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专家视角 | 卢求:德国超低能耗装配式木构建筑体系研究与案例分析

专家视角 | 卢求:德国超低能耗装配式木构建筑体系研究与案例分析

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导读


本文作者卢求先生是德国可持续建筑委员会(DGNB)国际部董事、清华大学EMBA班客座教授、洲联集团-五合国际副总裁、超低能耗及装配式建筑领域知名专家。文章首次系统分析梳理了德国低层、多层和高层超低能耗装配式木构建筑的结构体系、建筑构造、能耗标准、能源体系、防火性能等问题,同时涉及到超低能耗装配式木构建筑的建筑造价、贷款资助、施工建造、市场前景和对中国的借鉴等相关方面内容。文章干货满满、案例丰富、插图精彩,全文约9800字。


目录

  1 德国传统木构建筑

  2 德国现代装配式木构建筑体系与标准

  2.1木框板结构:

  2.2木框架结构

  2.3层压实木板材结构

  2.4有关预制木结构、装配式体系的部分标准规范

  3 德国低层装配式超低能耗木构建筑

  3.1 韦博豪斯装配式木构房屋

  3.2 贺府装配式木构房屋

  4 多层装配式木构超低能耗建筑

  4.1 贺府多层集合住宅项目

  4.2 韦伯豪斯多层集合住宅项目

  5 高层装配式木构超低能耗建筑

  5.1 高层木构建筑防火性能

  5.2 巴德艾布林镇高层木构办公及住宅楼

  5.3 海尔布隆斯凯奥木混合结构高层建筑

  6 结语与展望


1 德国传统木构建筑


木构建筑(注1)以其温暖自然、易于加工和表现力丰富等特色,长久以来在建筑领域得到广泛应用。德国传统建筑中有一种非常著名的“木桁架建筑”(Fachwerkbauten),德国多处优秀木桁架建筑已被联合国列入“世界遗产名录”。传统木构建筑,虽然造型优美,匠心独具,但它们不能满足今天人类的需要,特别是在防火、大空间塑造、室内舒适性、节能及安全耐久性等方面有所欠缺。如何继承传统,发挥现代制造技术特长,创造满足美学与舒适、健康需求的新型木构建筑,是行业面临的挑战。


今天随着世界范围环境与气候问题的加剧、生态环保呼声的高涨、以及人们回归自然、追求健康生活的向往,木构建筑的优点更加受到人们的青睐。现代科技赋予木材优秀的力学及防火性能,以及木构建筑工业化装配式建造方式的优势,使木构建筑得到越来越广泛的应用。


图01 德国传统木桁架建筑

资料来源《Deutschland》 Verlaghaus Wuerzburg 2002


2 德国现代装配式木构建筑体系与标准


经过现代化工艺加工处理后的木材的使用范围和性能已远远突破了人们传统观念中木材性能与木构建筑所能达到的水平。现代化的工业加工工艺使木材的性能发生了巨大提升,同时保持并发挥其自然、温暖、舒适、个性化的优点。


德国当今木结构建筑中的木制构件都是经过现代化技术加工制造,满足严格的质量与环保要求,不像传统木构建筑那样直接采用整根圆木使用,因为整根木料会因为含水性、空气湿度变化等因素发生弯曲、变形、开裂。


图02 德国现代木构建筑

资料来源 德国贺府公司


现代木材需要经过干燥,按纹理锯成木片,再用特种强力胶粘合等工艺加工成复合胶合木(BSH-Brettschichtholz),它在长度方向可拼接,企口错缝连接,胶合木的力学性能和防火性能大大提高。因而可以用于大型结构使用,欧洲现代木构建筑在体育馆等大型公共建筑中也有很多成功案例。


德国室外环境下使用的木材都采用多层防护装饰涂层。它可以透出木材的纹路,抵御恶劣天气和紫外线辐射,具有良好的耐久性,同时又具有呼吸功能,可平衡木材的湿度,避免胶合木变形。


