大都市里的實木材料所做的高樓大廈，木制城市天際線，實木裝潢定制更環保？
10月初的一個陰天里，建築師安德魯·沃(AndrewWaugh)在倫敦東部的肖雷迪奇(Shoreditch)一座普通公寓樓的底座上繞著圈轉。肖雷迪奇在第二次世界大戰期間遭受重創–「城市重建，對德國空軍的讚美，」沃格說，然後在被忽視的衰敗中度過了幾十年。然而，最近，這個社區又開始呼嘯而起。夜總會和科技初創企業首先承諾廉價租金，居民緊隨其後。和他們一起來的還有建築師、城市規劃師和工程師，他們中的許多人朝聖到Waugh現在繞行的那座塔。
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從外面看，瓦格和他的搭檔安東尼·蒂斯爾頓共同設計的九層樓，叫做斯塔德索斯，並沒有什麼特別華而不實的地方。它的灰色和白色的正面幾乎無縫地融入了陰雲密布的倫敦天空。正是內在的原因使斯塔德索斯脫穎而出。而不是鋼和混凝土，地板，天花板，電梯井和樓梯井都是完全用木頭做的。
但不只是木頭。該塔的強度和質量依賴於一種被稱為交叉層合木材(CLT)的高度工程材料。巨大的面板厚達半英尺。它們是通過將平行的橫梁層垂直地放在另一層上，然後把它們黏合在一起，形成像鋼鐵一樣強度的材料。「與傳統的木結構框架設計相比，這種結構與預制混凝土有更多的共同之處，」蒂斯爾頓說。許多工程師喜歡稱之為「類固醇膠合板」。
2009年開業時，斯塔德索斯是目前世界上最高的現代木材建築。從那以後，CLT塔到處都是。2011年，沃格·蒂斯爾頓在斯塔德索斯附近建造了一座七層高的公寓樓，不列顛哥倫比亞省喬治王子的一座90英尺高的木屋正在施工中。2012年，斯塔德索斯在墨爾本的一棟名為「堡」的10層公寓樓中失去了身高紀錄。
木材既是可再生的，又是碳匯。
還有更高的計劃。瑞典當局已批准在斯德哥爾摩建造一座34層的木塔，而溫哥華建築師麥克·格林(MichaelGreen)正在尋求批准在他的城市建造一座30層高的木塔。芝加哥建築巨頭斯基德莫爾，歐文斯&美林最近發布了一份以CLT為主體的42層塔樓的可行性研究報告。不列顛哥倫比亞省大學(UniversityofBritishColumbia)木材建築設計和施工教授弗蘭克·林(FrankLam)說，建築師之間的競爭是為了看誰能建造下一個最高的木材高層。
為什麼突然對木頭感興趣？與鋼或混凝土相比，CLT，也被稱為大量木材，由於木炭的使用方式，它更便宜，更容易組裝，更耐火。這也是更可持續的。木材和任何農作物一樣是可再生的，它是一個碳匯，即使在它變成木材之後，它也會在生長過程中吸收二氧化碳。沃格·蒂斯爾頓可能，斯塔德索斯的木材儲存了186噸碳，而建造類似的、傳統建造的塔樓的鋼和混凝土在生產過程中將產生137噸二氧化碳。木材網節省323噸。
人口學家預測，在36年內，地球上的城市居民將翻一番，這將增加對人口密度越來越高的城市的需求。無論是建築師和建築公司用鋼鐵和混凝土等不可持續的材料建造這些塔，還是使用CLT這樣的新材料，都會對地球的健康產生巨大的影響。換句話說，世界城市的未來可能就在於它最古老的建築材料。
切割與裝配
交叉層合木(CLT)板在工廠被切割成規格，並在建築工地組裝.
