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交叉层压木材可以引领中层建筑革命

越来越多的代码

交叉层压木材可以引领中层建筑革命

交叉层压木材可以引领中层建筑革命。CLT柱-梁连接(由LEVER建筑提供)

这是我们11月木材特刊上的一篇文章。

工程师专业生产交叉层压木材(解释水平理论)认为它的未来不太可能出现在精品原型塔(需要逐个演示才能获得批准),而是会出现在一个普通的中层市场。然而,根据科罗拉多州立大学的John van de Lindt的说法,“一些早期的CLT建筑实际上几乎就像一个伪装的部分研发项目,”他和同事们预测,该领域的成熟取决于将研究驱动的CLT标准纳入建筑规范。

美国国家科学基金会(NSF)资助的一项抗震设计方法研究的首席研究员、科罗拉多矿业学院的裴诗玲说:“如果你只是要建造一个两层楼的住宅,你有一个完美的设计代码路径来完成它。”“但如果你想要更高,特别是如果你想要超过85英尺——这是目前IBC(国际建筑规范)第IV类规定的高度,沉重的木材然后你就得做点别的……做很多测试,试图说服当地的建筑规范官员。”从经济角度来看,他对20层以上的CLT持怀疑态度:“在我的项目中,我说它是高大的木材;它不是高层木材。”

贝聿铭引用了加拿大非营利组织FPInnovations的2011年CLT手册作为关键文件,该手册在2013年的美国版中重新出版,并得到了美国木材委员会(AWC)、森林产品实验室、WoodWorks和APA:工程木材协会(前身为美国胶合板协会)的投入。2011年,APA和美国国家标准协会制定了基于性能的标准PRG 320,并于2012年和2017年进行了更新;它提供了CLT产品的组成、尺寸、抗剪强度、刚度和其他性能的详细规格。AWC的国家木结构设计规范和IBC在2015年的版本中包含了CLT的基本部分。

CLT面板被提升到Murray Grove木塔的位置(由Waugh Thistleton Architects提供)

由于欧洲(意大利除外)的地震风险较轻,将CLT技术转移到加拿大和美国,特别是在更大的规模和开放计划中,需要针对横向力制定标准。下一个障碍是美国土木工程师协会有影响力的规范手册ASCE 7:建筑物和其他结构的最小设计载荷,以解决CLT,特别是其地震设计条款中的响应修正系数或R因子(不要与热阻R值混淆)。“为了使(CLT)在经济上具有竞争力,”van de Lindt说,“它确实需要在代码中包含这些抗震性能系数(本质上是R因子),这样人们每次想要使用它时都不必获得特别许可,”从而导致工程师的审查成本。van de Lindt的r因子研究预计将于明年得出结果,代码修订周期大约需要五年;如果基于调查结果的提案通过了建筑抗震安全委员会委员会的审查并进入公众评议期,那么它应该进入2022年版的ASCE 7,然后是IBC。

van de Lindt说:“使用CLT,在地震应力下,一切都像刚体一样旋转。”“面板的变形不足以耗散能量,并将负载直接吸进它们....对于一个特殊的钢制抗震框架,它的R可以是8,(这)有很大的延展性。”然而,添加混凝土或钢横向系统,如Brock Commons (Acton Ostry建筑事务所,温哥华,第12页)和Carbon12 (PATH建筑事务所,波特兰),分别需要多个现场交易,浪费CLT的施工速度。在日本常见的先进“破坏性技术”(使用滑块、摇杆或阻尼装置的基础或层间隔离)需要特别审查。他认为,20层及以上的非常高的木材需要基于性能的建模,而不是规定性的表格,而且“至少在我们的有生之年,总是需要审查。”

俄勒冈州立大学土木与建筑工程学院和Tallwood设计院的Andre Barbosa表示同意,他指出,大约十层以上的CLT项目通常与混凝土核心或钢混合,以抵御横向阻力。“你可以充分利用这两种材料。CLT更轻;它的强度重量比非常非常好。混凝土可以使跨度更大,但它也为烟雾和楼层火灾创造了天然屏障。”他说,目前解决木材对水分和昆虫的敏感性的方法通常是足够的,并补充说,对于高到足以承受大负荷的CLT建筑的长期挠度(蠕变)需要进一步研究。

俄勒冈州立大学实验室正在研究交叉层压木材俄勒冈州立大学

在美国国家科学基金会自然灾害工程研究基础设施高木材项目的支持下,贝聿铭和同事最近在加州大学圣地亚哥分校建造了一个两层楼高的原型,用于在世界上最大的振动台上进行测试。贝聿铭在报告中说,模拟了14次不同严重程度的地震,直到一次“最大可信地震”,这是2500年一遇的事件,“这座建筑基本上没有受到任何破坏,我们不需要修复任何东西。”他指出,CLT摇墙的弹性实际上超过了混凝土和钢墙。他接下来的研究将在地震和火灾的双重作用下测试一栋十层楼的建筑;这项实验不可避免地赢得了“摇一摇烤”的绰号。

可燃性是“一个经常被表达的担忧,但很容易被忽视,”俄勒冈州立大学林业学院木材科学与工程副教授莱赫·穆森斯基(Lech Muszynski)说。研究支持了一种违反直觉的观点,即烧焦会产生一层绝缘层,实际上会减缓热解的速度,使其可以预测地推进,并节省足够的木材来通过两小时的耐火测试。“我在美国对未保护的CLT组件进行了一些测试,大规模的地板和墙壁组件;Muszynski报告说,欧洲过去有大量类似的试验,”他认为意大利和日本的树木和木材研究所的Ario Ceccotti也做了类似的研究。这些测试主要涉及暴露的CLT,尽管在实践中,这种材料通常被包裹在石膏板中,增加了一个小时左右的耐火等级。Muszynski指出,美国有两家商用CLT制造商,俄勒冈州的D.R. Johnson(他是该公司的顾问)和蒙大拿州的SmartLam,他们的产品都获得了防火认证。

Muszynski补充说,关节内的钢部件比木材更脆弱。他用一张1906年旧金山大火的照片来说明“可燃和防火之间的区别”:一根严重烧伤的木梁上有烧焦的钉子和裸露的钉子,这表明火势深入,但仍保持刚性,而两根热削弱的钢梁横在木梁上,就像浸湿的意大利面。粘合剂也需要注意:一些粘合木材产品使用三聚氰胺脲甲醛树脂,这种树脂在加热下会变硬,但更常见的粘合剂是聚氨酯,如果炭达到粘合线,它就会变软。当工作场所缺乏保护措施时,潮湿可能更危险:Muszynski回忆起一个意大利项目,由于财务延误,一个工地闲置了几个月,CLT暴露在雨水中,并强调了使用熟悉材料的承包商的重要性。

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