德国木结构主要应用于低层和多层建筑上,功能以居住建筑为主,少部分为办公、养老、幼儿园、酒店和商业建筑。木结构建筑可分为木框板结构、木框架结构、层压实木板材结构三种结构形式。


2.1木框板结构:


承重木框架与抗剪板体是木框板结构建筑的特点。框体采用实木,最好是构造用全实木(KVH)形式。板材主要由木材或石膏板材料构成。标准化的木截面和标准化的板材尺寸使加工生产和建造得到优化。实木框架和板材有机组合,形成的墙壁、楼板和屋顶结构体系,能够有效地吸收和承载所有垂直和水平荷载。木框板结构建筑自重轻,保温层位于木框材料厚度之间,因而建筑显得轻盈。


图03 木框板结构建筑

资料来源 德国韦伯豪斯公司


图04 木框板结构建筑室内

资料来源 德国韦伯豪斯公司


要达到被动房的节能水平,需要增加外侧或内侧保温材料,这一步可以在工厂预先完成。外墙部分可以选择装饰木材面板、面砖、或保温层加涂料等形式。


在工厂预制的墙体等板材中,已经预先安装好建筑的保温隔热、隔蒸汽层和气密层,以及建筑上下水、电气设备管线、或预留穿线和接口空间。工厂预组装的组件还包括建筑的外门和窗户。工地上的工作包括: 建筑上下水管线和电气线路的连接,瓷砖、地板、粉刷、室内门等。预制装配建筑,可以保证质量、控制成本,大大缩短了施工周期: 通常在地下室或建筑地面板完成之后五个星期内可入住。


计算机控制、自动化生产、现代化的生产组织优化使工业化预制木构住宅不断完善进步。预制木结构建筑质量有严格保证,每件预制产品在出厂时都有质量检测合格标识。


2.2木框架结构


木框架结构体系是指垂直承载的木制柱和水平承载的木制梁组成的木结构体系。木材大多采用工程用高质量的复合胶合木(Brettschichtholz)。这种工程用复合胶合木,也被用来建造大跨度体育馆等建筑。辅助性木结构,如楼板次梁、檩条等则采用构造用实木。


图05 木框架结构建筑

资料来源 德国贺府公司


图06 木框架结构建筑室内

资料来源 德国贺府公司


用木框架结构体系建造的房屋,其外墙板也具有保温隔热层,隔蒸汽层和气密层,但木框架结构体系中的内外墙板不承担任何结构作用。建筑物的抗剪由木制、钢制斜撑或刚性楼梯间承担。由于墙体是填充性构件,因而墙体可随意布置并在未来轻松更改,楼板也可方便设置挑空构造。建筑内部空间灵活流动,开窗位置与面积灵活,采光和景观好。


2.3层压实木板材结构


层压实木板材结构建筑近十年来得到快速发展。实木板材结构采用正交层压木材(Brettsperrholz , KLH = Kreuzlagenholz, 英文CLT-Cross-Laminated Timber)),有很好的结构承载性能,可以加工制成楼板、墙体、屋面板。现代化的计算机控制切割机床,能够轻松切割出任何需要的洞口和形状。层压实木板材结构不受建筑模数限制,可以创造出独特的、纯净的空间,受到建筑师、结构工程师和业主的青睐。层压实木板材结构,同以上两种木结构形式一样,可以在工厂加工预制,到现场组装。


2.4有关预制木结构、装配式体系的部分标准规范


德国有关木结构建筑的标准较多,本文搜集整理了部分相关标准名称,有需要的人士可通过官方渠道购买标准全文,进行深入研究。

DIN EN 1995-1-1/NA: 木结构的设计和构造,1-1部分: 一般性规定-一般性规则和有关建筑物规定,欧洲规范 5 - 国家参数

DIN EN 1995-1-2/NA, 木结构的设计和构造,1-2部分: 一般性规定-承重构件的防火设计,欧洲法规 5 - 国家参数:

