方澤儒 郭屹民

1 作為結(jié)構(gòu)表層一體化的正交膠合木板材

自19世紀50年代的“結(jié)構(gòu)理性主義”至20世紀70年代的“結(jié)構(gòu)表現(xiàn)主義”，再到20世紀90年代的“結(jié)構(gòu)建筑學”，結(jié)構(gòu)與建筑形態(tài)之間的強大關(guān)聯(lián)性在當代已毋庸置疑。建筑的表層作為傳達建筑表情的媒介，毫無疑問是最適宜于表現(xiàn)結(jié)構(gòu)建筑一體化的載體。這不僅能夠表現(xiàn)時下新興的技術(shù)力量與再現(xiàn)抽象隱匿的力學邏輯，也能在圖像上傳遞新時代作為“能指的狂歡”的信息化社會所具有的復雜含義[1]。

這樣一種特性在當代新型木結(jié)構(gòu)正交膠合木（Cross-Laminated Timber，以下簡稱CLT）結(jié)構(gòu)體系中得到了集中體現(xiàn)。CLT是指用至少三層針葉材或落葉材板，層與層之間垂直正交布置膠合而成的板型材（圖1），其在結(jié)構(gòu)、防火、熱工、環(huán)保等物理性能上的極大優(yōu)勢在近年已有大量國內(nèi)外研究證實[2?3]①。CLT作為建材最大的特點就是集約了良好的裝飾性能、結(jié)構(gòu)性能與熱工性能，并且可用于快捷施工的裝配式板片單元，同時作為空間要素與結(jié)構(gòu)要素而存在，使其具備如電腦建模般完全自由操作的可能性。

CLT的優(yōu)勢更在于其對木材單向力學性能的突破。在目前國家大力推行“雙碳”目標的背景下，同樣具有固碳、儲碳作用的CLT在結(jié)構(gòu)性能上超越了GLT、LVL等新型重木結(jié)構(gòu)。由于不同順紋層板的垂直布置，板材在面內(nèi)雙向都具有同樣的抗壓、抗拉、抗剪強度，這使得原本各向異性的木材材料特性得到本質(zhì)上的突破。根據(jù)研究，CLT板材作為建材使用時，板坯尺寸最大可達寬4.8m、長30m，厚度可在60～500mm區(qū)間（一般以30mm為模數(shù)），板材各向均質(zhì)，可自由開洞且對結(jié)構(gòu)性能影響甚微[2]。當CLT板材由5層板組成、厚度在150mm以上時，即可當作承重墻使用，本身的剛度足以承受豎向和側(cè)向的荷載，主要的結(jié)構(gòu)薄弱點也是位于連接構(gòu)件的節(jié)點上。

當CLT板材形成整體架構(gòu)時，其結(jié)構(gòu)特性與板材大小、組合關(guān)系密切相關(guān)。CLT采用大板材組合情況下，面板尺寸大，節(jié)點數(shù)量較少，在上部可直接開洞，整體剛度大（圖2）。與之相對的，CLT采取小板材組合方式時，其最小尺寸可以僅為一塊紅磚大小，既能做主體結(jié)構(gòu)，也可以混合其他結(jié)構(gòu)作為耐震壁等輔助結(jié)構(gòu)使用，在這個情況下，節(jié)點數(shù)量較多，延性較高（圖3）。國內(nèi)外多項CLT抗震實驗已證明，多塊小板材組合的模式相比于少量大板材組合的模式剛性較弱、延性較強[4?6]。因此CLT構(gòu)件雖然極具剛性，但是又能夠通過多節(jié)點、柔性連接的方式實現(xiàn)類似古代木構(gòu)中的“冗余度”[7]②。這種分工明確的結(jié)構(gòu)構(gòu)件與節(jié)點構(gòu)造的關(guān)系，自然而然地導向了建筑形態(tài)——一種基于不同板材單元組合又能夠滿足節(jié)能、結(jié)構(gòu)需求的自由設(shè)計與建造。

