淺談正交膠合木(CLT)體系的研究應用

王凱鋒

CLT全稱交錯層壓木材，是一種新型木建筑材料，采用窯干的杉木（云杉/冷杉）指接材經(jīng)分揀和切割成木方，經(jīng)正交（90度）疊放后，使用高強度材料膠合成實木板材，可按要求定制面積和厚度;其特點是將橫紋和豎紋交錯排布的規(guī)格木材膠合成型，強度可替代混凝土材料，經(jīng)有關測試表明：以該材料組合成的木建筑物抗震性能良好。交錯層積木材（CLT）本質(zhì)上就具有很強的承重能力，并且不論是在縱向，還是橫向組合應用方面，都可以作為一種重要的承重材料。理論上講，交錯層積木材（CLT）可以用于高達10層木結構建筑的結構材料，并且可以作為水泥或鋼材的可替代材料。

該技術自2000年問世后，因其取材天然且性能優(yōu)異，一直備受綠色建筑行業(yè)關注。這種自歐洲引進的新型工程木產(chǎn)品，不僅具有極高的強度且綠色環(huán)保，自身具備防火功能，因而，可為木質(zhì)建筑提供靈活的設計方案、有競爭力的成本和優(yōu)異的結構強度。

交錯層壓木材（CLT）屬重型木結構，大面積的交錯層壓木材板，可直接切口后，作為建筑的外墻、樓板等，適合用于地面以上建筑;因該技術具有高效、高速施工的優(yōu)勢，且對天氣要求低，可極大地提高施工進度。目前，交錯層壓木材（CLT）技術的運用尚處于推廣階段。

正交膠合木（CLT）最早于20世紀90年代在歐洲作為建筑材料使用，是一種由3至9層實木鋸材或結構復合板材正交組坯，采用結構膠黏劑壓制而成的矩形、直線、平面板材形式的工程木板材產(chǎn)品。由于采用組坯工藝，CLT板材能充分利用小規(guī)格鋸材，經(jīng)濟性和尺寸穩(wěn)定性均較好。由于CLT解決了木結構建筑的層高限制，可用于建造低、中層甚至高層的民用住宅和非民用建筑，被譽為是建筑業(yè)的“第二次文藝復興”。目前我國正大力推動現(xiàn)代多層木結構的發(fā)展，正交膠合木（CLT）剪力墻體系為我國多高層木結構的適用結構體系之一。

現(xiàn)有技術的木結構，通常將CLT板材直接用作墻板或樓板，通過螺栓、自攻螺釘?shù)冗B接件構成整個CLT結構體系。當CLT板材用作樓板時，由于其剛度較小，設計時通常由正常使用極限狀態(tài)控制;且CLT樓板的隔振和隔聲性能較弱，易影響正常使用的舒適度，這也是阻礙多高層木結構建筑發(fā)展的因素之一。另外，樓板是阻止火焰在層與層之間蔓延的關鍵，CLT板材作為一種可燃材料，將會增加建筑的火災荷載密度。為提高CLT樓板的剛度、隔振和隔聲性能以及耐火性能，需發(fā)明一種新型樓板，為多高層木結構的推廣應用提供一種樓板的解決方式。基于其設計性質(zhì)，交錯層積木材CLT）本質(zhì)上具有很強的承重能力并且不論是在縱向還是橫向組合應用方面都可以作為一種重要的承重材料。由CLT材料建造的墻壁、地板和屋頂?shù)仍诠S預制，可在工地現(xiàn)場迅速搭起，這樣可以大大縮短施工時間。這種木材在北美市場的引入給不少設計者和建造者帶來了更多的選擇，同時也為地區(qū)經(jīng)濟帶來了潛在性的發(fā)展。理論上交錯層積木材（CLT）可以用于高達10層木結構建筑的結構材料，并可作為水泥或鋼材的可替代材料。

交錯層積木材板的加工步驟與其它的工程實木產(chǎn)品有相似之處。交錯層積木材板是通過將連續(xù)垂直背膠層木堆積而成;然后使用較大的水壓或真空壓力機使那些堆積的層木壓成相互緊鎖的木板;在某些情況下需再用計算機數(shù)控控制機器對壓制后的木板進行進一步加工以確定其規(guī)格大小及成形，使其最后加工成所需的建筑構件。不同的生產(chǎn)商生產(chǎn)的交錯層積木材（CLT）有所差異，這主要取決于木料種類、級別和木層的大小、膠水類型和連接工藝的細節(jié)。每一塊壓制好的木板的木片層數(shù)可以有3片到7片，甚至更多不等，并且木板的厚度可以從10到40.5厘米。長度僅受壓床的長度的限制，歐洲最大的壓床現(xiàn)在可達16米。并且在將壓制好的木板運往建筑工地前，可以先在木板上加工好門和窗的開口以及管線系統(tǒng)的槽口。