DIN EN 14250 木构建筑- 对采用钉片连接的预制承重构件产品的要求

DIN EN 14509两侧带有金属覆层的承重复合板-工厂加工产品-技术要求

DIN EN 408,木结构-承重木材和胶合木材-物理和力学性能的规定;

DIN EN 594,木结构-试验方法- 板式构造墙体的承载能力和刚度;

DIN EN 595,木结构-试验方法-检测框架式梁 确定其承载能力和变形情况

DIN EN 596,木结构-试验方法-板式构造墙体柔性连接的检测

DIN EN 1075, 木结构-试验方法-钉板连接

DIN 18203-3,建筑公差-第 3 部分: 木材和木基材料的建筑部品


3 德国低层装配式超低能耗木构建筑


德国低层装配式木结构主要应用于小住宅类建筑产品,由于低层木结构建筑在防火和耐久性方面等技术性能已完全达到使用要求,价格适中,特别是健康环保性能及美学方面优势突出,因而市场需求量较大。


木结构建筑相对于混凝土结构建筑更容易做到高效保温隔热。德国最新建筑节能条例EnEV规定的建筑采暖能耗,根据建筑形式不同大约在60kWh/m2a左右,超低能耗建筑的采暖能耗大体是这一数值的50%。即30kWh/m2a左右。达到这一水平节能标准的建筑可以获得德国复兴银行可观的低息贷款,同时建筑运行能耗较低、CO2等温室气体排放较少、室内舒适度较好高,当然建筑造价会有明显增加。


德国有许多家企业提供装配式超低能耗木结构小住宅房屋产品,客户自己购买建设用地,小住宅房屋建造商提供定菜单式定制房屋产品以及建筑审批、贷款等服务。下面介绍这一领域两家规模较大企业的典型产品。


图07 韦博豪斯公司装配式木构建筑

资料来源 卢求 拍摄


3.1 韦博豪斯装配式木构房屋


德国韦博豪斯公司,是德国规模较大的一家生产装配式木结构独栋、双拼住宅,木结构多层集合住宅及办公、商业建筑的企业,代表了德国装配式木构建筑的领先水平。其建筑产品结构形式是木框板结构,这种结构体系中实木框架和板材形成的墙体,承担建筑垂直和水平方向荷载以及剪力。这是德国木构建筑市场中占比最大的结构方式。这种建筑从外观上基本看不出来是木构建筑。


建筑节能环保与舒适健康性能


韦博豪斯司非常注重建筑品质和节能能源,从1990年以后提供的产品都是低能耗建筑。1996年开发了第一款零供暖房屋,不依靠始终集中供暖、房屋中也不设置采暖锅炉,而依靠安装在房屋上的太阳能系统产生热水和电力,提供冬季采暖。2000年开发出第一款达到被动房标准的被动式住宅产品,采用了太阳能直接供暖和新风热回收技术。2006年韦博豪斯成功开发了产能住宅(Plusenergiehaus),其全年发电量超过建筑全年的用电量。


2019年所有韦伯豪斯提供的装配式住宅产品都满足KfW40超低能耗建筑标准(即每平米每年建筑一次性能耗量低于德国法定节能条例EnEV允许的建筑一次性能耗的40%、同时建筑外围护结构传热系数不得超过节能条例允许值的55%,达到这一标准可以获得德国复兴银行提供的低息贷款),在建筑能耗水平上基本达到被动房(Passivhaus)的能耗水平。


韦伯豪斯公司木构建筑的外墙体系--奥沃纳图保温外墙,是该公司研发的关键性产品。奥沃纳图保温外墙具有出色的保温、隔热、隔声和主动湿度调节性能以及高力学强度,传热系数达到KfW40超低能耗建筑标准。产品达到高品质的环保和健康标准,构造细节考虑周到,包括可以不使用膨胀螺栓轻松安装厨柜等内装用品。