1 CLT 板材單元組成方式

2 CLT 大板材與小板材組合方式

3 CLT 大板材與小板材組合方式

2 CLT板材的表層構(gòu)成方式

國內(nèi)囿于政策法規(guī)對樹林砍伐的限制與思想觀念上的保守——一方面國內(nèi)木建材依賴進口、成本極高；另一方面也對木結(jié)構(gòu)有認知偏見，認為其不安全、不環(huán)?！拗屏薈LT等新型木構(gòu)的大規(guī)模推廣，研究也多限于對結(jié)構(gòu)等性能的分析③。相比之下，日本、英國、加拿大、美國、瑞士等國家在20世紀90年代發(fā)現(xiàn)了CLT的特點以來就逐步開展研究，并于近10年開展了相關(guān)設(shè)計實踐、性能研究以及規(guī)范制定，已形成了相對完善的體系，為國內(nèi)相關(guān)研究提供了大量參考案例與文獻資料。本文篩選了以日本、英國為主的92個已建成的國外CLT實例[8?10]，通過將CLT板材和表層形態(tài)的關(guān)系類型化，歸納其在外圍護墻體上的構(gòu)成方法。因為案例數(shù)量眾多，本文僅挑選具有代表性的案例進行詳細介紹。

由于作為建筑表層的外墻空間化已成定勢，表層墻體不僅在于一個單純的基準面，而是作為一個有進深與外延的三維整體呈現(xiàn)[11]④，因此需要從平面、立面兩個維度對案例進行討論。首先，依據(jù)平面上板材的布置方向?qū)咐齽澐譃槊鎸捫?、進深型、空間型三類。在此基礎(chǔ)之上，每一個平面類型內(nèi)又可根據(jù)不同的立面構(gòu)成細分為8個小類。其中面寬型包括豎帶式、斜帶式、橫帶式、棋盤式、均布式；進深型包括直交式與斜交式；空間型不進行細分。8種構(gòu)成類型的平立面與軸測簡圖見表1，下面進行具體分類討論。

2.1 面寬型

在樓板邊緣的基準面內(nèi)，CLT 板材作為一種面型構(gòu)件，在立面上的構(gòu)成關(guān)系可由板材單元之間的拼接進行區(qū)別。拼接關(guān)系包括“豎向、橫向、斜向、無拼接”四種方式，依此大體上可分為以下五類。

（1）豎帶式

豎帶式是指CLT板材單元以豎向拼接為主，在立面上形成規(guī)則的豎向條帶分布狀的構(gòu)成類型。在豎帶式構(gòu)成的建筑中，住宅、公寓、小型事務(wù)所、大型辦公總部兼而有之。雖同為豎向構(gòu)成，其立面表達方式卻略有差別，相同點僅在于豎向板材都能夠起到橫向抗側(cè)與豎向承重的結(jié)構(gòu)作用。

在英國林肯郡格蘭瑟姆的林地信托總部大樓（Woodland Trust Headquarters）中，外立面上寬窄不一的長條板材的羅列，實現(xiàn)了輕盈通透的外表（圖4）。這種做法一方面實現(xiàn)了外圍護上條帶式的抗側(cè)結(jié)構(gòu)作用，另一方面又形成了大量豎向長窗，使得大樓的CLT部分成為一個能夠自然吸熱、散熱的“換熱器”。在CLT盒子的背面即是大樓的鋼筋混凝土部分，兩者的結(jié)合實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)、熱工的集中效益，并在立面形式上得到了統(tǒng)合（圖5）。

