CLT 在工程中的應用（二）—裝配式CLT 公共建筑

彭思，黃素涌，熊海貝，王建和，張龍，曹龍

（1.西南林業(yè)大學材料科學與工程學院 云南 昆明 650224）

（2.同濟大學土木工程學院 上海 200092）

（3.寧波中加低碳新技術研究院有限公司 浙江 寧波 315000）

0 引言

隨著社會經濟的發(fā)展，人們對公共建筑的要求越來越高，健康、綠色、和諧的人居環(huán)境是每個人的理想，我國的建筑行業(yè)也迎來了創(chuàng)新升級的契機。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注。目前，國內的裝配式建筑還很少，尤其是現(xiàn)代木結構建筑還存在空白[1-6]。目前國內已建成了國內首條具有獨立知識產權的交錯層壓木材（CLT）生產線[3]，并將生產的CLT 材料應用到裝配式建筑當中，建成了國內第一棟裝配式CLT 公共建筑—OTTO Café 咖啡屋。本文以此項目為例，介紹CLT 在裝配式公共建筑中國的應用。

1 項目概況

OTTO Café 是2016 年高校木結構設計邀請賽第一名的設計項目，經過寧波中加低碳新技術研究院有限公司與同濟大學的修改，將OTTO Café的部分模塊移至浙江省寧海縣建造，建筑功能也轉變?yōu)榧婢邆洳?、展示和商務等功能的綜合建筑。OTTO Café 實際建造主體建筑面積為133 m2，戶外平臺面積為173 m2。CLT 板材用量總計為62.5 m3，其中主體結構CLT 用量為26.2 m3，戶外平臺CLT用量為36.3 m3。從參賽展示到落地修建，OTTO Café 的整個建造過程充分體現(xiàn)了CLT 裝配式建筑的靈活性和可適應性?？傮w建筑設計效果見圖1，總建造工期為16 天。

圖1 OTTO Café 總體建筑效果

2 項目建筑的裝配化設計

OTTO Café 的設計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、縱橫交錯層積和加壓膠合等工序而制成的新型裝配式建筑預制型板材。CLT 預制板輕質高強，可充分發(fā)揮木材強重比高的優(yōu)勢，板材幅面大，厚度可至300mm，容易實現(xiàn)模塊化生產，預制成墻板、樓板、屋面板及各類特殊要求的板材，實現(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性能，能夠實現(xiàn)裝配式預制板結構的理念[5]。這種區(qū)別于傳統(tǒng)木結構梁柱體系的大板結構體系，其承重結構與圍護結構一體化的優(yōu)勢可以實現(xiàn)最大程度的工廠預加工，提高預裝配率和建造效率。CLT 預制板和鋼筋水泥預制板的性能差異，見表1。

表1 CLT 預制板和鋼筋水泥預制板的性能比較

2.1 結構設計

CLT 板材作為主要承重結構，且滿足建筑空間要求，利用結構互承概念，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行結構受力、變形分析和節(jié)點設計。建筑師與結構工程師在方案構思期間的共同合作，可以快捷且有效地確定建筑方案。結構分析與優(yōu)化流程見圖2。

2.2 模塊設計

建造OTTO Café 的CLT 預制板產品由寧波中加低碳新技術研究院有限公司采用北美進口的50.8 mm×152.4 mm 鐵杉規(guī)格鋸材生產制作，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]。經計算，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，層數為1 層。不同等級CLT 預制板的極限抗彎承載力，見表2。

圖2 OTTO Café 結構設計流程

表2 三層CLT 預制板的極限抗彎承載力

2.3 連接設計

OTTO Café 的連接件采用意大利Rothoblaas 公司的產品，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，木結構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 裝飾設計

采用外觀等級較高的加拿大鐵杉鋸材制作CLT 內外墻板，產品不但可承重，而且內外可暴露，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，只需在CLT 板面涂刷環(huán)保耐候的戶外涂料，室內CLT 墻面只需涂刷環(huán)保的水性涂料即可，達到裝修節(jié)能、節(jié)材和環(huán)保的要求。

3 建造與驗收

項目的建造流程詳見圖5～圖6，裝配式結構工程所用的原材料、構配件，均按檢驗批次進行進場驗收。焊接、螺栓等連接材料的進場按現(xiàn)行國家標準《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205 的有關規(guī)定進行查驗，現(xiàn)場查驗結果符合規(guī)范要求。

裝配式建筑的飾面質量符合設計要求，并經查驗符合現(xiàn)行國家標準《建筑裝飾裝修工程質量驗收規(guī)范》GB50210 的有關規(guī)定。

4 結語

OTTO Café 是中國首個裝配式CLT 木結構的公共示范建筑，CLT 建筑承重和裝飾效果好，預制率高，保溫和防火性能優(yōu)異，建造速度和資金周轉快，這些優(yōu)點正在被大眾所認識，市場前景非常廣闊。但目前在中國，CLT 建筑的造價約為5 000/m2元，相對鋼筋混凝土結構和輕型木結構要高一些。CLT 產品既可做承重結構材，如墻板、樓板和屋面板，又可作裝飾材，如內隔墻、臺面和桌面，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構；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。

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

圖6 OTTO Café 示范建筑