CLT交錯層積木材固有極好的耐火性，這與重型木結構的特性相似：一旦發(fā)生火災，CLT木板材料表層會以一定的速率緩慢地碳化并且同時能較長時間的維持內(nèi)部原有的結構強度。因此這種炭化效果也能進一步保證木板的結構強度。在地震頻發(fā)的地區(qū)，在安全設計過程中考慮的重點是結構體系的抗震能力。CLT作為一種建筑材料與其它在建造中使用到的連接件和緊固件一起保證了整體結構具有較強的抗震能力。在日本神戶三木市，一座在防震實驗室里的用CLT材料建造的七層建筑結構經(jīng)受住了一系列高強度的地震模擬測試，結果顯示該CLT建筑沒有持續(xù)明顯的結構破壞。交錯層積木材板的加工步驟與其它的工程實木產(chǎn)品有相似之處。交錯層積木材板是通過將連續(xù)垂直背膠層木堆積而成;然后使用較大的水壓或真空壓力機使那些堆積的層木壓成相互緊鎖的木板;在某些情況下需再用計算機數(shù)控控制機器對壓制后的木板進行進一步加工以確定其規(guī)格大小及成形，使其最后加工成所需的建筑構件。

不同的生產(chǎn)商生產(chǎn)的交錯層積木材（CLT）有所差異，這主要取決于木料種類、級別和木層的大小、膠水類型和連接工藝的細節(jié)。每一塊壓制好的木板的木片層數(shù)可以有3片到7片，甚至更多不等，并且木板的厚度可以從10到40.5厘米。長度僅受壓床的長度的限制，歐洲最大的壓床現(xiàn)在可達16米。并且在將壓制好的木板運往建筑工地前，可以先在木板上加工好門和窗的開口以及管線系統(tǒng)的槽口。

在以鋼筋混凝土為主的現(xiàn)代建筑中，木材作為一種舊式的建筑材料正以全新的形式成為建筑界新寵，甚至可能改變建筑業(yè)的“游戲規(guī)則”，把這個領域的生產(chǎn)力提到全新的高度。 新加坡貿(mào)工部兼國家發(fā)展部高級政務部長李奕賢日前在新加坡國會提到交叉層疊膠合木材（CLT）這個新名詞，并宣布將在未來的一些政府售地計劃地段，要求業(yè)者使用這款材料。 對于迫切需要提高建筑業(yè)生產(chǎn)力的新加坡而言，交叉層疊膠合木材最大的優(yōu)點是，能大幅提高施工效率、減少對人力的依賴。 根據(jù)新加坡建設局預計，CLT建筑的工地施工時間，比傳統(tǒng)材料建造時間節(jié)省25%至35%。這款材料是一種規(guī)格標準化的木板材料，由90度疊放的木塊膠合成實木板材，具有很高的強度和耐火性，能替代混凝土建造房子的外墻、支柱和樓板等結構。 CLT材料在歐洲有約20年的歷史，德國使用最廣。1995年至2012年期間，德國約有8000個建筑項目用這種材料建造。其他使用CLT的歐洲國家還有法國、意大利、奧地利和瑞士等，美國、加拿大和澳大利亞也在近年加入這個行列。新加坡建設局表示，CLT已獲得包括民防部隊在內(nèi)的各監(jiān)管機構原則上批準。不過相關建筑須符合一些條件，比如建筑高度不能超過24米，如果用于醫(yī)療保健項目，高度限制是12米。建筑必須符合防火設計要求，整棟建筑須根據(jù)規(guī)定安裝灑水滅火系統(tǒng)。隨著城市化建設不斷發(fā)展，人們對橋梁要求也越來越高，在滿足方便、美觀和安全的前提下，同時也越來越關注橋梁對環(huán)境的影響。現(xiàn)代木結構在滿足橋梁基本使用功能的同時，在環(huán)保性方面具有明顯的優(yōu)勢。

目前，CLT木結構在歐洲的生產(chǎn)、使用已經(jīng)較為廣泛，隨著木結構技術的發(fā)展與推廣，未來CLT中高層木結構建筑在中國也是一種趨勢，中國土地資源有限，建造中高層符合中國的實際國情，滿足中國土地資源稀少的需求，中國森林資源有限，使用實木建造中高層建筑缺乏原材料，而CLT的生產(chǎn)不需要大徑級木材，小經(jīng)級材就可以滿足，中國大力發(fā)展綠色建筑，CLT在性能上與鋼筋和混凝土材料相似，既可以作為它們的替代產(chǎn)品又是促進綠色建筑發(fā)展的綠色材料。在以后的建設中，CLT將會得到更大的推廣和應用。

（作者單位：山東冠耀建設工程有限公司）