具有此類效益的做法在酒店公寓、住宅中也可發(fā)現(xiàn)。在日本愛知縣的手工之家中，多塊尺寸為1 000mm? 3 000mm? 150mm的板材拼合成輔助性的耐震壁顯露在外表，其主體結(jié)構(gòu)為木框架，整體形象表現(xiàn)為大面積落地窗與實墻的結(jié)合（圖6）。在日本福島縣西白河郡阿伯熊水療酒店、靜岡縣濱松市白俄羅斯共同住宅等案例中，除CLT豎向表達以外的部分也多以大面積開窗為主（圖7）。更有甚者，如高知縣高知市的ST柳町Ⅰ，將玻璃幕墻作為氣候邊界，而具有雙向結(jié)構(gòu)作用的豎向板材則退于幕墻之后，這一做法反而使得CLT不再需要構(gòu)造層，將材質(zhì)本身顯露出來（圖8）。

除了低/多層建筑，豎帶式構(gòu)成也出現(xiàn)于高層建筑，即將CLT板材與鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)相結(jié)合，作為輔助抗震的二級結(jié)構(gòu)。在高達7層的日本高知縣香南市廳舍中，就是通過金屬構(gòu)件將CLT與RC框架梁連接起來，墻在內(nèi)部豎向?qū)ξ贿B續(xù)，并透過玻璃幕墻顯示在外觀上（圖9,10）。此做法也可見于位于日本東京都千代田區(qū)的14層高的神田駿河臺公寓，只不過在這里用特殊的鋸齒形構(gòu)造咬合CLT和RC框架，不再需要金屬構(gòu)件，避免了節(jié)點成為結(jié)構(gòu)薄弱處（圖11,12）。

4 林地信托總部大樓

5 林地信托總部大樓

6 手工之家

7 白俄羅斯共同住宅

8 ST柳町Ⅰ

9 香南市廳舍

10 香南市廳舍

表1 CLT 表層墻體構(gòu)成方式

（2）斜帶式

顧名思義，斜帶式是CLT板材在立面上以斜向條帶分布為主的構(gòu)成類型，板材與板材間的拼接仍然以豎向為主。斜向式構(gòu)成由于板材、洞口皆不規(guī)則的特殊性，預制成本較高，在實例中較少見。

在日本北海道士別市Itoi集團控股公司新辦公樓中，CLT斜向板材交錯成V形并重疊剪力墻被重復運用（圖13）。這在結(jié)構(gòu)上同時具備豎向和橫向作用，一方面實現(xiàn)了內(nèi)部完全無柱的大辦公空間，另一方面則在建筑表層將公司的商標圖像化、物質(zhì)化，具有符號學層面的象征性，可謂一石二鳥。CLT在內(nèi)部空間完全暴露，發(fā)揮了木材天然的裝飾作用，在外部則由于保溫、隔熱等構(gòu)造層的存在，需要有木色裝飾面來暗示與再現(xiàn)結(jié)構(gòu)本身。

（3）橫帶式

橫帶式與豎帶式相對，是橫向拼接CLT板材來形成橫向條帶板與條窗的構(gòu)成類型。此類型由于無法發(fā)揮CLT在結(jié)構(gòu)上的雙向作用，僅能起到類似圈梁的效應，在實例中也極少見。

位于英國倫敦的帷幔商住公寓（Curtain Place）是此類構(gòu)成的典型，其一至三層的CLT呈現(xiàn)為明顯的橫帶式布置。這個做法得益于其一至三層的鋼結(jié)構(gòu)加CLT的混合結(jié)構(gòu)模式，主體的鋼結(jié)構(gòu)框架使得CLT墻板不需要承受豎向荷載，而僅僅作為輔助結(jié)構(gòu)外圍護體而存在，使得底部獲得了開放的辦公空間（圖14）。與之相對，四至六層是純CLT結(jié)構(gòu)，可以看到典型的均布式構(gòu)成，這一類型會在下面詳細描述。在這里，不同的結(jié)構(gòu)對應不同的功能需求，并直接反映在了建筑表層上（圖15）。

（4）棋盤式

棋盤式是指將規(guī)則的CLT板材在立面上斜向布置，相互間隔形成如棋盤般錯落布置的形式。這一類型的構(gòu)成與結(jié)構(gòu)的對應關(guān)系明確，基本作為抗震、抗側(cè)的二級結(jié)構(gòu)而存在，不具備承載豎向荷載的作用。

