构大会 © International Mass Timber Conference

重型木结构建筑的安全性、可靠性和耐久性已经得到了许多验证，尤其是大型办公楼和住宅这样的建筑类型，结构大多具有重复的元素和模块，可以使用CLT预制构件（通常为8*40英尺或更大），以满足建筑所需的结构要求。

LWA事务所设计的阿肯色大学学生公寓在2019年竣工，是当时美国最大的CLT建筑。该项目成为了之后许多体量更大的CLT项目的理论和实践依据。依托阿肯色大学学生公寓的成功，沃尔玛正在建造一个全重木结构的总部园区。

沃尔玛重木结构总部 © Walmart

重型木结构建筑三大共同点

在使用CLT这一创新工程木材料的几十年里，大多数项目都有以下三个共同点：

重木楼板和胶合木梁柱组合的木板柱结构；
重木楼板上铺设混凝土现浇面层以及薄薄的隔音垫，以控制振动和噪音；
用于梁柱连接的金属挂件。

以上是三种常见的重型木结构建筑做法，通常会与混凝土核心筒或横向的钢支撑结构相配合，以解决大多数重型木结构所需的建筑和结构要求。

随着“常规”重型木结构越来越成熟，逐渐发展出了以下三个创新高效的建筑解决方案。

重木-钢混合结构的兴起

在美国，越来越的重型木结构采用了钢框架-CLT楼板结构。这种结构保留了常见建筑结构里的柱网排布和梁深度，这在30*30英尺（约9*9米）的钢结构办公楼尤为常见。

使用覆盖了混凝土现浇面层的CLT楼板代替复合金属或者混凝土楼板可以起到固碳作用，如果设计得当，还可以将木构件直接外露，既起到结构作用，也起到室内装饰的效果。

重木-钢混合结构已经成为许多建筑类型或有成本考量项目的首选建筑方案。得克萨斯州奥斯丁市的东六街991号、宾夕法尼亚州州立大学的西工程第二大楼、罗德岛普罗维登斯设计学院的北厅宿舍以及纽约州伊萨卡康奈尔大学的新 CIS 大楼等项目都是展示重木-钢结构巧妙结合的经典项目。

得克萨斯州奥斯丁市东六街991号

纽约州伊萨卡康奈尔大学新CIS大楼

宾夕法尼亚州州立大学西工程第二大楼

罗德岛普罗维登斯设计学院北厅宿舍 © Leers Weinzapfel Associates

创新的节点连接方式减少了重木结构中钢筋的使用

为了在重型木结构建筑中大幅减少甚至不使用钢筋，目前正在加紧研究创新的重木构件的节点连接细节。尽管这些新颖的连接方式需要定制且十分昂贵，但在2013年竣工的瑞士苏黎世Tamedia办公楼中，已经实现了不使用钢筋的全重木结构方案。

瑞士苏黎世Tamedia办公楼 © Didier Boy de la Tour

2023年竣工的西雅图Heartwood劳动者住房项目由atelierjones事务所设计，Timberlab负责细节深化。该项目的设计取消了钢连接件的使用，钢连接件通常是重木结构建筑中比较昂贵的构件，因此该项目展示了全重木结构的成本效益，也为其他追求减少碳足迹的建筑起到了示范作用。

运用重木双向楼板的优异性能

在项目中最大限度地利用CLT和MPP（Mass Plywood Panel重型胶合木板）加工成的重木双向楼板。UBC大学的Brock Commons学生公寓就是这一应用的早期范例。18层的Brock Commons在建成时是当时最高的重型木结构建筑，它是典型的木板柱结构，CLT双向楼板通过胶合木柱点支承。由于CLT楼板的宽度因加工原因有一定限制，导致了柱间距大约在9英尺左右（约2.7米），虽然胶合木柱间距比较紧密，但正好适用于宿舍不大的学生公寓。