由于木材经久耐用,具有纹理、气味、材质的独特美感,常常被认为是最高贵的建筑材料之一。尽管如此,钢筋水泥仍然是高层建筑的主要原料,因为木材的强度问题限制了木结构建筑的层数。
不过,近年来“工程木材”在技术上获得了很大的进步,这些技术上的进步,一定程度上丰富了木结构建筑的可能性。全球建筑界逐渐接受了用木材来建造高层建筑,不论是从环境效益和建设速度,还是从建筑性能和市场优势来讲,木材都具有绝对的优势。建筑师们现在已经将关注点从"为什么用木材"转向了“如何用木材建造”。与此同时,建筑师们希望了解更多相关的木质建筑规范要求、结构框架、产品选择、防火和建筑性能等技术问题。
以下是作者精选的有关木材建筑的指南,带您了解如何使用木材建造高层建筑。
01
木质建筑规范要求
世界高层建筑与都市人居学会(CTBUH)对高层建筑有三种高度测量的方法,包括建筑顶端的高度、最高使用楼层高度及顶尖的高度,而建筑物的最高点与最高构件的材料或功能无关。CTBUH 还表示高层木质建筑物允许局部使用非木材作为木质元素之间的连接,也可以使用水泥地面或在木梁上采用水泥板铺成的地面,只要木材仍然作为主要结构即可。
而且今年国际建筑规范委员会(ICC)宣布批准了14项规范修改,允许建造高达18层的大规模木质建筑。修改还包括了引入了三种新的结构类型IV-A、IV-B和IV-C。在高层建筑中,重型木材要么是锯木木材,要么是与IV型结构有关的木材胶合板。此项举措不仅将节省建筑商的成本,而且还有助于增加就业率和经济增长。
02
木质建筑结构
在建造高层建筑时,必须考虑结构,包括材料的韧性、荷载传力路径以及承重力。还应该考虑建筑中解决延展性的连接组件,它们会在建筑使用过程中承受压缩力、张力、弯曲、扭矩力或剪力,而高层木建筑的连接组件十分容易收缩,这种情况下可以通过利用木纹与荷载传力路径平行的方式来解决这个问题。
03
木质建筑构造方法
在使用木材建筑房屋时,可以考虑多种构造方法,集不同方法的优点于一体,例如平台式、气球式、梁柱式、大型木材承重墙和混合结构系统等。需要注意的是,住宅类建筑更注重分区与承重墙,而商业类建筑则需要更灵活、更开放的室内空间,在这种情况下由横梁连接的承重柱系统是更明智的选择。
《国际建筑规范》 中对五种主要构造类型进行分类,每种类型都有子类别和最大允许的建造高度:适用于不可燃结构的I-A 型(无限制)、I-B (54.9米)、II-A (25.9米)、II-B (22.9米),适用于轻型框架木结构的III-A型(25.9米)、III-B型(22.9米)、V-A型(21.3米)V-B型(18.2米)以及适用于重型木材的IV-HT 型 (25.9米)。每个子类别都有对应的防火要求,且这些高度限制仅适用于配备 NFPA 13 洒水系统的建筑上。
04
木质建筑建筑性能
在满足结构和规范要求后,应解决建筑防火、防震、隔音和隔热性能的问题。尽管大量木材构造具有抗火的天然属性,但还可以采取其他措施进一步保护。大型木材或重型木材可以全部或部分用石膏墙板(一种耐火材料)进行保护。一般来讲部分使用石膏板用于结构和天花板的保护。关于建筑声学,请留意地板、天花板和墙壁组合方式。同样,从隔热性能的角度来看,木材不需要在结构和外部表皮之间断开。在一些情况下,大量木材可以在白天储存太阳能热能,并在夜间释放,从而减少使用人工能量。
相较于混凝土和水泥,木材强重比更高,运输制造时产生的碳足迹更少,同时,木质建筑所需要的地基深度更浅,不用装钢筋,使得工地制造的噪音也要少许多;另一方面,木材还具备改善声学与热性能的特质,可以为住户提供更舒适健康的室内环境。随着科技的发展,建筑方式更加多样化,相信木质建筑将不再局限于中低层,而将矗立入更高的天空。