图08韦伯豪斯公司研发的奥沃纳图保温外墙体系

资料来源 韦伯豪斯公司


a. 高档抹灰,不带分割缝;b./c. 抹腻子及加固网格布;d. 生态木纤维保温板。由本地产木材的木屑挤压成型,具有出色的保温隔热隔声性能;e. 矿棉保温板,布置在在木结构框架之间。矿棉保温板具有良好的隔热、耐热、耐老化性能,由高达 85% 的回收玻璃和石英沙和粘合剂组成。定期RAL检测确保高质量,产品获得蓝色环境天使认证;f.实木框架结构;g. 奥沃纳图尔木基面板。天然云杉木制成的高品质木基面板 - 无甲醛胶合,符合VOC排放标准,超稳定,有助于形成健康的室内环境,板厚16mm,强度高可悬挂厨房吊柜,安装加工方便;h. 防水透气膜。保证矿棉保温材不受潮、同时形成完整的建筑气密层;Ⅰ.石膏板 + 内墙装饰面材;墙体厚度 约 40 cm;U 值:0.11 W/m2K;隔声:Rw ≥ 51dB


韦伯豪斯公司提供的装配式超低能耗建筑房屋产品线非常丰富,丛数十平米的经济型小住宅到数百平米的豪华别墅。建筑风格多种多样,从现代简约到古典豪华以及传统民居形式。小住宅建筑部品在工厂里加工生产(含墙内水电路管线),现场安装,部分内装在现场施工。提供菜单式内装服务,根据产品类型、装修标准、房屋建筑面积不同价格范围在 1800-3000欧元/平米。


产品系列之1:韦伯豪斯“城市别墅”舒适型独栋住宅。建设地点:巴登市,主要指标: 四坡屋顶建筑形式,建筑面积约340平米,5间卧室, 3个卫生间,带有大面积露台、泳池桑拿,双车位车库。达到KfW40超低能耗建筑标准。





图09-图12韦伯豪斯“城市别墅”住宅

资料来源 韦伯豪斯公司


产品系列之2:韦伯豪斯“城市生活”经济型独栋小住宅。建设地点:莱瑙-林克斯。主要指标: 平屋顶建筑形式,建筑面积约180平米,3间卧室,1间书房,2个卫生间,首层有带顶的露台和停车位。建筑达到被动房标准,2015年获得德国联邦环保部(BMUB)颁发的"卓越可持续性"(Exzellente Nachhaltigkeit)奖,并因为其杰出的室内空气质量被相关医学机构推荐。




图13-图17韦伯豪斯“城市生活”住宅

资料来源 韦伯豪斯公司

图18韦伯豪斯公司提供的户式新风、供暖、生活热水设备系统

资料来源 韦伯豪斯公司


3.2 贺府装配式木构房屋


贺府木框架装配式房屋体系,吸收了德国传统“木桁架建筑”的特点,融合了包豪斯简洁现代的设计理念,建筑外观甚至有些东方传统建筑的美感,建筑形象与空间艺术追求较高。这种木框架结构体系由复合胶合木(Brettschichtholz)制成的柱和梁承担建筑的水平和垂直荷载,剪力由木制、钢制斜撑或刚性楼梯间承担,建筑的内外墙板不承担任何结构作用。建筑多为两坡顶形式,露明的结构木框架成为建筑重要构图因素,建筑比例匀称,清晰的直线构图,大面积的落地玻璃和檐口处的玻璃采光带使建筑外观上显得轻盈潇洒,能够很好地与自然环境融为一体。室内明亮通透,空间流动,使人能够充分欣赏、享受周边自然环境和露明木结构带来的美感。大部分贺府房屋是根据建筑基地条件、客户个性化需求、由建筑师单独设计并在工厂加工制造,是德国装配式木结构建筑高端产品的代表。


