彭思，黃素涌，熊海貝，王建和，張龍，曹龍

（1.西南林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 云南 昆明 650224）

（2.同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院 上海 200092）

（3.寧波中加低碳新技術(shù)研究院有限公司 浙江 寧波 315000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)公共建筑的要求越來越高，健康、綠色、和諧的人居環(huán)境是每個(gè)人的理想，我國的建筑行業(yè)也迎來了創(chuàng)新升級(jí)的契機(jī)。裝配式建筑作為一種全新的建筑形式，近年來受到越來越多的關(guān)注。目前，國內(nèi)的裝配式建筑還很少，尤其是現(xiàn)代木結(jié)構(gòu)建筑還存在空白[1-6]。目前國內(nèi)已建成了國內(nèi)首條具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的交錯(cuò)層壓木材（CLT）生產(chǎn)線[3]，并將生產(chǎn)的CLT 材料應(yīng)用到裝配式建筑當(dāng)中，建成了國內(nèi)第一棟裝配式CLT 公共建筑—OTTO Café 咖啡屋。本文以此項(xiàng)目為例，介紹CLT 在裝配式公共建筑中國的應(yīng)用。

1 項(xiàng)目概況

OTTO Café 是2016 年高校木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邀請(qǐng)賽第一名的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，經(jīng)過寧波中加低碳新技術(shù)研究院有限公司與同濟(jì)大學(xué)的修改，將OTTO Café的部分模塊移至浙江省寧海縣建造，建筑功能也轉(zhuǎn)變?yōu)榧婢邆洳?、展示和商?wù)等功能的綜合建筑。OTTO Café 實(shí)際建造主體建筑面積為133 m2，戶外平臺(tái)面積為173 m2。CLT 板材用量總計(jì)為62.5 m3，其中主體結(jié)構(gòu)CLT 用量為26.2 m3，戶外平臺(tái)CLT用量為36.3 m3。從參賽展示到落地修建，OTTO Café 的整個(gè)建造過程充分體現(xiàn)了CLT 裝配式建筑的靈活性和可適應(yīng)性?？傮w建筑設(shè)計(jì)效果見圖1，總建造工期為16 天。

圖1 OTTO Café 總體建筑效果

2 項(xiàng)目建筑的裝配化設(shè)計(jì)

OTTO Café 的設(shè)計(jì)選用目前國際上最新和最流行的工程木制品—正交膠合木（CLT）板材。本項(xiàng)目所用CLT 是通過把厚度為15～35mm 規(guī)格的鋸材等單元通過干燥、分等、表面加工、鋪層、涂膠、縱橫交錯(cuò)層積和加壓膠合等工序而制成的新型裝配式建筑預(yù)制型板材。CLT 預(yù)制板輕質(zhì)高強(qiáng)，可充分發(fā)揮木材強(qiáng)重比高的優(yōu)勢，板材幅面大，厚度可至300mm，容易實(shí)現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，預(yù)制成墻板、樓板、屋面板及各類特殊要求的板材，實(shí)現(xiàn)各類建筑的現(xiàn)場組裝和裝配式建造。CLT 的重量約是傳統(tǒng)鋼筋混凝土的20%左右，作為墻體材料時(shí)厚度可縮小約1/3。與常用的膠合木材料相比，CLT 板材具有幅面大、更快的施工速度以及良好的雙向力學(xué)性能，能夠?qū)崿F(xiàn)裝配式預(yù)制板結(jié)構(gòu)的理念[5]。這種區(qū)別于傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)梁柱體系的大板結(jié)構(gòu)體系，其承重結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)一體化的優(yōu)勢可以實(shí)現(xiàn)最大程度的工廠預(yù)加工，提高預(yù)裝配率和建造效率。CLT 預(yù)制板和鋼筋水泥預(yù)制板的性能差異，見表1。

表1 CLT 預(yù)制板和鋼筋水泥預(yù)制板的性能比較

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

CLT 板材作為主要承重結(jié)構(gòu)，且滿足建筑空間要求，利用結(jié)構(gòu)互承概念，通過基本單元相互組合找到16 種組合形式，并通過有限元分析進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力、變形分析和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。建筑師與結(jié)構(gòu)工程師在方案構(gòu)思期間的共同合作，可以快捷且有效地確定建筑方案。結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化流程見圖2。

2.2 模塊設(shè)計(jì)

