(廣州大學(xué) 廣東 廣州 510006)

一、CLT的概念

正交膠合木(Cross-laminated timber，也稱交叉層積材，CLT)最早起源于20世紀(jì)90年代的德國(guó)，是一種一般由奇數(shù)層(一般為3-7層，可超過(guò)7層但不得少于3層)的實(shí)木鋸材通過(guò)垂直交叉或以特定角度交叉組胚，并用結(jié)構(gòu)膠黏劑疊合壓制形成的新型結(jié)構(gòu)用板材，如圖1所示。

圖1 CLT板結(jié)構(gòu)示意

CLT的制造過(guò)程為：主要木材選擇，木材分組，木材刨削，木材切割，粘合劑應(yīng)用，面板鋪設(shè)，裝配壓制，質(zhì)量控制。

CLT長(zhǎng)度可至18m,寬度可至3m，厚度可至508mm。通過(guò)以垂直角度粘合木材層，面板能夠在兩個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)更好的結(jié)構(gòu)剛度，CLT板的尺寸穩(wěn)定性可達(dá)實(shí)木或膠合木橫紋方向的12倍。[1]

二、CLT結(jié)構(gòu)的歷史發(fā)展

CLT最初是在20世紀(jì)90年代初在德國(guó)和奧地利開發(fā)和使用的，但直到1990年代中期才開始進(jìn)行更多的研究。21世紀(jì)以來(lái)，CLT在歐洲得到了更廣泛的應(yīng)用，被用于各種建筑系統(tǒng)，典型的有學(xué)生公寓和獨(dú)戶住宅。

2009年，英國(guó)倫敦東區(qū)Shoreditch區(qū)一棟學(xué)生公寓采用了CLT作為結(jié)構(gòu)主體材料，一共九層，成為當(dāng)時(shí)全世界最高的木結(jié)構(gòu)建筑。[2]

2011年，加拿大魁北克州跨度68m的Maicasagi大橋建成，成為北美最長(zhǎng)的CLT橋梁，2014年同州160m的Mistissini大橋建成。2013年，加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)的地球科學(xué)中心建成，使用CLT作為主要材料，共5層。2017年9月，該校建成了18層高的一棟學(xué)生公寓，高約53米，有18層，可容納約400名學(xué)生。該結(jié)構(gòu)采用混凝土核心筒，但18層中有17層使用CLT作為地板和立柱，立面中70%的面層由CLT制成。與全部使用混凝土和鋼材相比，二氧化碳排放量約減少了2000噸。

2017年，澳大利亞悉尼市標(biāo)志性建筑物悉尼國(guó)際中心落成，該建筑地面以上6層全部使用CLT材料建造，約消耗3500立方米的木材。2018年，布利斯本市建成一棟9層高的寫字樓。由于CLT比混凝土和鋼鐵等傳統(tǒng)建筑材料更輕，故項(xiàng)目將20%的空間從結(jié)構(gòu)元件重新分配到功能空間。

在我國(guó)，臺(tái)灣省于2014年建成全亞洲首棟正交膠合木結(jié)構(gòu)——森科總部大樓[3]，全樓高度50m。隨后幾年，臺(tái)中、臺(tái)南市相繼有新的CLT建筑落成，CLT材料開始在全臺(tái)得到普遍認(rèn)可。

三、CLT結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀

Jingjing Li[4]通過(guò)測(cè)試研究了拉伸和剪切載荷對(duì)CLT壓緊連接的耦合效應(yīng)。連接的單調(diào)和循環(huán)測(cè)試在3個(gè)不同水平的共存恒定剪切力的張力下進(jìn)行，并且在5個(gè)不同水平的共存張力下進(jìn)行剪切。詳細(xì)描述并討論了失效模式，磁滯回線，強(qiáng)度和剛度，等效粘性阻尼和強(qiáng)度降低，能量耗散和耦合效應(yīng)。結(jié)果表明，在大豎向位移下，共存剪切載荷削弱了軸向承載能力和耗能能力。

