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裝配式木結構建筑在超高層建筑中的應用(案例篇)

引言


根據國際高層建筑和城市人居委員會The Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH)的定義,高層建筑的定義為高度達50m或層數達14層以上的建筑。在過去的數年中,數十棟具有實驗與示范性的木結構高層建筑在國外建成或立項,為木結構技術的研究與發展提供了寶貴的參考經驗。


在本篇,小編將會與大家分析其中三個具有典型性的木結構高層建筑案例,希望能夠幫助大家了解當下現代木結構的發展與應用情況。


加拿大 溫哥華 不列顛哥倫比亞大學


UBC  Brock Commons學生公寓


目前最有代表性的高層裝配式木結構建筑要數位于加拿大溫哥華的不列顛哥倫比亞大學University of British Columbia(UBC) 的Brock Commons大樓,該建筑共18層,高度53米,用地面積:2,315 m2,建筑面積:15,120 m2,使用木材2,233 m3,儲存二氧化碳1,753噸,避免排放二氧化碳679噸,二氧化碳效益2,432噸。


該大樓為該校區規劃的五棟學生公寓中的第三棟,功能上可以為404名學生提供住宿以及配套的教學和休閑。由于不列顛哥倫比亞大學一項致力于現代木結構建筑的研究,加之之前提到的加拿大ThinkWood機構的促成,該校決心采用重型混合木結構來進行該棟公寓的建造,并最終成為當時世界最高的現代重型木結構建筑。


Brock Commons學生公寓


由于建筑帶有一定的先鋒性與實驗性,同時也出于安全方面的考量,公寓的結構設計,采用了較為保守的混凝土核心筒+木框架混合結構體系。公寓的1層采用混凝土結構,2~18層則由CLT、GLT、NLT等重型木材結構承擔受力。



Brock Commons公寓木結構之間的連接主要依靠重型木材上預埋的預制鋼連接件,得益于成熟的木材加工技術,木構件之間能夠想樂高積木一樣,實現精準的連接。木構件與混凝土核心筒的連接則主要依靠L型大型鋼構件。木構件相比預制混凝土與鋼構件有著較低的密度,因此具有更高的吊裝效率。為了避免受惡劣氣候影響,建筑木結構施工的工期被規劃在春夏季進行,同時外立面的裝配施工也緊跟結構部分的施工進度進行。最終整棟大樓的木結構部分施工用時不到兩個月,極大降低了建筑建造的時間成本及其過程中的碳排放總量。




整棟大樓的木結構部分都具備著高度的預制性,為了確保上述結構能夠在建造過程中實現精準的裝配,Brock Commons公寓的設計建造過程有虛擬設計和施工Virtual Design and Construction(VDC)公司Cad-Makers全程參與。VDC團隊根據建筑師、結構工程師及其他顧問團隊的反饋,不斷建立和更新Brock Commons公寓的建筑信息模型,模型包換構成建筑所需的全部構建和設備系統。VDC模型能夠高效而準確的協調各部門工作,并完成碰撞檢查、工料估算、施工規劃、數字制造等重要的演算工作。



在消防方面,Brock Commons公寓采用主被動結合的防火策略。


被動防火策略上,除頂層的休閑室依靠自動噴淋系統防火之外,建筑使用防火石膏板等材料對建筑木結構構件進行了全面封裝,確保所有結構構件耐火極限達到2個小時以上。公寓中每個居住單元之間的隔墻,也設計有2個小時以上的耐火極限,是BCBC規范要求時間的2倍。居住單元與走廊之間的墻體則具有1個小時的耐火極限。


主動滅火策略上,公寓裝配有單級、可尋址火災警報系統,包括聲音和視覺信號設備,能夠第一時間發現火災前兆,消除隱患。且公寓的火災監控報警系統溫哥華消防部直接相連,能夠及時報告火情,獲得救援。公寓的自動噴淋系統能夠覆蓋建筑的全部區域,且與城市供水系統相連,且設置有備用電源,確保在火災時能夠正常運行。20,000升的現場水槽能夠為噴淋系統提供30分鐘的續航時間。公寓室外滅火系統采用能夠耐受當地寒冷極端氣候的干式滅火系統,設備設置在CLT頂棚之下。