例如在日本兵庫縣林業(yè)會館的設(shè)計中，為滿足嚴格的防火需求，采用鋼框架加CLT耐震壁的混合結(jié)構(gòu)，在立面上表達為退于幕墻之后的棋盤式（圖16）。在這里，CLT小板材作為一種抗側(cè)補強構(gòu)件，間隔并規(guī)律地內(nèi)嵌于鋼柱跨間，在力學上形成類似于斜撐的抗側(cè)效應。外幕墻的設(shè)置及防火需求的滿足使得板材不再需要覆蓋防火涂料，CLT原始的外觀直接成為外立面上的點綴，是一種抗震形態(tài)的表達。在國內(nèi)CLT研究還處于起步階段的背景下，相比于純粹的CLT建筑，這類主體結(jié)構(gòu)加CLT二級結(jié)構(gòu)的做法似乎更值得學習和提倡。

（5）均布式

將CLT板材在各向進行拼接形成完整連續(xù)的整體墻面，這一構(gòu)成為均布式。由于均布式最大程度上發(fā)揮了CLT雙向的結(jié)構(gòu)性能，類似于一整面自重較輕的剪力墻，并且極其便于自由設(shè)計、裝配式制作與施工，被大量用于宿舍、公寓、學校等，是已建成實例中應用最多的類型。

由于均布式的板材單元性強、預制標準統(tǒng)一的特點，其立面構(gòu)成幾乎都是扁平、規(guī)律的，在外立面上顯得單調(diào)而呆板，極大程度上成為一種產(chǎn)品式的存在。為破除這一特點，一方面可以在飾面層上進行豐富，另一方面則可以在板材、洞口的形狀與分布上進行相對自由的組織。

在2014年建成的英國第一座CLT高層建筑默里格羅夫聯(lián)公寓（Stadthaus，又名Murray Grove）中，2 500塊標準CLT板以像素單元的方式均布在外墻上，導向一種無凹凸的扁平化立面風格（圖17）。由于內(nèi)部住房單元的限制，外立面窗洞完全是均勻排布的，而像素式板材單元的外部裝飾層幫助破除了這一特點。然而，并非所有扁平化的外圍護體都能夠有這樣的外觀效果，在本文分析的92個案例中，均布式占據(jù)46個，半數(shù)以上案例靠裝飾層美化立面的效果只能說差強人意。

因此在均布式構(gòu)成中，洞口的自由組織或成為更好的選擇。在英國肯特郡的希爾頓格蘭格預備學校（Hilden Grange Prepatory School）的擴建項目中，一種以大小洞口組合的扁平化自由立面被展現(xiàn)出來（圖18）。對于教室內(nèi)部的采光需求，設(shè)計師霍金斯和布朗（Hawkins、Brown）采取的是在外墻和屋頂上打開多個小窗洞的形式，這種建筑立面語言呈現(xiàn)出抽象、不確定的圖形特征，是一種二維的當代信息化特征的表達。在結(jié)構(gòu)層面，隨機的窗洞位置并不影響板材的力學性能，無論是豎向還是橫向荷載都可以輕松消納，最終達到了簡潔、豐富的結(jié)構(gòu)表層一體化的效果。再如英國斯托漢姆郡洛福特的亨賽特磨坊（Hunsett Mill），其相對復雜的表層由形狀各異、大小不同的CLT板材拼合而成（圖19,20）。只不過這樣的做法預制單元多、成本較高，而且板材受力不連續(xù)，無法適用于大部分建筑物。如果改用相對規(guī)整的大小板材組合，則能解決這個問題。