图19 贺府意大利山间别墅

资料来源 贺府公司


建筑节能环保与舒适健康性能


贺府装配式房屋体系集成了德国木构建筑领域先进科技,从木构的材料加工,现代化的外维护结构,遮阳保温设备,卫生间上下水,室内的隔声,形成全面完整的节能环保与舒适健康技术体系。建筑追求明亮通透,空间流动,与周边自然环境融合,因而有较大面积玻璃。玻璃的保温性能较实体墙面有明显差距,出于对产品性价比的考虑,贺府公司的房屋一般可满足KfW55超低能耗建筑标准(即每平米每年建筑一次性能耗量低于德国法定节能条例EnEV允许的建筑一次性能耗的55%、同时建筑外围护结构传热系数不得超过节能条例允许值的70%,达到这一标准可以获得德国复兴银行提供的相应级别低息贷款)。当然如果客户需要,其高端产品也可以达到KfW40或零能耗建筑的水平。


图20 贺府瑞士湖畔别墅

资料来源 贺府公司


贺府房屋技术体系包括(部分为选配产品):

高效保湿隔热屋面构造,U值≤0.14w/㎡.k,空气隔声系数45dB

高效保温隔热外墙结构  U值≤0.19w/㎡.k,空气隔声系数45dB

特殊加工处理的木构桁架体系,在提供灵活通透的建筑空间结构同时,也构成了很好的外维护结构保温隔热材料

特殊研发的木质隔声楼板,空气隔声系数R’w = 50dB,撞击声强度系数56dB

大面积三腔双中空低辐射保温玻璃,U值=0.5w/㎡.K, G值= 0.48,隔声Rw = 41dB

精确控制的室外遮阳系统

隐蔽式/辐射式采暖制冷系统

精细控制的新风与回风系统

高效新风热回收系统

地源热泵技术

生物质高效低排放供热体系

贺府 Sonnenhaus太阳能零排放体系

舒适卫生间隔声系统

开放式厨房排烟及新风系统

视觉柔和光环境控制系统

舒适室内声学体系于个性化音响系统

精细个性化楼宇自控系统


产品系列之1:


贺府 艺术4开间系列别墅,建设地点:法兰克福附近,主要指标:建筑面积196平方米,获得德国可持续建筑标准DGNB金级认证,建筑能耗水平达到KfW55标准。带热回收功能的新风系统,三层双中空保温隔声玻璃,铝合金电动遮阳百叶,KNX智能楼宇控制系统




图21-图23 贺府艺术4开间系列别墅

资料来源 卢求 拍摄

图24-图25 贺府艺术4开间系列别墅


产品系列之2:


贺府 艺术6开间系列别墅。建设地点:英国伦敦,主要指标:建筑面积367平方米,三层双中空保温隔声玻璃,KNX智能楼宇控制系统,带热回收功能的新风系统,光伏发电系统,冰蓄能供暖制冷系统,零能耗建筑(产能建筑Plus-energy house),意大利室内设计。









图26-图33 贺府艺术6开间系列别墅

资料来源 贺府公司


4 多层装配式木构超低能耗建筑


多层木结构建筑的防火和结构安全问题相对比较容易解决,由于木材容易加工、重量轻、运输及吊装方便,非常适合装配式施工建造,特别是其环保及健康方面性能优越,越来越多的业主和建筑师喜欢采用木结构建造多层住宅和商业建筑,只是目前德国多层木结构建筑比混凝土建筑的造价平均要贵大约10-20%,因而市场上建设量并不大。以下介绍两个案例。




图34-图36 贺府多层集合住宅项目

资料来源 贺府公司


4.1  贺府多层集合住宅项目


建设地点:德国蒙塔鲍尔市,建筑规模:44套住宅, 地上四层、地下一层,结构形式:木框架承重结构体系。


项目亮点:超低能耗多层公寓项目,建筑实现供暖零能耗,技术体系包括高效保温隔热外围护结构,“太阳能冰蓄冷及热泵复合系统”,“智能健康盒”新风系统,楼宇智能控制系统。


“太阳能冰蓄冷及热泵复合系统”由几个部分组成:核心组件是地下冰储能系统,它与设在建筑物屋顶上的太阳能混合能量收集板配合,为位于建筑物中多个设备间的热泵单元提供能量。冰储能系统储存了为建筑物提供所需供热和制冷的能量,这些能量是由太阳能、空气源热泵或地热能产生。