當大多數人想到木結構時，他們會想像一個氣球–或者更確切地說，是一個氣球框架，這是19世紀中葉引入的一種輕巧但堅固的民居建築系統(人們說，它太輕了，以至於它可能會飄走)。這些框架，也被稱為「芝加哥建築」，為他們最初流行的城市，是廉價和容易建造。但是，雖然他們足夠強大的幾個樓層的住宅建設，氣球框架很快就會在更多的重量。
這在19世紀末成為了一個問題，因為城市開始發展壯大。幸運的是，大約在同一時間，工程師和建築師發現了如何使用鋼和混凝土建造高層建築，可以爬到最高的氣球框架之上。芝加哥138英尺高的家庭保險大樓於1885年開業，它是第一個使用鋼骨的建築，數以千計的人接連接踵而至。
在19世紀末和20世紀初，在巴爾的摩、芝加哥和舊金山等城市，一連串可怕的城市大火席卷了一平方英里的木屋和公寓樓。這些災害導致當地嚴格的建築法規，將住宅木結構建築的高度限制在5層以下。
剩下的是建築史。20世紀，遍布世界各大城市的摩天大樓的大片森林幾乎完全是用鋼筋和混凝土建造的。「有很長一段時間人們忘記了如何使用木材，」drmm倫敦建築公司的合夥人亞歷克斯德里傑克(Alexderijke)說，該公司曾廣泛從事大規模木材設計工作。
但是在過去的二十年里，建築師和工程師開始重新思考木材作為一種結構建築材料的可能性。首先是技術本身。上世紀90年代中期，奧地利政府資助了一項聯合工業學術研究項目，以開發新的、更強大的「工程」木材，以吸收該國的木材供應過剩。其結果是CLT-一種重量輕，非常堅固的材料，可以預制和定制裁剪。
CLT的簡單之處在於其正交異性的品質。普通木材在晶粒方向較強，而在橫向較弱。CLT的垂直層使得它在兩個方向都很強。而且，由於它依賴於一層較小的梁，它可以通過使用奇形怪狀、棘手的木材來減少浪費，否則木材廠就會拒絕。
CLT的出現恰逢建築正在經歷自己的技術革命。在過去，建築師會手工起草圖紙，然後交給工程師，工程師會把文件轉換成每個木梁或鋼板的規格。然後，這些部件將在磨坊中切割，然後一片一片地在現場組裝–這是一種昂貴、耗時且往往不精確的工藝。
今天，這一切都是通過電腦完成的。一位建築師使用三維AutoCAD軟件設計了一座建築，該程序生成材料規格，並將它們發送給機器人木材或鋼路由器，後者可以精確地塑造面板。其結果是一組積木，一小群工人可以在幾個星期內把它們釘在一起。四個人每周工作三天，只花了27天時間，就建成了斯塔德索斯的木材部分，比類似的鋼和混凝土結構快了大約30%。沃夫說，這座塔不是從零開始就在現場建造的，它更像是組裝一件家具。他說：「這些指示就像宜家，但有些簡單明了，名字也更令人愉快。」
重新設計
盡管有很多好處，但直到最近，CLT一直是個難上加難的市場。在2003年使用這種材料建立了一個小型藝術俱樂部之後，沃格和蒂斯爾頓花了數年時間試圖說服更多的客戶使用它，但都失敗了。「不管顧客進來什麼，木材都會出現在桌子上，」沃說，「過了一個小時，木材就經常掉下來。」
這種阻力產生於關於木材作為一種材料的假設：客戶認為任何木材結構都會表現得像氣球框架，其結構上的弱點和易受火災的影響。「我們有時會發現這段旅程令人沮喪，」蒂斯爾頓說。「我們發現的一件事是，沒有人能區分大量木材和木結構。」
當然，木材建築首先要考慮的是火災。然而，大量的木材在火災中實際上比鋼鐵更安全。厚厚的木板會在外面燒焦，把木頭封在里面不受損壞。另一方面，金屬開始融化。「鋼鐵，當它燃燒時，它就像義大利面，」B.J.Yeh說，他是APA(工程木材協會)的技術服務主管。
然而，開發人員慢慢地出現了，特別是那些掌握了使用CLT進行建設的經濟效益的開發人員。當全球項目管理和建築公司Lend Leases的澳大利亞分公司開始設計墨爾本碼頭附近的10層公寓樓時，它的工程師們並沒有考慮大量木材。「我們最初尋找的是一種輕型建築解決方案，可以在相對惡劣的土壤條件下工作，」安德魯·尼蘭(AndrewNieland)說，他負責公司的木材建設項目。他們發現，CLT在經濟上是最有意義的。尼蘭說：「我們做了盡職調查，發現了工程用材。」根據沃格·蒂斯爾頓的研究，一般來說，CLT的建造成本比傳統的鋼材和混凝土便宜15%左右。