11 神田駿河臺公寓

12 神田駿河臺公寓

13 Itoi 集團控股公司CLT 新辦公樓

14 帷幔商住公寓

15 帷幔商住公寓

17 默里格羅夫聯(lián)公寓

18 希爾頓格蘭格預備學校

2.2 進深型

在建筑的表層，結(jié)構(gòu)不僅可以順著面寬方向，也可同時垂直于樓板邊緣的基準面布置，共同組成外圍護體。這里可根據(jù)CLT與基準面的直交與斜交關(guān)系來分類，圍護邊緣基準面的可以是CLT板、玻璃幕墻或其他材料，甚至在一些特殊的建筑類型里沒有氣候邊界存在。

（1）直交式

直交式即處于樓板邊緣外的CLT板材與基準面垂直的布置方式。嚴格來說，純CLT結(jié)構(gòu)建筑的布置大都為垂直相交方式，但外墻內(nèi)的垂直墻體并不能作為建筑表層來看待，因此直交式的垂直墻體多數(shù)是位于外墻之外。在結(jié)構(gòu)效應上，此類型相比于面寬型構(gòu)成在進深方向多了抗側(cè)作用，在空間形態(tài)方面更便于豐富表層空間層次，增加外與內(nèi)之間的灰空間。

在日本高知縣高岡郡的津野町森林組合事務(wù)所中，CLT板材在外墻外以1 900mm左右的窄間距垂直排布（圖21）。這主要與屋頂特殊的桁架結(jié)構(gòu)相關(guān)，為實現(xiàn)建筑內(nèi)部的7m跨度，設(shè)計師采取了以12m長、150mm厚的CLT板材為上弦，木梁為下弦的空間桁架梁作為樓板與屋頂架構(gòu)（圖22），而外部的垂直板材正是支撐木梁的板柱。這些板柱在結(jié)構(gòu)方面正好補足了進深向的抗側(cè)力，在空間與形式上CLT材料的直接外顯暗示著建筑的結(jié)構(gòu)體系，是對CLT的創(chuàng)新性運用。

直交式也可通過玻璃幕墻進行抗震形態(tài)的表達。在坂茂設(shè)計并于2021年11月建成的日本愛知縣名古屋市塔馬迪克名古屋大廈中，直交式形態(tài)同時在建筑的兩個臨街面顯露（圖23）。在這個案例中，主體結(jié)構(gòu)雖為RC結(jié)構(gòu)，但CLT同時作為施工中的混凝土墻澆筑模板與最后的輔助抗震結(jié)構(gòu)存在，最大尺寸為3 900mm? 950mm? 150mm。這使得CLT作為混凝土結(jié)構(gòu)的表層，具有裝飾、防火、抗震與快速施工的集合功效，暴露于外部的CLT柱板與樓板形成了均質(zhì)化的網(wǎng)格布置，透過玻璃幕墻又可直接看到柱板形態(tài)，可以說是對材料的完美利用與呈現(xiàn)。

然而，并非所有直交式的案例都有類似的巧妙做法。大部分案例的外露垂直板材只是作為整體垂直墻板的外延，就結(jié)構(gòu)外顯與進深向的抗側(cè)而言是有效的，但外觀效果平平。其中做法較好的是日本高知縣南國市森連會館，主體為木框架結(jié)構(gòu)與CLT結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)體系，外部突出的CLT垂直板材在內(nèi)外起到了空間劃分與結(jié)構(gòu)的雙重作用，相對大的體量也使立面變化較豐富（圖24,25）。與之相對，日本的一些CLT共同住宅，垂直墻板突出作為側(cè)墻延伸，僅僅形成陽臺與外廊，整體顯得呆滯而笨重。

（2）斜交式

CLT板材與樓板邊緣非垂直相交的布置方式為斜交式，往往能直接影響建筑的整體形態(tài)。由于斜交方式一方面很容易產(chǎn)生墻體偏心布置，影響整體結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度，另一方面空間易形成不規(guī)則分隔而影響使用，因而在實例中較為少見，主要見于亭、廁所等小體量服務(wù)建筑中。

