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装配式木结构建筑在超高层建筑中的应用(案例篇)

装配式木结构建筑在超高层建筑中的应用(案例篇)

打印 0条评论来源:TJAD绿色装配式建筑技术研发中心(ID:TJAD-GCJSYJY) 作者:冯一鹏、张瑶

引言


根据国际高层建筑和城市人居委员会The Council on Tall Buildings and Urban Habitat (CTBUH)的定义,高层建筑的定义为高度达50m或层数达14层以上的建筑。在过去的数年中,数十栋具有实验与示范性的木结构高层建筑在国外建成或立项,为木结构技术的研究与发展提供了宝贵的参考经验。


在本篇,小编将会与大家分析其中三个具有典型性的木结构高层建筑案例,希望能够帮助大家了解当下现代木结构的发展与应用情况。


加拿大 温哥华 不列颠哥伦比亚大学


UBC  Brock Commons学生公寓


目前最有代表性的高层装配式木结构建筑要数位于加拿大温哥华的不列颠哥伦比亚大学University of British Columbia(UBC) 的Brock Commons大楼,该建筑共18层,高度53米,用地面积:2,315 m2,建筑面积:15,120 m2,使用木材2,233 m3,储存二氧化碳1,753吨,避免排放二氧化碳679吨,二氧化碳效益2,432吨。


该大楼为该校区规划的五栋学生公寓中的第三栋,功能上可以为404名学生提供住宿以及配套的教学和休闲。由于不列颠哥伦比亚大学一项致力于现代木结构建筑的研究,加之之前提到的加拿大ThinkWood机构的促成,该校决心采用重型混合木结构来进行该栋公寓的建造,并最终成为当时世界最高的现代重型木结构建筑。


Brock Commons学生公寓


由于建筑带有一定的先锋性与实验性,同时也出于安全方面的考量,公寓的结构设计,采用了较为保守的混凝土核心筒+木框架混合结构体系。公寓的1层采用混凝土结构,2~18层则由CLT、GLT、NLT等重型木材结构承担受力。



Brock Commons公寓木结构之间的连接主要依靠重型木材上预埋的预制钢连接件,得益于成熟的木材加工技术,木构件之间能够想乐高积木一样,实现精准的连接。木构件与混凝土核心筒的连接则主要依靠L型大型钢构件。木构件相比预制混凝土与钢构件有着较低的密度,因此具有更高的吊装效率。为了避免受恶劣气候影响,建筑木结构施工的工期被规划在春夏季进行,同时外立面的装配施工也紧跟结构部分的施工进度进行。最终整栋大楼的木结构部分施工用时不到两个月,极大降低了建筑建造的时间成本及其过程中的碳排放总量。




整栋大楼的木结构部分都具备着高度的预制性,为了确保上述结构能够在建造过程中实现精准的装配,Brock Commons公寓的设计建造过程有虚拟设计和施工Virtual Design and Construction(VDC)公司Cad-Makers全程参与。VDC团队根据建筑师、结构工程师及其他顾问团队的反馈,不断建立和更新Brock Commons公寓的建筑信息模型,模型包换构成建筑所需的全部构建和设备系统。VDC模型能够高效而准确的协调各部门工作,并完成碰撞检查、工料估算、施工规划、数字制造等重要的演算工作。



在消防方面,Brock Commons公寓采用主被动结合的防火策略。


被动防火策略上,除顶层的休闲室依靠自动喷淋系统防火之外,建筑使用防火石膏板等材料对建筑木结构构件进行了全面封装,确保所有结构构件耐火极限达到2个小时以上。公寓中每个居住单元之间的隔墙,也设计有2个小时以上的耐火极限,是BCBC规范要求时间的2倍。居住单元与走廊之间的墙体则具有1个小时的耐火极限。


