高層木結構建築的發展與設想

最新 03-16

在現代城市建築中，鋼筋混凝土結構的建築已經存在了超過一個世紀。我們現在邁入了建築領域的新紀元——以建築木材取代鋼筋混凝土以保證建築安全、經濟划算，並且居住環境良好、層數夠高。

至今，木結構建築主要構成分為具有優勢的輕型木結構結構以及少量的樑柱框架結構。在大量的地區，輕木結構建築被限制在4到6層高。超過6層的，就需要用到超大型的建築木材，需要用大量木料成分取代工程木料。尤其是大型木料嵌板（MTP），會成為主要的替代材料。

在眾多傾向於木結構的理由中，兩個基礎的理由佔了主流：

木結構可以降低建築所包含的能量和碳佔用量

木結構在價格上與鋼筋混凝土結構相比更有競爭力

在過去的十年里，我們逐漸意識到我們應當從化石燃料向可再生資源轉變以應對全球資源緊缺問題。相同的，我們在選擇建築材料的議題上也產生了這樣的想法。樹木成材於陽光下，因而木材為我們提供了一種可再生、低碳的建築材料的源泉。儘管從傳統意義上來說，木結構建築只適用於建造小範圍的建築，但新工程木材的出現使我們有能力以可再生材料建造大型的城市建築。

現今，建築工業已經成為一項溫室氣體排放量與能源消耗量最大的工業，這一點在中國和全世界的發達國家中都有體現。當下，建築中大約85%的能源佔有量和三分之二的碳佔有量與建築運作有關，比如室內的制熱、製冷，以及電能的消耗等。在將來，當能量指標繼續發展並達到使方程式得以應用的地步時，在建築中的總體環境佔有率中，具體能量與溫室氣體排放量的比重會逐漸增高。全世界範圍內對於未來的研究表明，作為其他建築材料的替代品，木質材料的更廣泛的應用可以減少溫室氣體的排放。而且，事實上，政府間為應對氣候變化，也提倡以木材作為替代品。

隨著世界迅速的城市化，建築業發展和實施低碳建造的方案也勢在必行。高層木結構建築為考慮如何減少溫室氣體排放的城市提供了重要的方案，它可以在同一時間滿足大量的城市人口的需求。

用木材製造高層建築並不是從未出現過。事實上高層木結構建築已經存在了好幾個世紀了，最高的能達到67m（220英尺）。日本的高塔也是木結構，它在1400年前就建起來了，有19層高。這座高塔至今仍然佇立在地震頻發、氣候潮濕的日本。在特蘭西瓦尼亞北部的Maramures地區，高達56米（184英尺）的Barsana修道院自1720年就已經建成並佇立在那兒多年。再者，世界上的一些國家，比如加拿大。曾經有高達9層的大樓在其境內建成，大樓的主要材料就是重型木料。上面所說的建築都存在了近百年。

最近，我們發現世界範圍內的高層木結構建築的數量在增長。2008年，Waugh Thistleton的Stadthaus項目在倫敦實行(圖1)，它對「全木製」建築的創新起到了推動的作用。這幢9層高的居民房由CrossLaminated Timber（CLT）建成，這是一種20世紀末在歐洲出現的木材，使用這種木材是由於其結構的高級。至於其他的建築，都是以混合木料為主體。比如CREE建造的8層高的LCT One Tower（圖2），坐落於澳大利亞。其餘的在7到10層之間的建築也在瑞典、澳大利亞、挪威、瑞士、法國、義大利和紐西蘭完成建造。

在加拿大，除了5到6層的輕木框架結構建築，一些著名的大型木料結構的建築也已經或正在被建造。加拿大不列顛倫比亞大學的地球科學學院的建築就是大型木料和鋼筋混凝土混合材料所造建築物的典範（圖3）。在不列顛哥倫比亞的喬治王子郡，TheWood Design and Innovation Centre (WIDC)將會展現一個「全木製」的建築。他們創新性地利用CLT，LSL，LVL和PSL來建造這幢大樓。一旦這座建築被完成了，這座學術類的（或辦公類的）大樓（圖4）將會達到6層高（30米）。同時還在施工的是位於Québec城的4到6層的居民樓，它是美國北部首座完全用CLT建成的樓。

許多概念設計提出建造10層以上的高層木結構建築，這包括所有可以得到的木材。比如加拿大人Michael Green和Eric Karsh的FFTT，奧地利人Rhomberg的CREE，挪威的RAA，以及美國的SOM。這些計劃將會在第二章4.1部分進行更深入的探討。

最後，近來用大型木料建成的兩座100米的高塔為我們了解我們用木頭到底能能建造多高的建築提供了依據，達到世界上最高的樹的高度：一個是位於德國諾丁漢的風渦輪（圖5），另一個是位於奧地利Pyramidenkogel的瞭望塔（圖6）。

圖1Stadthaus