19 亨賽特磨坊

20 亨賽特磨坊

21 津野町森林組合事務(wù)所

22 津野町森林組合事務(wù)所

23 塔馬迪克名古屋大廈

24 森連會館

25 森連會館

日本岡山縣真庭市的JR久世站前露臺是斜向偏心布置的典型案例。這個臨時性的建筑僅用三面最長為1.2m的CLT板來支撐三塊屋面板，施工時間僅需半天。在這里，斜交的做法大量減少了墻體數(shù)量，也兼顧了CLT墻體的保養(yǎng)與維護，將其藏于屋頂之下，同時還退讓出了休息平臺，一舉三得（圖26）。與之類似的還有位于日本山口縣防府市的風車學校，建筑外部使用的最大板材尺寸達到2 500 mm? 11 500 mm? 210mm，并且直接貫通二層形成斜向偏心布置（圖27）。板與板之間的“縫隙”形成采光口，不同基準面的板材組合則形成外部陽臺與灰空間，這些直接導向不規(guī)則的表層空間，也體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)本身。

斜交做法也有少量對稱布置的實例。在日本高知縣吾川郡的縣營宇治團地集會所中，斜向板材均勻?qū)ΨQ地位于四個角上，形成四面坡的角部板柱（圖28）。此做法在CLT臨時性休憩建筑也多有表現(xiàn)，只是對稱布置的做法如無精致的細節(jié)支撐，常常較為平淡。

2.3 空間型

空間型實例中，CLT板材的布置方式無法從面寬與進深兩個維度來簡單描述，往往互相組織形成總體空間架構(gòu)。這一架構(gòu)類型就像以往的空間結(jié)構(gòu)，以板材為基本構(gòu)件形成類似張弦梁、折板梁、井字梁、桁架、拱殼等結(jié)構(gòu)體，是對CLT板材結(jié)構(gòu)和形式特性的創(chuàng)新應用（圖29?31）。在安格斯x Jx 麥克唐納的論述中，空間型架構(gòu)能夠使得構(gòu)件內(nèi)彎曲內(nèi)力大幅度減少而只受軸向內(nèi)力，從而由“非活性模式構(gòu)件”轉(zhuǎn)為“活性模式構(gòu)件”[12]⑤，結(jié)構(gòu)效率大大加強。但在CLT板材運用中，以小板材組合形成的空間結(jié)構(gòu)雖然能夠更好地發(fā)揮材料優(yōu)勢，實現(xiàn)跨度突破與增加抗震冗余度，但目前無論是連接節(jié)點構(gòu)造還是施工方式都尚未成熟，復雜的形態(tài)也難以發(fā)揮CLT的熱工性能優(yōu)勢，綜合考慮未必是一種更優(yōu)的選擇。

空間型構(gòu)成首先可以在墻體上形成構(gòu)架，將結(jié)構(gòu)形態(tài)直接作為表皮呈現(xiàn)。如日本岡山縣真庭市銘建工業(yè)總部事務(wù)所中，V字形CLT梁板作為架構(gòu)支撐上部折板屋頂，結(jié)合玻璃幕墻形成格構(gòu)式的立面（圖32,33）。相似的做法在日本高知縣高知市自治會館新廳舍里也能看到，CLT在建筑的三至六層被作為線性構(gòu)件使用，形成斜向交叉支撐的格構(gòu)式耐震壁，同樣在玻璃幕墻后顯露出來（圖34,35）。

除在外墻上的表現(xiàn)，空間型構(gòu)成更多地被作為建筑整體形態(tài)與結(jié)構(gòu)。在神奈川縣橫濱市的實驗建筑“T”型木材空間中，門字型剛架的單邊變形使得垂直的板材主要承載豎向荷載，傾斜的板材主要抗側(cè)（圖36）。單榀門字框架板材之間采用鉸接，同時榀與榀之間采用銷接并列布置，最終形成了可以無限延展的類似巨型空間桁架的架構(gòu)。在板與板之間的交錯下，柔和的漫射光投射入內(nèi)部，使室內(nèi)也成為結(jié)構(gòu)、空間一體化的表達。

