木制摩天樓

1903年，當(dāng)辛辛那提州的英格爾斯（Ingalls）大廈建成時，沒有人相信一個世紀(jì)后它還依然聳立。事實上，當(dāng)時的人們預(yù)測它撐不了一個晚上就會倒塌。這幢16層大廈是世界首棟混凝土摩天大樓。在它之前的多層高樓的主體材料都是鋼鐵等合金，對于世界首棟混凝土大樓，媒體提出了各種瘋狂的猜想。有的說它會因為不堪重負(fù)坍塌。還有的甚至預(yù)測它可能會被風(fēng)吹倒。根據(jù)傳聞，在拆除大廈支撐材料時，有一位記者在現(xiàn)場等待了一整晚，希望搶先報道大樓倒塌的新聞。

2017年，摩天大樓又迎來一場新的材料革命：木制摩天樓。雖然聽上去令人難以置信，但它們正在變成現(xiàn)實?？墒?，這些大樓夠強韌嗎？會不會腐蝕生蟲？難道不會成為巨大的火災(zāi)隱患？

木材的優(yōu)勢

CF穆勒建筑師事務(wù)所的奧拉·瓊森（Ola Jonsson）說：“木材具有很多優(yōu)勢，一下子根本列舉不完。”他們事務(wù)所設(shè)計的34層木制大樓在不久前贏得一座建筑設(shè)計大獎。

首先，木制大樓建造起來速度更快，混凝土要等待幾周才能干透，而鋼結(jié)構(gòu)的摩天大樓的地板都是混凝土，因此每鋪一層地板都需要幾周時間。相反，木制板材可以預(yù)先在工廠里被切割成精確的尺寸，在現(xiàn)場將它們安裝到位只需要幾個小時。

其次還有重量問題。在很長一段時間里，倫敦哈克尼區(qū)的一棟名為“Murray Grove”的9層住宅樓一直保持著世界最高木制大樓的紀(jì)錄?！叭绻@棟樓采用混凝土為原料，僅運輸所有材料就需要重型貨車運送900車次?！痹O(shè)計Murray Grove的Waugh Thistleton建筑師事務(wù)所的創(chuàng)始人安東尼·瑟斯?fàn)栴D（Anthony Thistleton）說。由于這幢大樓的原料是木材，最終只用了100車次。

此外，木材還具有環(huán)境優(yōu)勢。雖然一般人可能會忽視我們居住樓房的碳足跡，事實上，混凝土和鋼鐵都是碳排放大戶，兩種材料的碳排放量分別占全球碳排放總量的8%和5%。木材卻正相反，樹木會吸收二氧化碳，將它們鎖進木材中。

從溫哥華到維也納，從挪威到新西蘭，木制大樓在世界各地像雨后春筍一樣冒了出來。比如，美國明尼阿波利斯的T3大廈，共有18層樓，所用的材料全部是被山松甲蟲啃倒的松樹；維也納的HoHo大廈耗資6000萬，正在建設(shè)中，主體材料為云杉；斯特哥爾摩計劃在一個20世紀(jì)60年代修建的停車場上面修建一棟133米高的木制大樓，名為Tratoppen，意思是“樹頂”。

不難想象，保險公司對這些新型木制建筑非常不滿，但這無法阻止一部分具有叛逆精神的建筑師引領(lǐng)木材的復(fù)興。他們甚至設(shè)想了木制大廈征服整座城市的場景，傳統(tǒng)的鋼筋混凝土森林將被以膠合板為主要材料的“木制摩天樓”所取代。

木材可能是21世紀(jì)最先進的建筑材料，但它并非現(xiàn)代發(fā)明。中國的佛宮寺釋迦塔（應(yīng)縣木塔）是世界最古老的木制建筑之一，建于公元1056年，整座塔沒有使用一根鐵釘、螺絲或螺栓。然而，由于卓越的工藝和牢固的設(shè)計，這座佛塔在900多年后的今天依然屹立不倒。在HoHo大廈竣工前，它一直保持世界最高木制建筑的稱號。歷史上，這座木塔經(jīng)歷了多次大地震，其中，1556年的地震導(dǎo)致了近100萬人死亡。其實，這個結(jié)果并不令人意外，木材除了重量輕還非常柔韌。當(dāng)?shù)孛骈_始震動，木制結(jié)構(gòu)會隨之搖擺，從而避免倒塌。在新西蘭等地震頻發(fā)地區(qū)，大多數(shù)房屋都是木制結(jié)構(gòu)。

幾千年來，森林一直是建筑材料的唯一來源。在中世紀(jì)的英國，住房、堡壘、工廠、教堂都是木制的。原木非常有韌性，除非打濕，一般不會腐爛?！叭绻隳茏屇静谋３指稍铮鼈儙缀跄軌蛞恢笔褂孟氯?。”新西蘭的權(quán)威結(jié)構(gòu)工程師安迪·布坎南（Andy Buchanan）說。

很多古代木制建筑都位于惡劣氣候環(huán)境中。比如，英國的都鐸式橡木房屋和挪威的木構(gòu)教堂（用一種名為“malmfuru”的特殊冷杉木制成）。前者外面用木條加固，涂抹稻草和泥漿或動物糞便的混合物，后者地面一層架空建造，以保持干燥。

