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大型木材是低碳未来的关键因素吗?

本文最初发表在Common Edge上。

中国的寺庙已经屹立了几个世纪,风雨飘摇,却依然坚固,没有一个裂缝或木材错位。它们采用一种古老的技术,称为“榫卯结构”,不需要使用钉子或金属零件来连接木质结构元素。斯堪的纳维亚的立柱教堂几乎同样耐久。毫不奇怪,在瑞典和整个中国,有大量的树木。

那么,过去几年来,“大型木材”建筑创新为何如此受瞩目呢?正如Boyce Thompson在他深思熟虑的新书《大型木材创新:商业建筑中以风格封存碳(Schiffer Publishing)》中所论述的那样,对于那些因为昂贵的钛金外皮和巨大碳足迹感到愧疚的建筑师而言,这将成为“绿色”技术领域的下一个大事件。彩色照片展示了一些令人印象深刻的建筑,这些建筑位于木材产业一直健康的地方,如太平洋西北地区和斯堪的纳维亚。日本人用进口材料建造原木小屋,这些材料几乎可以媲美黄金。

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有一个项目立即脱颖而出。普利兹克奖得主建筑师 Shigeru Ban在预算紧张时会使用纸管建造,他为斯沃琪手表公司打造了一个疯狂的总部,采用大型胶合木材料构成管状结构,形成了一个透明屋顶,覆盖在混凝土框架办公室上方。由于大部分建筑似乎并不符合传统的可持续性标准,我们是否正在看到“漂绿”?(仅此一问。)

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博伊斯·汤普森,“大量木材的创新:商业建筑风格的碳封存”,(希弗出版社)。图片©Schiffer Publishing

就像许多错误的说法声称“绿色高科技”有前景一样,“大型木材”热潮令人兴奋,直到人们意识到花招设计旨在掩盖更大的经济和政策问题之前,我们才能实现净零乌托邦。作为一名几十年来一直从事重型木材建筑恢复和传统框架建筑的建筑师,我已经是一个信徒。没有比《三只小猪》更好的建筑了。正如史蒂夫·穆宗在他的原始绿色网站上所论述的那样,传统设计在定义上就是可持续的。

因此,在已经包括大型组合木材元素的目录中添加几种新的胶合产品是一件很棒的事情。在木材丰富的国家,大型木材技术已经存在了一个多世纪。阿尔瓦·阿尔托在他的建筑中从20世纪30年代开始就使用了许多不同类型的“高科技”木材结构。保罗·海登·柯克在20世纪50年代和60年代的西雅图周围的建筑中也是如此。随着这些地区采伐树木的尺寸缩小,制造商不得不找到方法,通过将它们连接在一起,从较小、较薄的木材中制造大型木材。最初使用的胶水含有甲醛,引起了健康问题。今天我们有更好的替代品,但强力胶水仍然是关键。

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吉利斯大厅,莫纳什大学,弗兰克斯顿,维多利亚,加拿大。由Jackson, Clements Burrows建筑事务所设计。该宿舍采用被动式房屋原则和大量木材。 图片 © Peter Clarke

新出现的两种产品是面板和大型碎片形成的梁柱组件。弯曲木层压框架一直是中跨度结构(如教堂)的选择。然而,在讨论它们的创新之前,我们必须先解决竞技场中的大象问题:现代建筑规范。

当代工程师和规范官员害怕木材。他们对一种在潮湿和温和气候中普遍存在的材料有一些合理的担忧。几个世纪以来,木制建筑在城市和乡村提供了大火的燃料(想想奥利瑞夫人的奶牛)。木结构建筑在一般情况下会燃烧得很快。大型木材则不会,但在古老的时代,没有消防队在场扑灭几小时内的大火。信不信由你,我们的消防规范基于20世纪初的案例研究,禁止或不鼓励大多数公共建筑类型以及多层住宅使用木材建筑。

此外,与钢铁相比,木梁在弯曲方面相对较弱,因此最大跨度不到钢宽翼或J型梁的一半。如果设计一个城市中的高层或中高层建筑,人们希望有20英尺或更多的空间以节省成本和增加灵活性。当今的工程师没有接受过使用木头与木头或木头与钢铁连接的训练,而这些连接方法已经在他们的软件中进行了建模。他们看着电脑,对于指定木结构组件而言感到灰心(抱歉)。据我的经验,许多人干脆拒绝参与木材建筑,甚至是历史建筑。

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安徒生博物馆/隈研吾建筑事务所。图片©Rasmus Hjortshøj - COAST