26 JR 久世站前露臺

27 風車學校

28 縣營宇治團地集會所

3 CLT結(jié)構(gòu)表層一體化的應用策略

29 CLT 板材形成的空間架構(gòu)

30 CLT 板材形成的空間架構(gòu)

基于上述CLT實例可以得出基本的表層構(gòu)成類型，但就結(jié)構(gòu)與表層一體化的應用，還需進一步分析外觀、結(jié)構(gòu)的重要影響因素。下面從這兩方面綜合考慮，篩選出四類分析評價標準，對92個案例進行綜合歸納（表2）。

3.1 CLT板材規(guī)則性與拼接組合方式

除了受到運輸條件制約外，CLT板材的大小規(guī)格、形狀與組合方式均比較靈活。在已有案例中，板材的分類可按三個標準進行評價：

（1）規(guī)則性：依據(jù)板材是否方正規(guī)整，可分為規(guī)則與不規(guī)則兩種類型。

31 CLT 板材形成的空間架構(gòu)

（2）拼接方向：按照板材之間的拼接方向，有豎向、橫向、斜向與無拼接四類。

（3）組合方式：按照板材尺寸與拼接洞口的方式，分為大板組合與小板組合兩種類型。

規(guī)則性板材在設(shè)計與結(jié)構(gòu)效應上一般優(yōu)于不規(guī)則板材，但不規(guī)則板材相對更有表現(xiàn)力；拼接方向決定了立面構(gòu)成類型；小板材與大板材組合在外觀表現(xiàn)上不明顯，結(jié)構(gòu)效應則各有優(yōu)勢，在前文已有論述。

3.2 結(jié)構(gòu)體系

CLT作為結(jié)構(gòu)單元，既可以自身形成純粹的CLT結(jié)構(gòu)整體，也可以與鋼、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等共同形成混合結(jié)構(gòu)體系。在純粹CLT結(jié)構(gòu)中，CLT板材間通過金屬構(gòu)件連接?；旌辖Y(jié)構(gòu)中，CLT則需要通過金屬連接件、拉桿、阻尼器或特殊構(gòu)造等與原有框架結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以增強原有結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力。上述案例的結(jié)構(gòu)體系主要有四類：純CLT結(jié)構(gòu)、CLT與鋼結(jié)構(gòu)混合、CLT與鋼筋混凝土（RC）結(jié)構(gòu)混合、CLT與木結(jié)構(gòu)混合。

3.3 受力機制

CLT處于表層的情況下，所承受荷載可分為承重與抗側(cè)的雙向軸向受力與僅做抗側(cè)的單向軸向受力。在空間型構(gòu)成的板材受力中則出現(xiàn)了第三維彎曲內(nèi)力，這三種受力機制下產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)效應有所不同。

3.4 外觀要素

CLT板材本身雖然具備較好的熱工、防火等性能，也具備裝飾屬性，但為適應地域氣候與規(guī)范要求等，在CLT墻體外附加構(gòu)造層是常見做法。而建筑表層也不會僅有CLT單一要素，而是如所有建筑一樣由多種要素形成。在案例中，影響外觀形式的要素有CLT板材、門窗洞口、裝飾面層、陽臺等非結(jié)構(gòu)要素，以及除CLT以外的其他結(jié)構(gòu)要素。

根據(jù)上述標準，可將CLT表層構(gòu)成類型與92個案例進行分析，其中加粗部分為本文中詳細介紹的案例（表3）。

4 結(jié)語

最后，本文根據(jù)前述分析，就CLT建筑結(jié)構(gòu)表層一體化設(shè)計得出以下結(jié)論：

（1）面寬型構(gòu)成類型

在純CLT建筑中，CLT板材構(gòu)件需要保持規(guī)整并進行單向或雙向的拼接，以保證其作為表層形態(tài)的結(jié)構(gòu)效應，為方便施工多以小板材組合為主；CLT與其他結(jié)構(gòu)混合的情況下，主要作為二級結(jié)構(gòu)起到抗側(cè)作用，拼接方式相對自由。此外，為保證表層形態(tài)的豐富與CLT板材的長壽性，立面上多以裝飾材料與其他形態(tài)要素為主，CLT不直接顯露。

