木质的高层建筑正在兴起。世界各地的设计团队正在积极尝试持续发展的木材技术来建造越来越高的结构。在我们最近的文章《探讨高层建筑的未来》中,我们更深入地解析了新兴的木材技术和用木材建造高层的优势。这篇指南主要探讨如何用木材创造高层建筑。
全球建筑界逐渐接受了用木材建造高层的概念 。原因是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,木材都占有了很大的优势。这些优势导致木质高层建筑在现今建筑界盛行。建筑师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,建筑师们希望更多的去了解相关的建筑规范要求、负载路径和结构框架、产品选择、防火和建筑性能等技术问题。以下是了解如何提升你的木材建筑和设计的起始点。
世界高层建筑与都市人居学会(CTBUH)为全球的"高层建筑"提供了定义。CTBUH 同时定义了高层建筑的建造材料。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,以及在某些情况下使用水泥地面或在木梁上采用水泥板铺成的地面系统。因为木材仍然作为主要结构,因此这些木质高层建筑可以使用非常重的木材或非常大的木头。
今年,国际建筑规范委员会(ICC)宣布批准14项规范修改,作为2021年《国际建筑规范》(IBC)的一部分,该守则将允许高达18层的大规模木质结构。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。大尺度木材和预制木结构建筑的激增,以及最近建筑规范的变化将允许更高的木构建筑。此项举措预计不仅将节省建筑商的成本,而且还有助于新的经济增长和就业。并且随着越来越多的木质高层项目需求,预计这一趋势会在未来的很长一段时间持续 。
在建造高层建筑时,必须考虑结构系统,包括材料的延展性、负载路径以及荷载传递性和拉拔力。还应该考虑到建筑物中解决延展性的连接组件。负载路径可能导致建筑某部分承受压缩力、张力、弯曲、扭矩力或剪力。对于高层木建筑,结构元素特别容易收缩,这种情况下可以通过利用木纹与荷载路径平行的方式来解决这个问题。楼梯或电梯筒也可用于荷载传递,因为它们通常较轻。另外木质高层建筑容易遭受拉拔力。
在使用木材进行设计时,可以考虑多种构造方法,这些方法具有不同的优点。这些构造方法包括平台式、气球式、梁柱式、大型木材承重墙和混合结构系统。在结构上,有一系列针对解决木材建筑自重过轻(和钢或混凝土比较)的案例研究和混合结构 。需要注意的是,住宅类建筑可能更注重分区与承重墙;而商业类建筑则需要更灵活、更开放的平面图,在这种情况下由横梁连接的承重柱系统是更直观的选择。
《国际建筑规范》 中对五种主要构造类型进行分类,每种类型都具有子类别和最大允许的建造高度。I-A 型(无限制)、I-B (54.86米)、II-A (25.9米)、II-B (22.86米) 适用于不可燃结构。III-A型(25.9米)、III-B型(22.86米)、V-A型(21.3米)和V-B型(618.2米)适用于轻型框架木结构。IV-HT 型 (25.9米) 与重型木材有关。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。
满足结构和规范要求后,应解决防火、声学、地震和隔热性能的问题。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。
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翻译:程思远