J.Daniel Dolan[5]等人通過(guò)在多層CLT建筑物中引入阻尼和彈性恢復(fù)裝置以實(shí)現(xiàn)延性響應(yīng)，同時(shí)保持低縱橫比墻壁的完整性以降低建筑成本和提高耐火性，同時(shí)，結(jié)合響應(yīng)修正裝置的設(shè)計(jì)方法，評(píng)估了地震下設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的性能。

國(guó)內(nèi)方面，同濟(jì)大學(xué)研究了地震作用下剪力墻CLT結(jié)構(gòu)的層間位移角限值，北京科技大學(xué)研究了CLT填充墻鋼框架結(jié)構(gòu)在循環(huán)加載作用下的受力性能，南京林業(yè)大學(xué)研究了新型混合CLT的力學(xué)性能。

四、CLT結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

(一)CLT結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

今年以來(lái)，國(guó)家生態(tài)環(huán)境部已經(jīng)在全國(guó)進(jìn)行大規(guī)模督查回訪，重點(diǎn)檢查企業(yè)非法排放問題，國(guó)家對(duì)環(huán)境問題的重視達(dá)到前所未有的高度。而建筑行業(yè)長(zhǎng)期是高能耗高污染的代表，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的大背景下，建筑行業(yè)也需要更環(huán)保的材料和施工方法。CLT是再生可循環(huán)再生的綠色建筑材料，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)裝配化甚至模塊化施工，大大減少了從原材料到拆除后建筑全生命周期的污染物排放。

CLT沿襲木材固有的質(zhì)輕優(yōu)勢(shì)，通過(guò)交叉層積作用后，明顯提升了其承載力水平。經(jīng)過(guò)意大利、加拿大等國(guó)的一系列試驗(yàn)研究，CLT結(jié)構(gòu)的抗震性能也令人滿意。CLT材料優(yōu)良的保溫性能和帶給用戶的溫馨舒適體驗(yàn)更是其他建筑材料難以比擬的優(yōu)勢(shì)。發(fā)生火災(zāi)時(shí)CLT表面形成碳化層，內(nèi)部結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，承載力變化不大，具有良好的耐火性能。

(二)CLT結(jié)構(gòu)的問題

目前我國(guó)CLT原材料依賴進(jìn)口，成本高，供貨不穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)廠商數(shù)量少，技術(shù)水平處于劣勢(shì)地位，產(chǎn)量難以滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。由于CLT質(zhì)量較輕，建筑物的抗風(fēng)性能受到質(zhì)疑，民眾短時(shí)間內(nèi)也難以接受木材建筑的可靠性?？紤]到我國(guó)大部分地區(qū)季節(jié)變化，特別是南方地區(qū)洪澇災(zāi)害多，蟲害多，CLT的耐久性和抗腐蝕能力仍未得到驗(yàn)證。

我國(guó)人多地少，建設(shè)用地成本高、供應(yīng)少，對(duì)住宅用地的層數(shù)要求高，但目前該結(jié)構(gòu)最高僅能做到18層，與我國(guó)住宅約30層的要求相距甚遠(yuǎn)。與歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)民眾更注重建筑物的隱私性，而木材隔音效果普遍較差，難以滿足普通民眾要求。我國(guó)目前相關(guān)規(guī)范也不完善，一定程度上限制了CLT結(jié)構(gòu)的發(fā)展。

五、CLT結(jié)構(gòu)的發(fā)展前景

在我國(guó)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，淘汰高耗能產(chǎn)業(yè)、環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格的大背景下，建筑業(yè)也必然尋求轉(zhuǎn)型，而CLT這一可循環(huán)再生、輕質(zhì)高強(qiáng)的材料符合國(guó)家發(fā)展需求。但考慮到我國(guó)具體國(guó)情，該材料的應(yīng)用范圍受到較大限制，大規(guī)模的應(yīng)用需要解決層高限制等諸多問題。隨著國(guó)內(nèi)相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)鏈的不斷進(jìn)步，CLT結(jié)構(gòu)的發(fā)展仍值得期待。