表2 評價標準

32 銘建工業(yè)總部事務(wù)所

33 銘建工業(yè)總部事務(wù)所

34 高知縣自治會館新廳舍

35 高知縣自治會館新廳舍

36 “T”型木材空間

表3 92 個案例分析匯總

（2）進深型構(gòu)成類型

進深型構(gòu)成中，以大小板材組合或小板材組合為主，形狀同樣應保持規(guī)整。結(jié)構(gòu)體系以純CLT為主，板材需要結(jié)合屋頂或形成雙向布置才能獲得有效的結(jié)構(gòu)效應，且在不規(guī)則布置的情況下需要注意抗扭剛度。同時，進深型易于形成檐下空間，對CLT墻板能起到保護作用，因此外觀上可以直接暴露，不做裝飾層。

（3）空間型構(gòu)成類型

空間型構(gòu)成中，多用不規(guī)則的CLT板材斜向拼接形成三維組合，將表層墻體與屋頂結(jié)合布置會形成更強的結(jié)構(gòu)效應。此類型不易于形成完整的氣候邊界，因此CLT在玻璃幕墻之內(nèi)，可以不做裝飾層。

適宜于材料特性的有效形式表達，是自古以來建筑結(jié)構(gòu)承載的使命。正如磚適宜于拱券、鋼適宜于桁架一樣，CLT這一以面型板材為結(jié)構(gòu)單元的材料也應找到屬于自身的表現(xiàn)形態(tài)。在全球可持續(xù)建筑、舊建筑改造的熱潮與國內(nèi)碳中和、碳達峰的目標下，CLT這種新型綠色建材無疑是屬于未來的革命性材料。對CLT表層形態(tài)和結(jié)構(gòu)關(guān)系的考量，將讓我們重新審視木材這一中國傳統(tǒng)建筑材料作為結(jié)構(gòu)要素和建筑表情的潛力。

注釋

①目前加拿大、美國、瑞典、日本、中國等都已有CLT 綜合手冊，其中以加拿大版本最為全面細致，詳細綜述了CLT 在結(jié)構(gòu)、保溫隔熱、隔聲、防火、防潮、施工建造方面的性能與方式，并以全世界的實驗數(shù)據(jù)與實踐進行佐證。

② 根據(jù)內(nèi)藤廣在《結(jié)構(gòu)設(shè)計講義》（參考文獻[7]）中木結(jié)構(gòu)一節(jié)所述，東亞以榫卯連接形成的木構(gòu)體系與西方精準的桁架體系不同，是極具冗余度的、模糊又柔軟的結(jié)構(gòu)體系，而目前的結(jié)構(gòu)計算軟件尚未能實現(xiàn)對此類結(jié)構(gòu)的精確計算。

③此結(jié)論根據(jù)國內(nèi)CLT 相關(guān)文獻綜述所得。

④ 對外墻的空間化理論證明詳見參考文獻[11]，下文研究建筑外圍護墻體的論文多引用此觀點。

⑤“活性模式構(gòu)件”是安吉爾（Engel）1976 年于《結(jié)構(gòu)體系》（Structure Systems）中提出的概念，主要依據(jù)構(gòu)件是否僅受軸向力判定。麥克唐納引用此概念對結(jié)構(gòu)形式與內(nèi)力關(guān)系進行分類討論，詳見《結(jié)構(gòu)與建筑》第四、五章（參考文獻[12]）。

圖片來源

1?3 作者自繪

4,5,13?15 來源于文獻[8]

17?20,27 來源于文獻[8]

6?12,16 來源于文獻[9]

21?26,28?36 來源于文獻[9]

表格來源

1?3 作者自繪