挪威世界最高木樓


2019年3月15日,世界最高的木結構建筑Mj?st?rnet大樓正式向公眾開放。


Mj?st?rnet 大樓位于以旅游業和林木業聞名的挪威小鎮布魯蒙德爾(Brumunddal),共18層,總高度達85.4米,時至今日仍是世界上現存最高的木結構建筑。功能上包含酒店、私人住宅、辦公會議以及一個游泳池。




Mj?st?rnet大樓由 Voll Arkitekter 建筑事務所的建筑師 ?ystein Elgsaas及其合作伙伴進行設計,大樓的建造耗費了共計3500噸木材,象征著一種挑戰極限,以及帶動建筑行業低碳化轉型的精神。Mj?st?rnet承重主要由木結構梁、柱、斜撐組成的框架體系承擔,而十層以上部分的樓板由混凝土制成,起到穩定結構,防止建筑晃動的作用。


當地豐富的林業資源以及成熟的木材工業體系為大樓的設計建造提供了許多便利。除了常規的CLT等膠合木材之外,Mj?st?rnet的樓板部分還廣泛使用了當地生產的Kerto LVL 層積材,這種層積板是一種重量輕、直度高,常用于頂底板和端梁的有質木材。



Mj?st?rnet大樓繼Brock Commons公寓之后,又一次大幅度刷新了現代木結構建筑的高度記錄,為木材的結構潛力提供了最好的證明與背書,是現代木結構發展過程中的一座重要里程碑。


東京2041 W350大樓


作為日本最大的木材企業,住友林業希望在2041年時,于日本東京建造一棟350米高的木結構大廈,用于慶祝企業成立350周年。


目前提出的方案由住友林業與日建設計提出,因為其以木結構為主,高度達350米,因此又名W350項目。建筑混合有多種業態,希望用木材建造一個符合可持續發展精神的空中社區。



目前項目的設計方案由住友林業與日建設計提出,因為其以木結構為主,高度達350米,旨在于慶祝公司成立350周年,因此又名W350項目。建筑混合有多種業態,希望用木材建造一個符合可持續發展精神的空中社區。



結語


木材是一種具有生命力的建筑材料,數千年來,經歷過興盛,也一度被取代。但正如每個頑強的生命一樣,即使在混凝土的夾縫之中,只要有機遇,一粒種子也能夠生長成參天的巨樹。


而今,木結構的發展機遇便是當下的“碳中和”議題。由于樹木在生長過程中能夠吸收固定大量空氣中的二氧化碳(每立方米木材碳匯量可達0.21-0.34噸),補償后期生產加工過程的碳排放,因此是少有的“負碳”材料。根據英國Bath University的數據,層板膠合木的碳排放因子為0.65kgCO2/kg,即生產每公斤該種木材,平均需要排放二氧化碳0.65kg。遠遠低于同質量鋼筋混凝土的碳排放量。此外,由于木材密度也要遠低于鋼筋混凝土,同重量的木材能夠制作更多的建筑材料,減少了運輸與施工過程中的機械設備能耗,進一步降低了建筑的綜合碳排放。顯然,木結構稱得上是一柄值得建筑從業者精心打磨的“碳中和”利器。


事實上,高層化并非是當下木結構建筑發展的必要方向,即使有海量現代技術加持,高層木結構在消防方面的可能隱患仍舊是人們的一大心結。而在高層領域的探索實踐,更像是木結構的一種自我挑戰與自我證明。除高層建筑以外,現代木結構技術在大跨度建筑、異型建筑、機器人建造等領域也逐漸開始綻放異彩。相信隨著技術的發展,木結構能夠再次為人們帶來經濟、可持續、高品質的現代生活。


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(編輯:奚雅青)


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