每栋建筑都另外设置了热水罐,以便为住户24小时提供充足的生活热水。


冬季“太阳能冰蓄冷及热泵复合系统”为建筑物供热所产生的冰储存在地下储冰罐里,夏季这些冰可通过地暖管道为建筑提供几乎免费的室内空间制冷。


图37 “太阳能冰蓄冷及热泵复合系统”示意图

资料来源 贺府公司


1 冰蓄能罐(120 m 3),2 冰储存的能量,3 暖泵和控制系统,4 热泵产生的总能量送往建筑物,5 太阳能收集器直接获取的能量,6 太阳能空气吸收器(收集器),7 来自收集器的能量,8 “自然制冷”,9 浅层地热萃取,10 地下储能罐能量损失


安装在建筑屋顶的光伏发电系统每年发电约 103000 kWh/a,所发电能用于热泵运行和其他建筑物自身用电。


此外所有公寓都安装有KNX楼宇控制系统,使各个公寓能够按照 EN 50090 和 ISO/IEC 14543 标准分别通过现代住宅智能网络,对室内温度、照明和遮阳系统进行个性化独立控制。



图38-图40 贺府多层集合住宅项目内景

资料来源 贺府公司


项目所有44套公寓都安装了“智能健康盒”新风系统,具有离家、访客等四种自控模式,根据室内空气质量开启动力排风,集成窗框一体隔声进气装置,确保室内新鲜空气供应。该解决方案的优点是系统简单、节约空间,大幅减少通风管道和系统维护成本。


4.2 韦伯豪斯多层集合住宅项目


建设地点:德国凯尔市。主要指标,建筑规模:9套公寓、平均建筑面积约130平方米, 层数:五层,结构形式:木框板结构。三层双中空玻璃,压缩木屑粒燃烧炉集中采暖,带热回收功能的集中式新风系统,达到KfW40超低能耗建筑标准,屋顶太阳能热水系统。



图41-图43韦伯豪斯多层集合住宅项目

资料来源 韦伯豪斯公司


5 高层装配式木构超低能耗建筑


5.1 高层木构建筑防火性能


世界各国对于高层建筑的定义相差不大。德国建筑规范规定,建筑顶层有居住或办公等功能房间地面距离建筑室外地面高度大于等于22米的建筑物为高层建筑。出于安全性考虑,世界各国对高层建筑的防火性能(包括建筑承重结构的耐火时间  ,疏散楼梯的耐火时间,建筑承重结构、外围护结构及疏散楼梯构造材料的燃烧性能等)都提出了很高的要求。


实木结构承重构件在遇到火灾情况下,表面会形成碳化层,一定时间内可阻止火焰燃烧到木构件内部,因而使木结构继续保持相当承载力、满足低层建筑物内人员疏散的要求。


但在高层建筑上,各国防火规范通常都要求建筑的承重构件(梁、柱、楼板)、疏散楼梯间、楼梯踏步以及建筑的外围护结构为不可燃材料。木材本身是可燃材料,不满足这一要求。通过特殊的防火构造,如在木结构外侧包裹防火板等形式,可以使木结构墙体的耐火等级达到90分钟以上。高层木结构的防火问题不是不能解决,但构造相对复杂,突破现有建筑规范要求,建设项目申报都需要进行防火特批。


图44 木结构防火墙构造

资料来源 bauart Konstruktions GmbH & Co. KG

180x80 mm C24或C30等级的木承重龙骨,容重≥350kg/m3,龙骨之间填充熔点温度≥1000℃的矿棉,容重≥30kg/m3,龙骨两侧分别外包,18mm欧松板,2x18mm石膏防火板


近年来欧洲包括德国环保呼声越来越高,木材是可再生材料,生产加工、未来拆除回收过程中碳排放量极低,不产生有害物质,在建筑全寿命周期评价中的性能极高。另一方面,木材特别适用于工厂预制 , 重量轻、具有出色的承重能力,易于加工,现代加工工艺能够完成长度达到 10 米的包含窗户的外墙、吊顶等复杂构件部品,并能达到很高的加工精度和工作效率,木结构本身隔热性能好,木结构建筑更容易实现超低能耗以至于零能耗建筑,因而欧洲包括德国近年来都在不断尝试用木结构建设高层建筑。以下介绍两个案例。


