CLT（正交膠合木）簡明介紹

加拿大木業(yè)

前言

近年來，在歐美發(fā)達(dá)國家，以鋸材為基本單元制成的新型建材—正交膠合木為代表的新一代重型木結(jié)構(gòu)建筑體系，正在部分取代鋼筋混凝土和磚混結(jié)構(gòu)建筑，廣泛應(yīng)用于建造低、中層甚至高層的民用住宅和公共建筑等非民用建筑。由于CLT很容易實現(xiàn)工廠預(yù)制，現(xiàn)場組裝，并解決了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)建筑的層高限制，被譽為建筑業(yè)的“第二次文藝復(fù)興”。

關(guān)于CLT的歷史

CLT這種新型的工程木制品最早誕生于20世紀(jì)90年代，由奧地利和德國建造了全球第一棟使用CLT預(yù)制構(gòu)件建造的新一代重型木結(jié)構(gòu)建筑。近10年來，CLT及其重型木結(jié)構(gòu)建筑體系在歐美地區(qū)得到迅猛發(fā)展，新的8～10層的CLT木質(zhì)結(jié)構(gòu)建筑，在意大利、英國、加拿大和澳大利亞等國紛紛興建；世界主要的建筑工程公司奧雅納公司（ARUP）和金茂大廈設(shè)計公司（SOM）等都致力于該領(lǐng)域發(fā)展，使得CLT重型木結(jié)構(gòu)建筑的發(fā)展前景非常光明。

CLT（CROSS LAMINATED TIMBER）是一種首先在奧地利和德國發(fā)明的創(chuàng)新性工程木產(chǎn)品，其在歐洲的住宅和非住宅建筑中迅速流行開來。目前歐洲有多個CLT的生產(chǎn)工廠。在上世紀(jì)90年代中期，奧地利首先展開了一項校企聯(lián)合的研究，最終CLT成為了該項目的一個研究成果。之后數(shù)十年CLT的發(fā)展緩慢，但是到了2000年，針對CLT的運用迅速普及開來，很大程度上是受到了綠色建筑風(fēng)潮的推動，也是因為針對CLT的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，審批，市場推廣和分銷渠道的改善。另一個重要的推動因素便是公眾對于CLT的認(rèn)知，其是一種和鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)一樣的“重型”建筑體系。

CLT的定義

CLT板是由奇數(shù)層的規(guī)格木材（通常寬面）以垂直相交的角度，利用結(jié)構(gòu)膠黏劑疊合膠壓組胚而形成的工程木板材。在某些特定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求下，相鄰層的規(guī)格材可以以同方向進(jìn)行膠壓（例如在CLT板面層和底層做雙層膠壓，或者中心部分做雙層膠壓來達(dá)到更高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度）。CLT產(chǎn)品通常有3，5，7層的不同規(guī)格，某些情況下可以更多。

CLT的制造工藝通常是將厚度為15～35 mm針葉材規(guī)格鋸材通過分等、鋪層、涂膠、縱橫交錯層積和加壓膠合等工序制成的新型工程木制品。CLT是由至少3層的實木鋸材或結(jié)構(gòu)復(fù)合成材正交組坯采用結(jié)構(gòu)膠黏劑壓制而成的，其幅面大，規(guī)格可達(dá)18 m（長）、3 m（寬）、300 mm（厚度）。

CLT的優(yōu)勢

CLT及其重型木結(jié)構(gòu)建筑體系與傳統(tǒng)鋼筋混凝土、磚混結(jié)構(gòu)和輕型木框架結(jié)構(gòu)建筑體系相比，其優(yōu)勢明顯：

1）尺寸穩(wěn)定性好。CLT通過縱橫正交鋪裝和控制單元的含水率可顯著提高板材結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性；

2）承載性能強(qiáng)。CLT的物理力學(xué)性能在縱橫2個方向上較均勻，同時通過在制造過程中去除層積單元的缺陷，可顯著提高設(shè)計強(qiáng)度值。同時該板輕質(zhì)高強(qiáng)，可充分發(fā)揮木材強(qiáng)重比高的特點；