房客也要上船了。盡管擔心一些人可能會被圍繞著木塔生活的安全擔憂而關閉，但事實證明，福特在商業上取得了巨大的成功，所有的公寓都賣光了。「這是在中國的新聞，」尼蘭說。「一位同事的母親打電話說，‘這是什麼建築？’」展望未來，他說，澳大利亞租賃公司致力於與CLT合作建設30%至50%的項目。
但是，轉向木材背後最大的驅動力是建築師和開發人員日益意識到他們的領域對氣候變化的貢獻。Waugh說：「我們的工業在對地球和人類健康的影響方面領先於所有其他行業。」混凝土和鋼鐵需要大量的能源來生產和運輸，每噸鋼或混凝土產生超過一噸二氧化碳。
另一方面，木材–即使是像CLT這樣的工程化木材，也需要額外的能量才能切割和壓縮成不同的部分–對環境更加友好。根據倡導可持續木材建設的「永續木材」組織的說法，一噸磚塊的產量是一噸鋸材所需能源的四倍；混凝土需要五倍，鋼鐵需要24倍，鋁需要126倍。木材也表現得更好：例如，它的絕緣性比混凝土高五倍，比鋼高出350倍。這意味著需要更少的能源來加熱和冷卻木材建築。
當CLT被用於建造高聳的塔樓時，可以節省大量的碳。這186噸的碳鎖定在Stadthausus足以抵消20年的日常經營，這意味著，在其使用的頭20年，該建築不是碳中性的，它實際上是碳負值。斯塔德索斯沒有生產溫室氣體，而是在與這些氣體作鬥爭。
雖然像沃格·蒂斯爾頓這樣的公司專注於高層建築的低端，但其他公司卻在設計更高得多的建築，最高可達40層或更多層。最新的提案來自斯基德摩，奧溫斯&美林，這是一些世界上最高的摩天大樓背後的公司，包括世貿中心1號和哈利法BurjKhalifa。它被稱為木材塔研究項目，它重新設想了芝加哥42層的德維特·切納特公寓樓，它是斯基德莫爾在1966年設計的，主要是用CLT建造的。總體來說，擬議中的建築是80%的木材與鋼筋和混凝土連接，以提供額外的剛度。
到目前為止，這項研究只是一個思考實驗。但對於像斯基德莫爾這樣的藍籌股公司來說，接受高層木結構建築是一種標誌，表明這項技術正從工程先鋒迅速走向主流。
我們不太可能看到木塔像今天的摩天大樓那樣高。但這留下了很多機會。即使在世界上最大的城市，也只有少數幾座建築比40層高。「很大一部分市場是可行的。紐約是一座高樓大廈，但它沒有那麼高，「威廉·F·貝克(WilliamF.Baker)說，他與項目工程師本頓·喬韓森(Benton Johnson)共同主持了這項研究。「我們能應付曼哈頓的大部分地區。」
讓我們回到斯塔德索斯。如果在Shoreditch的一個街角上那座不顯眼的建築實際上是一個排放數百噸碳的陷阱，那就想像一下整個斯塔德豪斯市(Stadthaus)。曾經是溫室氣體主要來源的結構反而可以將它們從大氣中清除出來。「木頭是新的混凝土，」dRMM的de Rijke說。「混凝土是20世紀的一種材料。鋼是19世紀的材料。木材是21世紀的一種材料。「
新木材：製造CLT
生產交叉層合木材的過程清楚地說明了為什麼建築師稱它為「類固醇上的膠合板」。它的分層結構給了它巨大的兩個方向的強度，產生了一種輕的替代鋼或混凝土。
新木材
1)層
木梁，通常是雲杉，被放置在一層又一層，每一層垂直於它下面的一層，形成一個高達一英尺厚的木板。每一層之間都有一層薄薄的膠水。
2)按
木板放在一個巨大的印刷機里，把它們擠在一起。
3)沙子
木板的邊緣被磨掉了。如果需要較長的部分，則用指板來創建鋸齒狀的聯鎖端。然後，它們被黏在另一個面板的匹配端，形成長達78英尺的部分。
4)切割
這些板被裁剪成定制規格，包括窗戶和公用設施的空間，使用建築師或建築團隊發送的3D文件。
木材塔的解剖
木材塔的解剖
1)當鋼或混凝土結構是骨架結構時，使用柱來承載荷載時，CLT塔的重量分布在整個實心垂直板上。
2)鋼或混凝土L形支架將水平和垂直的CLT板固定在一起。
(3)豎向CLT單元間的水平跨度可明顯大於鋼梁或混凝土梁。
4)內牆通常是通過在大量的木材板上塗上一層石膏板來防火的。
5)2英寸混凝土層通常覆蓋兩層2英寸的絕緣層(由3英寸的空隙隔開)，以減少樓層間的聲振動。
6)面板是按順序製作的，窗戶被剪掉了，有時還安裝了管道和電氣設備。建造就像把面板擰在一起一樣容易。
(7)電梯有雙層牆，中間夾有絕緣層，以確保消防安全和隔音。