5.2  巴德艾布林镇高层木构办公及住宅楼


德国南部巴德艾布林镇2011年建设完成的 H8 高层木结构办公及住宅楼。该项目是得到德国联邦环境基金会支持的一项实验性工程项目。慕尼黑工业大学、罗森海姆学院参与了建筑防火、建筑声学等设计研发工作。


项目地点:德国巴德·艾布林,竣工时间:2011年,建筑使用面积:1740平方米;建筑高度:约25m,建筑层数:8层。




图45-图47 H8 高层木结构办公及住宅楼

资料来源 Huber & Sohn GmbH & Co. KG


整栋建筑除了楼梯间和电梯间为预制混凝土建造之外,其他所有梁、柱、楼板、外墙板都由预制木构件建造而成,共使用木材570立方米。外墙为木制承重外墙,构造如下图。


图48 项目承重外墙构造

资料来源 bauart Konstruktions GmbH & Co. KG


1.木制外装饰板,2.通气与排水层,3.矿棉保温层厚度240mm,4.石膏板厚度18mm,5.承重实木墙体 厚度100mm,6.双层石膏纤维板厚度2x18mm


预制单元式外墙板(含窗户、窗套及内外装修面材)在工厂制作完成,到工地吊装到建筑主体上。内隔墙为非承重墙,由木龙骨及双侧石膏板构成。楼板为木结构胶合木楼板,总构造厚度超过400mm, 空气隔声系数R’w ≥ 57dB,撞击声强度系数 L’nw,R ≤46dB, 具体构造做法见下:


图49 项目楼面构造做法

资料来源 bauart Konstruktions GmbH & Co. KG


1. 地面面层 厚度20mm,2. 浮筑混凝土垫层 厚度60mm,面密度140kg/m2,隔离层,3. 隔声岩棉垫层,厚度40mm,动态抗弯强度<7 MN/m3,4. 豆石乳胶垫层,90mm厚, 面密度135kg/m2 , 5. 胶合木楼板 厚198mm, 6. 石膏板2x18mm,做法用于下方是卫生间、走廊以及根据防火要求需要设置的地方。


图50-图51 H8 高层木结构办公及住宅楼加工及施工照片

资料来源 Huber & Sohn GmbH & Co. KG

图52-图53 H8 高层木结构办公及住宅楼图纸

资料来源 Huber & Sohn GmbH & Co. KG


5.3  海尔布隆斯凯奥木混合结构高层建筑



图54-图55 H8 高层木结构办公及住宅楼图纸

资料来源 德国旭柏林公司


2020年德国联邦园艺博览会(Bundesgartenschau)将在坎普-林特福举行,同时在海尔布隆市耐卡河湾区建设伴随园艺博览会的城市展区,展示前瞻性的、生态环保建筑与城区。斯凯奥木混合结构高层建筑是这一城市展览区入口处的标志性建筑,2020年4月园艺博览会开幕之前竣工完成。


斯凯奥混合结构高层建筑。建设地点:海尔布隆,建筑高度:34m,建筑层数:10层 (部分 6层),建筑规模:地上5685 平方米,其中3300平方米为公寓。结构形式:现浇钢筋混凝土核心筒,胶合木柱、承重墙、楼板;局部采用钢梁。


建筑平面采用模块化设计,可以灵活分割房间大小,以适应不同年龄阶段对住房空间的需求。标准化的生活单元可以分割或组合。标准的一室、二室公寓可通过无障碍电梯或安全楼梯间到达。所有公寓配备地暖、橱柜,室内墙面天花基本保留木材木色。