布坎南說：“現(xiàn)在，我們會給木材包裹上一層防風(fēng)雨的‘外套，比如玻璃或紡織材料?！?/p>

防火挑戰(zhàn)

大多數(shù)木制建筑未能保存下來的原因是火災(zāi)。在木材時代，很多城市都經(jīng)歷過毀滅性的大火。公元64年，古羅馬城爆發(fā)火災(zāi)，一直持續(xù)了6天。1657年，明歷大火將江戶城（今天的東京）夷為平地，導(dǎo)致10萬多人死亡。此外，紐約、芝加哥、華盛頓和舊金山都曾經(jīng)歷大火。1666年的倫敦大火毀掉了數(shù)十萬棟建筑，導(dǎo)致新的規(guī)則出臺，整座城市被用磚石重建。重新啟用木材作為建筑材料是否會是一個可怕的錯誤？

但是，這里所說的木材嚴(yán)格地說應(yīng)該是經(jīng)過加工的膠合木，主要又可分為三種類型?！笆紫扔心z合層壓木材（glulam），主要用于制造直梁和柱子，已經(jīng)有50多年歷史?！辈伎材险f，“然后是層壓飾面木材（LVL），強度與混凝土相當(dāng)。最晚出現(xiàn)的是交叉層壓木材（CLT），它們現(xiàn)在才真正開始普及?！?/p>

CLT是一種真正神奇的材料。用防火膠將薄薄的木材交錯地粘起來，可以達(dá)到結(jié)構(gòu)鋼的強度，因此被稱為“服用激素的膠合木”。通過交替變換木紋的走向，彌補了原木的結(jié)構(gòu)弱點，防止材料在濕潤后彎曲變形。用這種方法制造出寬6米、厚50厘米的平板可以整張用來制造墻壁、地板或天花板。

木板的尺寸非常關(guān)鍵?！皫缀趺總€人都知道用一根巨大的圓木根本無法將火生起來。”瑟爾斯頓說，“要讓整塊圓木燃燒起來要費很多工夫。首先木材會碳化，形成保護層，阻止下面的木材燃燒。”

高層建筑木材委員會2017年初在弗吉尼亞火災(zāi)研究實驗室專門進行了CLT防火實驗。研究人員在用膠合木制造的雙臥室公寓內(nèi)點燃大火，室內(nèi)家具燒毀后，火自然熄滅。房間內(nèi)的物品全部被燒成了灰，房屋表面碳化，但結(jié)構(gòu)并未受損。

除了阻止火災(zāi)蔓延，CLT的另一個重要特點是它在受熱后的表現(xiàn)。在這方面，這種材料顯然優(yōu)于鋼和混凝土。后兩種材料遇高溫會熔化或變?nèi)酢Ｉ獱査诡D說：“我們在講座中經(jīng)常使用一張房屋遭遇火災(zāi)后的圖片，其中可以清楚看到一根巨大的膠合木支柱支撐著一根木橫梁，頂端的另一根鋼梁已經(jīng)完全熔毀?！?/p>

由于樓層越高，消防員越難到達(dá)，高層建筑的防火更是一大難題。布坎南說，由于這個原因，木制建筑的高度通常不超過10層。

其他難題

此外，還有其他一系列問題伴隨高度產(chǎn)生。大多數(shù)摩天大樓首先面對的問題是支撐自身重量，因此它們所使用的材料必須足夠強韌。木制大樓由于自重太輕，它所面對的問題正好相反。海拔高度越高，風(fēng)越大。在世界最高樓迪拜哈利法塔的樓頂，風(fēng)速可達(dá)到每小時150公里。這些橫向的風(fēng)力一直是摩天大樓結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須考慮的重要因素。

從抗風(fēng)角度來說，大廈越重越好。在1995年添加混凝土支柱加固之前，每到大風(fēng)天氣，在紐約特朗普大廈高層會感到讓人輕度惡心的搖晃。木制大樓克服這個問題的一種方法是添加一個混凝土內(nèi)核，但一些建筑師認(rèn)為這樣做等同欺騙。

最后，CLT單塊來看非常強韌，這就引發(fā)了新的問題：如何將它們銜接在一起。由于面積巨大，又非常厚，釘子和螺絲根本起不到作用。布坎南說，“為了防止建筑被風(fēng)吹倒，需要大量的墻壁和地板?！?/p>

對于住宅樓，這不是問題。因為住宅樓層高不必太高，而且可以設(shè)計很多隔間。開放布局的辦公樓和商用樓的設(shè)計將面臨真正的考驗。當(dāng)達(dá)到一定高度后，這些木制大樓將需要固定機制，比如從底部到頂部貫穿整棟建筑的鋼條。

當(dāng)然，目前一切都是紙上談兵。根據(jù)建筑信息數(shù)據(jù)庫“安波利斯標(biāo)準(zhǔn)委員會”的定義，摩天大樓高度至少要達(dá)到100米，遠(yuǎn)超過目前正在修建或策劃中的木制大樓。瑟爾斯頓說，“目前，建筑師設(shè)計木制大樓主要是為了技術(shù)炫耀，我們應(yīng)該為了環(huán)保的原因使用木制材料。20世紀(jì)是混凝土的時代，它的主題是人類征服自然。人們的態(tài)度正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，變得更傾向于順應(yīng)、呵護自然?！被蛟S，這將意味著回歸木制時代。