3）防火性能高。CLT燃燒后形成的表面炭化層，可有效阻隔火焰的燃燒，不加防火層也可達(dá)到耐火1 h的要求；

4）隔音、保溫性能好。由于木材的低熱傳導(dǎo)性和CLT的連續(xù)大幅面特征，可保證建筑良好的氣密性和隔音保溫隔熱效果。CLT建筑具有很高的保溫節(jié)能綜合效應(yīng)，比用鋼材和水泥分別降低至少17%和16%的能源消耗及減少26%和31%的溫室氣體效應(yīng)；

5）建造快和噪音低。與傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，由于CLT可在工廠實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，預(yù)制成各類墻板、樓板及屋頂板。在現(xiàn)場進(jìn)行組裝與建造，用以取代現(xiàn)澆鋼筋水泥制品和水泥預(yù)制板。因此其組裝快，工期短，同時建筑現(xiàn)場噪音低，無污染，無建筑垃圾產(chǎn)生，拆卸后可重新回用；

6）應(yīng)用范圍廣。可用于低、中層甚至高層（20層以上）的民用住宅和非民用建筑，可完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋混凝土和磚混結(jié)構(gòu)，也可部分代替，與鋼筋混凝土等混合使用；

7）低碳、固碳、環(huán)保。計算結(jié)果表明，生產(chǎn)1 m3的CLT材料只排放110 kg二氧化碳，而原材料本身存儲825 kg二氧化碳，因此凈儲715 kg二氧化碳。生產(chǎn)制造過程中，CLT的溫室氣體排放僅為鋼材的1/20。顯然上述這些優(yōu)勢將有力推動CLT建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。

CLT所用的規(guī)格材的厚度從10 mm到50 mm不等，寬度從60 mm到240 mm不等。長度通過指接膠合的方式進(jìn)行延長。CLT板所用的規(guī)格材都需要通過目測或機(jī)械分等并同時烘干。根據(jù)加工設(shè)備的不同，一般CLT板的寬度為0.6 m，1.2 m和3 m（某些情況下可以做到4～5 m），長度可以最大到18 m，厚度最大到400 mm。CLT板的尺寸主要受運輸工具和交通法規(guī)的限制。

在CLT板的外兩側(cè)面的規(guī)格材排布方向一般和受力方向一致，例如用于墻板時，兩側(cè)面規(guī)格材排布應(yīng)該與墻體豎向平行，用于樓板時，應(yīng)該與跨度較大的一側(cè)平行。

CLT板用于預(yù)制化樓板和墻體有許多優(yōu)勢。由于正交膠合的特性，CLT板能夠提供很高的尺寸穩(wěn)定性，非常適合用于跨度和尺寸較大的樓面和墻板。同時由于CLT板相對較高的剛度和雙向強(qiáng)度，其很多特性和混凝土板非常接近。

CLT的生產(chǎn)

一般CLT加工生產(chǎn)流程包含以下一些關(guān)鍵步驟：規(guī)格材的選擇，規(guī)格材的分類，膠合劑的應(yīng)用，規(guī)格材的排列和加壓，CLT產(chǎn)品的切割，標(biāo)記和包裝。CLT生產(chǎn)加工的關(guān)鍵在于木材質(zhì)量的一致性，膠合劑質(zhì)量的參數(shù)控制。工廠內(nèi)嚴(yán)格的質(zhì)量控制及測試是確保最終產(chǎn)品符合最終應(yīng)用要求的保障。

CLT設(shè)計的重要考量因素

CLT板材通常是作為承重構(gòu)件例如墻體，樓板和屋面。就樓板和屋面構(gòu)件來說，以下一些重要特性需要考量：

1.平面內(nèi)和平面外抗彎，抗剪強(qiáng)度及剛度

2.長期和短期的行為：

- 即時擾度

- 應(yīng)對經(jīng)常荷載的長期強(qiáng)度

- 長期擾度

3.樓板振動性能

4.垂直于橫紋強(qiáng)度的抗壓性能

5.耐火性能

6.聲學(xué)性能

7.耐久性

對于墻板來說，豎向受力性能至關(guān)重要，同時應(yīng)該和平面內(nèi)和平面外抗彎強(qiáng)度一同進(jìn)行驗證。另外耐火、聲學(xué)和耐久性能應(yīng)該在設(shè)計階段就考量在內(nèi)。

