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CLT技术的极致:用27天建一栋9层公寓

2019-02-11阅读 73 集成汇 我要关注



项目名称:Stadthaus

地点:英国

用途:住宅

施工日期:  2007 - 2009

木材总体积:  926 m

建筑周期:  7周

设计团队

设计师: Waugh Thistleton

工程师: Techniker

承包商: Telford Homes

所获奖项
2009
Judges Special Award, British Construction Industry Awards
Building for Life Gold Standard, CABE
Short listed for RIBA London Region Award
Innovation Award, Daily Mail Newspaper
 2008
Winner of Structural Wood Award
Offsite Construction Wood Award


Stadthaus(联排公寓),这座全木打造,位于哈克尼(Hackney)的9层建筑,堪称时下最前沿的木质住宅,同时也是世界上最高的木结构建筑,它隐私安全,经济实用,由29间公寓组成。该建筑的绝热和通风水平已经高于英国的建筑标准,所有房间的通风都包含一个热循环系统,可以回收在排气过程中大约70%的热量损失,屋顶的太阳能电池板可以提供稳定的再生能源。

交错层压木材(CLT)的使用,是这栋建筑最不寻常的亮点,那么问题来了:


  
什么是CLT
 


Cross-laminated timber交错层压木材,又称交错层级材或交错层积木材,简称CLT,是一种新型木建筑材料,采用杉木经正交(90度)叠放后,使用高强度材料胶合成实木板材,可按要求定制面积和厚度;其特点是将横纹和竖纹交错排布的规格木材胶合成型,强度可替代混凝土材料,经有关测试表明:以该材料组合成的木建筑物抗震性能良好。

基于其设计性质,CLT本质上就具有很强的承重能力,并且不论是在纵向,还是横向组合应用方面,都可以作为一种重要的承重材料。理论上讲,交错层压木材可以用于高达10层木结构建筑的结构材料,并且可以作为水泥或钢材的可替代材料。


该技术在20世纪90年代问世后,因其取材天然且性能优异,一直备受绿色建筑行业关注。这种自欧洲引进的新型工程木产品,不仅具有极高的强度且绿色环保,自身具备一定的防火功能,因而可为木质建筑提供灵活的设计方案、有竞争力的成本和优异的结构强度。

CLT属重型木结构,大面积的交错层压木材板,可直接切口后,作为建筑的外墙、楼板等,适合用于地面以上建筑;因该技术具有高效、高速施工的优势,且对天气要求低,可极大地提高施工进度。不同的生产商生产的交错层压木材有所差异,这主要取决于木料种类、级别和木层的大小、胶水类型和连接工艺的细节,每一块压制好的木板的木片层数可以有3片到7片,甚至更多。

在Stadthaus中,CLT用作承重墙和楼面地板。因为在整栋建筑内,没有任何房梁和支撑柱而且设计师和工程师们早已尝到了CLT的甜头,它在一些低层建筑、商业、教育和工业项目等多种活动中都得到了广泛应用。大家对于这种材料的兴趣,主要从环保的角度进行考量,同时设计师们还有一种渴望,就是在英国建造更容易为人接受的木质住宅,尤其在这个迄今高层建筑只能依靠无机建筑材料(混凝土、水泥和钢筋)的城市。


CLT的主要作用还在于它能够降低建筑碳排量,设计师计算如果采用传统的钢混结构,在建造过程中会产生124吨多余的碳,加上还要使用的900立方米木材内留存的188吨碳,最后总共会产生310多吨的碳含量偏差。而CLT的绝热和通风性能都比建筑法规要求还要好,这样设计师就可以省去室内热电站和地源热力泵,让屋顶空间变得更加宽敞舒适。而且开发商在建筑内设有一台稳定的光伏发电装置,节省的开支刚好可以抵消业主一些细枝末节的费用。此外,CLT结构可以轻松满足了耐火性的要求,一直碳化燃烧的情况下可以耐火60分钟,在添加石膏板的情况下能延长到90分钟。



编者注:碳排放是关于温室气体排放的一个总称或简称。温室气体中最主要的气体是二氧化碳,因此用碳(Carbon)一词作为代表。虽然并不准确,但作为让民众最快了解的方法就是简单地将“碳排放”理解为“二氧化碳排放”。


  
Stadthaus到底有什么特色?
 