建造OTTO Café 的CLT 預(yù)制板產(chǎn)品由寧波中加低碳新技術(shù)研究院有限公司采用北美進(jìn)口的50.8 mm×152.4 mm 鐵杉規(guī)格鋸材生產(chǎn)制作，密度約500 kg/m3，板材的厚度為105 mm，鋪層配置為35mm（//）-35mm（⊥）-35mm（//），板材的幅面可按用戶需要定制[6]。經(jīng)計(jì)算，OTTO Café 的主體建筑面積為133 m2，使用的CLT 板材規(guī)格為3.6 m×1.2 m，用量為26.2 m3；戶外平臺(tái)面積為173 m2，使用的CLT 板材主要規(guī)格為4.2 m×1.2 m，CLT 用量為36.3 m3；建筑高度為3.7 m，層數(shù)為1 層。不同等級(jí)CLT 預(yù)制板的極限抗彎承載力，見表2。

圖2 OTTO Café 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

表2 三層CLT 預(yù)制板的極限抗彎承載力

2.3 連接設(shè)計(jì)

OTTO Café 的連接件采用意大利Rothoblaas 公司的產(chǎn)品，包括L 型金屬連接件、自攻螺釘和短釘。CLT 墻板和墻板的連接及CLT-CLT 墻板和混凝土地基的連接采用L 型金屬連接件，木結(jié)構(gòu)連接件包括自攻螺釘、L 型金屬連接件和短釘。連接方式見圖3～4。

圖3 墻板和墻板的連接

圖4 墻板和混凝土地基的連接

2.4 裝飾設(shè)計(jì)

采用外觀等級(jí)較高的加拿大鐵杉鋸材制作CLT 內(nèi)外墻板，產(chǎn)品不但可承重，而且內(nèi)外可暴露，體現(xiàn)了木材的舒適性，優(yōu)良的裝飾性能和美感，兼具優(yōu)異的保溫，隔音和隔熱性能。裝修時(shí)，只需在CLT 板面涂刷環(huán)保耐候的戶外涂料，室內(nèi)CLT 墻面只需涂刷環(huán)保的水性涂料即可，達(dá)到裝修節(jié)能、節(jié)材和環(huán)保的要求。

3 建造與驗(yàn)收

項(xiàng)目的建造流程詳見圖5～圖6，裝配式結(jié)構(gòu)工程所用的原材料、構(gòu)配件，均按檢驗(yàn)批次進(jìn)行進(jìn)場驗(yàn)收。焊接、螺栓等連接材料的進(jìn)場按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205 的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行查驗(yàn)，現(xiàn)場查驗(yàn)結(jié)果符合規(guī)范要求。

裝配式建筑的飾面質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求，并經(jīng)查驗(yàn)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑裝飾裝修工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50210 的有關(guān)規(guī)定。

4 結(jié)語

OTTO Café 是中國首個(gè)裝配式CLT 木結(jié)構(gòu)的公共示范建筑，CLT 建筑承重和裝飾效果好，預(yù)制率高，保溫和防火性能優(yōu)異，建造速度和資金周轉(zhuǎn)快，這些優(yōu)點(diǎn)正在被大眾所認(rèn)識(shí)，市場前景非常廣闊。但目前在中國，CLT 建筑的造價(jià)約為5 000/m2元，相對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和輕型木結(jié)構(gòu)要高一些。CLT 產(chǎn)品既可做承重結(jié)構(gòu)材，如墻板、樓板和屋面板，又可作裝飾材，如內(nèi)隔墻、臺(tái)面和桌面，可用于低層、多層和高層的民用和工業(yè)建筑，代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋混凝土和磚混結(jié)構(gòu)；也可部分替代，與鋼材和混凝土等混合使用，以降低建造成本。

通過以上實(shí)際實(shí)施案列的介紹，可以看出：CLT 建筑可廣泛用于農(nóng)房、民居、旅游地產(chǎn)（低層裝配式木結(jié)構(gòu)）；政府或企業(yè)示范工程（低、多和高層裝配式木結(jié)構(gòu)）；各類裝配式混合結(jié)構(gòu)建筑（鋼筋水泥＋CLT 或輕鋼＋CLT 或平改坡）；活動(dòng)房屋等。CLT 預(yù)制板還也可應(yīng)用于臨時(shí)道路、道橋工程和建筑施工用的各種重載平臺(tái)。

圖6 OTTO Café 示范建筑