在公寓一层设有共享厨房和洗衣房,六层设有八个共享房间,并可通往西区屋顶公共露台、餐吧,以及屋顶菜园,共享设施为居民提供交往空间。





图56-图60 "斯凯奥"木混合结构高层建筑

资料来源 mikado_11_2018  


6 结语与展望


现代木结构建筑产业中,各种胶合木技术和表面处理技术使木材的力学、防火、防潮等性能相对原木大幅提高,使木结构建筑的应用范围不断扩大。由于欧洲等发达国家对于建筑环保减排、健康舒适的追求,而木材作为可再生材料,非常健康环保,重量轻、承载力强,易加工,特别适用于工厂预制,木结构本身隔热性能好,木结构建筑更容易实现超低能耗以至于零能耗建筑,因此近年来木结构建筑应用有明显上升趋势。


在低层居住建筑领域,德国装配式木结构建筑在防火和耐久性方面等技术性能已完全达到使用要求,价格适中,特别是健康环保性能及美学方面优势突出,多数生产厂家都提供超低能耗甚至零能耗小住宅建筑产品,市场需求量较大。


在多层建筑领域,特别是五层及以下木结构建筑,建筑技术相对成熟,建设项目报批简单,木结构装配式建筑能够发挥建造迅速、环保减排、健康舒适的优势,新建筑基本都达到超低能耗水平。由于造价目前高于混凝土结构的建筑,因而在德国应用还不广泛。


在高层建筑领域,德国相关规范要求高层建筑的承重构件(梁、柱、楼板)、疏散楼梯间、楼梯踏步以及建筑的外围护结构为不可燃材料。木材本身是可燃材料,不满足这一要求。通过特殊的防火构造,可以使木结构的耐火等级达到90分钟以上。解决高层木结构的防火问题相对复杂,所有建设项目都需要进行防火特批。德国境内目前有10栋左右高层木结构建筑落成或正在建设之中。


对中国的借鉴


德国正在建设一批木混合结构建筑(Holz-Hybrid-Haus),包括德国最高的木混合结构建筑(本文高层木结构建筑案例2),德国规模最大的木混合结构建筑群(慕尼黑普林茨-欧根项目)等。笔者认为这种建造方式很有发展前途,特别值得中国借鉴学习。


所谓混合木结构建筑,是利用钢筋混凝土建造楼梯、电梯核心筒,满足防火疏散和建筑水平方向受力要求,其他建筑构件由木材或部分由木材构成;也可以局部使用钢梁提高建筑的跨度和获得轻盈纤细的立面美学效果,甚至为达到较高的楼板隔声性能,采用较便宜的混凝土预制楼板构件。充分发挥木材、钢筋混凝土、钢材等建筑材料各自的性能特点,适宜现浇的现浇,适于预制的预制,总之是因地制宜,通过各种建筑技术的优化组合,建造功能完善、环保健康、美观舒适且经济便宜的建筑。而不要追求不必要的纯粹木结构建筑或高比例的建筑装配率。



参考文献:

[1] 卢求. 德国传统木构建筑与现代生态节能技术的融合创新[J]. 世界建筑,2008,(10)

[2] 卢求. 专题11德国装配式建筑发展状况, 大力推广装配式建筑必读[M].北京:中国建筑工业出版社,2016:231-249

[3] Mandy Peter. BauO NRW 2016 – Impulse für den Holzbau Bauen mit neuen Brandschutzanforderungen[R].Ratingen: 26. Bautechnisches Seminar NRW,2017

[4] Angela Trinkert und Wolfgang Schäfer.Herausragend auch im Detail[J].bauen mit holz.2011,(12)

[5] Birgit Östman. Fire safety engineering in timber buildings[J]. Fire Safety Journal 2017 (91) 11–20

[6] Musterbauordnung 2002,geändert 2019


注1:本文中“木构建筑”一词,其涵义既包括木结构建筑、也包括较大范围使用木制构件、但其承重构件并非全部由木材构成的建筑。

注 2:本文的部分内容已发表在《建筑技术》杂志2020年3月第51卷第3 期。



(责任编辑:奚雅青)


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