抗震性能

基于目前一系列的來自全球各地的研究數(shù)據(jù)以及半靜態(tài)的振動臺測試，CLT墻板被證明能提供有效的抗側(cè)向荷載。將鋼制連接片通過釘或螺栓加固用以連接CLT墻板和樓板能夠被證明達(dá)到足夠的抗震性能。當(dāng)額外加上抗拉緊固件能夠再進(jìn)一步的提升建筑整體的抗震性能。這里我們不推薦在抗震級別較高的地區(qū)使用斜釘連接樓板和墻體。

結(jié)構(gòu)連接

木結(jié)構(gòu)建筑的連接件，包括CLT形式的木建筑在建筑整體強(qiáng)度，剛度，穩(wěn)定性和延展性上扮演著舉足輕重的作用。所以連接件的設(shè)計需要引起額外的重視。歐洲的研究人員已經(jīng)開發(fā)了一套針對CLT建筑的傳統(tǒng)連接方式的設(shè)計流程，涵蓋了木銷、木螺絲，木釘?shù)?。這些在歐洲的項目中被經(jīng)常使用到。

消防

CLT構(gòu)件能夠提供很好的消防性能，通?？梢院推渌愃频牟豢扇冀ㄖ?gòu)件相提并論。這主要是得益于大尺寸CLT構(gòu)件碳化層的阻燃特性，能讓CLT構(gòu)件通過設(shè)計達(dá)到消防規(guī)范要求的耐火時間。

隔音

隔音和音響控制是所有建筑規(guī)范里強(qiáng)制要求內(nèi)容之一。很多國家在規(guī)范上對于隔音的要求的嚴(yán)格程度不亞于消防和結(jié)構(gòu)安全。針對CLT樓板和墻板構(gòu)件的聲音傳遞等級評估（STC）以及撞擊聲音傳播等級評估（IIC）的研究進(jìn)行了很多，特別是針對聯(lián)排和多戶住宅的應(yīng)用。

外圍護(hù)設(shè)計

CLT墻板用于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)需要額外的考量以確保長期的耐久性特別是在沿海一些氣候潮濕的地區(qū)。和一般木結(jié)構(gòu)建筑一樣，確保CLT建筑耐久的關(guān)鍵便是保持木材的干燥。由于CLT板的特殊結(jié)構(gòu)，其一旦受潮后會自干的過程會非常緩慢。預(yù)制化CLT的施工工藝已經(jīng)在歐洲被使用了十多年，防止CLT在運輸過程中受潮是尤其需要注意的。一種最簡單確保運輸過程CLT干燥的方法，就是利用封閉的集裝箱進(jìn)行運輸。而施工過程中保證CLT干燥的一種策略便是精密的協(xié)調(diào)施工和材料運輸，確保CLT運輸?shù)浆F(xiàn)場后立刻被吊裝。另外一種被證明非常有效的策略，便是在施工中建造一個臨時簡易屋頂來保護(hù)CLT不受雨水和雪的侵蝕。

一般情況下，CLT板材不應(yīng)該暴露于室外，和一般木結(jié)構(gòu)建筑一樣，通過采用防雨幕墻系統(tǒng)，屋檐設(shè)計，排水管道設(shè)置等手段都能有效確保建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性。另外合理的設(shè)計以及保溫材料，空氣和濕氣控制策略都能確保CLT板材的干燥和溫暖，防止水汽凝結(jié)積累，另外也能確保CLT板材的節(jié)能性能。

環(huán)境友好

CLT建筑的環(huán)境足跡和混凝土建筑相比具有顯著優(yōu)勢。通過建筑生命周期（LCA）的分析方法對比混凝土和木材，我們可以發(fā)現(xiàn)，CLT材料對環(huán)境的影響更小。值得一提的是，木材本身是一種輕質(zhì)的負(fù)碳材料。