整体


它由29间公寓组成(设计成1、2、3和4居室),内部空间被有效分为两个独立部分。本地居委会在第1层有办事处,都市房屋信托在1-8层设有私人寓所,整栋楼的楼面布局和外立面以第4层为分割线有明显区分。





四层以上普通民宅的户型





1-3层一些保障房和信托机构住房户型

在建造过程中,CLT的好处在于可以为建筑的稳定做出极大贡献,降低建造过程中的能耗,通过改善绝热和通风减小热量散失。当然由于是木质结构,所以拆卸方便,木材也能循环利用。此外,浴室和厨房间的湿气交换一直保持在最小值,所以基本不用考虑建筑的祛湿问题,至于建筑外观,则从Gerhard Richter and Marcus Harvey的抽象艺术品中汲取灵感。总共所需的5000块木板,70%来自废弃木料,最后由埃特尼特(Eternit)公司制造(每块大小为1200mm x 230mm)。



设计师的灵感来源
结构


整个建筑的内部结构成蜂窝状,所有的承重措施(电梯井、楼梯井、所有的外墙和部分内墙)都设置在公寓和电梯井间,提供了优异的抗性和隔音性。底层墙体采用木板也曾是设计师的选择,但出于安全考虑,结构工程师还是选择了钢筋混凝土,他们认为在地表和一层这种不同的布局中,混凝土有着更好的兼容性,而且更利于防潮。





包括门窗的精确开口在内,每一块板材都会预制,一旦它们被运抵现场,吊车可以迅速进行安装,并用螺丝和脚板固定好所有接头,从而大幅缩短建筑时间。承包商采用一种“平台搭建”的模式,一层一层建造住宅,基本一周搭建一层,整个建筑9周内就能完工。未经使用的木材会贴在外墙,保护外墙防止受潮或腐烂,虽然在潮湿天气进行安装有着诸多不便,但这不会对板材有任何影响,因为在干燥过程中湿气会轻易被排出。





Stadthaus非常好的隔音性是设计中的一个重要考量,在声学上,比起钢筋混凝土,木质建筑的隔音效果一般被评为“差”,但是CLT板材比普通木结构建筑有着更高的密度,只要可以添加的地方,如不同的、独立的和分离的板层,设计师都加入了一个固体结构核心,可以解决任何声音带来的困扰。通过连贯、经济的墙壁夹层策略,加之铺设架空地板和垂吊式天花板的使用,Stadthaus的隔音效果和热力性能都超过了英国的相关标准。



1.15mm 木板             2.55mm 砂浆层
3.100mm 隔热层       4.25mm 隔热层
5.40mm 隔热层         6.50mm 隔热层
7.117mm CLT           8.128mm CLT
9.146mm CLT         10.75mm 空隙
11.第一层水泥板     12.第二层水泥板
13.石棉水泥包层

优势


尽管CLT的造价比同等的钢筋混凝土结构要贵,但它总共节约的费用,大幅缩减了整体预算。一个同等的钢混结构建筑周期为72周,然而CLT只需要49周。施工方没有使用传统混凝土结构通常需要的塔吊,而是选取一个大型移动吊车,混凝土的外墙需要工人乘坐脚手架去修复,但木结构建筑不用。





CLT结构在工厂制造只需3天时间,能快速安装也是它的一个重要特点。一个4人团队一周施工三天,27个工作日就能完成整个上层建筑的安装,最后+/- 5mm 的公差,承包商都会满意,而通常混凝土结构的公差为10mm。使用全木结构,不使用水泥去建造核心筒(用来放置电梯楼梯那种较为封闭的空间),完全用CLT这种材料来建造,也省去了解决混凝土和木板间连接可能出现的麻烦。



建筑内部配套设施的安装也比预期要简单,用螺钉就能将电缆和管线固定,有了目前的经验,未来同类型项目的施工肯定能节约不少费用。



另一个令人振奋的结论是,CLT显然很适合作为建筑填充墙(围护结构和内隔墙),这是因为考虑到快速建造,以及使用轻型电力设备的静音施工,CLT相互间的破坏力比其他材料更小,而且不用在混凝土、水泥和钢结构上钻孔,设备的使用寿命肯定会有所延长。





当然,Stadthaus肯定不止于此,它的进一步拓展项目包括一个为孩子设计的户外运动场,父母在4楼就能轻松注视他们的一举一动。




现在,建筑设计师和结构工程师已经开展针对木质建筑的研究,相信在未来,还会有更高更好的建筑出现。

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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