主动灭火策略上,公寓装配有单级、可寻址火灾警报系统,包括声音和视觉信号设备,能够第一时间发现火灾前兆,消除隐患。且公寓的火灾监控报警系统温哥华消防部直接相连,能够及时报告火情,获得救援。公寓的自动喷淋系统能够覆盖建筑的全部区域,且与城市供水系统相连,且设置有备用电源,确保在火灾时能够正常运行。20,000升的现场水槽能够为喷淋系统提供30分钟的续航时间。公寓室外灭火系统采用能够耐受当地寒冷极端气候的干式灭火系统,设备设置在CLT顶棚之下。



挪威世界最高木楼


2019年3月15日,世界最高的木结构建筑Mjøstårnet大楼正式向公众开放。


Mjøstårnet 大楼位于以旅游业和林木业闻名的挪威小镇布鲁蒙德尔(Brumunddal),共18层,总高度达85.4米,时至今日仍是世界上现存最高的木结构建筑。功能上包含酒店、私人住宅、办公会议以及一个游泳池。




Mjøstårnet大楼由 Voll Arkitekter 建筑事务所的建筑师 Øystein Elgsaas及其合作伙伴进行设计,大楼的建造耗费了共计3500吨木材,象征着一种挑战极限,以及带动建筑行业低碳化转型的精神。Mjøstårnet承重主要由木结构梁、柱、斜撑组成的框架体系承担,而十层以上部分的楼板由混凝土制成,起到稳定结构,防止建筑晃动的作用。


当地丰富的林业资源以及成熟的木材工业体系为大楼的设计建造提供了许多便利。除了常规的CLT等胶合木材之外,Mjøstårnet的楼板部分还广泛使用了当地生产的Kerto LVL 层积材,这种层积板是一种重量轻、直度高,常用于顶底板和端梁的有质木材。



Mjøstårnet大楼继Brock Commons公寓之后,又一次大幅度刷新了现代木结构建筑的高度记录,为木材的结构潜力提供了最好的证明与背书,是现代木结构发展过程中的一座重要里程碑。


东京2041 W350大楼


作为日本最大的木材企业,住友林业希望在2041年时,于日本东京建造一栋350米高的木结构大厦,用于庆祝企业成立350周年。


目前提出的方案由住友林业与日建设计提出,因为其以木结构为主,高度达350米,因此又名W350项目。建筑混合有多种业态,希望用木材建造一个符合可持续发展精神的空中社区。



目前项目的设计方案由住友林业与日建设计提出,因为其以木结构为主,高度达350米,旨在于庆祝公司成立350周年,因此又名W350项目。建筑混合有多种业态,希望用木材建造一个符合可持续发展精神的空中社区。



结语


木材是一种具有生命力的建筑材料,数千年来,经历过兴盛,也一度被取代。但正如每个顽强的生命一样,即使在混凝土的夹缝之中,只要有机遇,一粒种子也能够生长成参天的巨树。


而今,木结构的发展机遇便是当下的“碳中和”议题。由于树木在生长过程中能够吸收固定大量空气中的二氧化碳(每立方米木材碳汇量可达0.21-0.34吨),补偿后期生产加工过程的碳排放,因此是少有的“负碳”材料。根据英国Bath University的数据,层板胶合木的碳排放因子为0.65kgCO2/kg,即生产每公斤该种木材,平均需要排放二氧化碳0.65kg。远远低于同质量钢筋混凝土的碳排放量。此外,由于木材密度也要远低于钢筋混凝土,同重量的木材能够制作更多的建筑材料,减少了运输与施工过程中的机械设备能耗,进一步降低了建筑的综合碳排放。显然,木结构称得上是一柄值得建筑从业者精心打磨的“碳中和”利器。


事实上,高层化并非是当下木结构建筑发展的必要方向,即使有海量现代技术加持,高层木结构在消防方面的可能隐患仍旧是人们的一大心结。而在高层领域的探索实践,更像是木结构的一种自我挑战与自我证明。除高层建筑以外,现代木结构技术在大跨度建筑、异型建筑、机器人建造等领域也逐渐开始绽放异彩。相信随着技术的发展,木结构能够再次为人们带来经济、可持续、高品质的现代生活。


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(编辑:奚雅青)


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