新的大型梁和木柱是由普遍存在的木材种类的小条或小片制成的。不需要铣削3到4英寸深的冷杉、云杉或松木条来创建传统的胶合层压木材截面,公司可以自由地使用更小的木块制作较大的截面,并使用更少的胶水进行热压。这种经济效益导致了与钢铁或混凝土建筑相比具有竞争力的价格。虽然专家对大型木材是否更便宜存在分歧,但行业正在努力推动能够在公平竞争环境中与之竞争的规范变更。

有两种真正具有变革性的产品,聪明的建筑师正在巧妙地使用。交错层压木材(CLT)面板是通过将木条垂直于彼此连续层层层压而形成的。许多建筑师在房屋框架中使用层压薄板木材(LVL)横梁;你可以在Home Depot找到它。令人困惑的新品种是层压绳材(LS)木材,它不是由薄木片制成的。定向颗粒板(OSB)是其最接近的近亲,因为两者都使用木屑作为原材料,而这些木屑通常是木材厂的废料。这意味着较弱的截面,所以无法在长跨度中使用。然而,可以在木组件中使用更大的梁和柱,因为当有更多的木材燃烧时,它们抵抗火灾,而且重量比混凝土轻。而且,当完成时,它们看起来也很漂亮。CLT可以既是结构性的,也可以是非承重的,比如用于天花板。

许多领先的建筑师相信的是,整个木材产品范围可以通过新的制造和建造方法得到改进,从而为一个古老的行业注入新生命。事实证明,木材比钢铁或混凝土更轻,更容易安装,节省宝贵的劳工时间和运输成本。那些棘手的木结构接头呢?新技术使加工更容易,CNC机械可以在几秒钟内切割榫榫结合。尽管许多连接仍然需要金属板和支架,但它们比许多旧工厂建筑中看到的大铁部件不那么显眼。用于钢结构建筑的起重机可以轻松地提升和操作大型木梁和柱。

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萨拉文化中心/ White Arkitekter。图片©Åke E:son Lindman

汤普森的书记录了许多有趣的项目,详细程度足以激发人们对更多信息的渴望。他没有掩饰我在这里提到的问题,但提供了美国和欧洲正在逐步批准的新建筑规范的例子。建筑工地上的湿气问题也有所提及,警告说即使层压木材也会收缩和膨胀,这可能会给建筑者带来麻烦。但不要把这本书误解为技术手册,因为数据零零散散地分布在案例研究中,而且不全面。

我发现最令人兴奋的项目是那些只有用木材才能使用的项目。八到十二层的公寓或办公楼,如果可以用混凝土制作,我并不感到惊讶,但是像汉斯·克里斯汀·安徒生博物馆(丹麦)和萨拉文化中心(瑞典)这样的木材和玻璃复合材料令人眼花缭乱。看起来,西雅图的建筑师 Susan Jones 是这本书中的一个先驱,在我在华盛顿州东部华盛顿湖东岸的家乡贝尔维尤有两个项目。她不得不与规范和消防官员合作,以获得她的建筑物的批准,但发现他们对一些巧妙的方法持开放态度。

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安徒生博物馆/隈研吾建筑事务所。图片©Rasmus Hjortshøj - COAST

最近在澳大利亚建成的一个巨大项目由于其混合结构而无法评估。建筑师并不介意混合材料、隐喻和设计主题,所以Bunjil Place通过给人们选择的机会来取悦每个人:如果你不喜欢一个外立面或空间,走一千码,你会看到不同的东西。主入口处复杂的鹰腿木结构纯粹是装饰性的,因为建筑师不得不在大部分弯曲、翼状屋顶上使用钢铁和混凝土。在这个巨大的多功能综合体中唯一的其他木材元素是墙板,它们有木质芯材,但外表和内表面都有金属和石膏板。这座建筑是一个奇迹,但不要称其为大型木材。

让我们明确一点:任何木制建筑都是可持续的,可以减少我们的集体碳足迹。树木是大自然最好的固碳机器。它们可以可持续生长,也可以被砍伐以获取利润并被浪费。在过去的大多数世纪里,全球木材行业表现得并不像一个良好的公民。如果它被迫与其他人合作,这对建筑行业是一种好处。添加新产品,并给建筑师充分理由来使用它们,是我赞成的事情。但我们仍然可以像我们几千年来一样,用棍子、横梁和屋顶树木建造。如果你能找到一棵200年的白橡树,它和今天工厂制造的任何东西一样庞大——如果你能找到的话。

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关于这位作者
引用: Hewitt, Mark Alan. "大型木材是低碳未来的关键因素吗?" [Is Mass Timber the Key Element in a Low Carbon Future?] 28 4月 2024. ArchDaily. (Trans. July Shao) Accesed . <https://www.archdaily.cn/cn/1015868/da-xing-mu-cai-shi-di-tan-wei-lai-de-guan-jian-yin-su-ma>

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