CLT建筑发展现状及前景

左宏亮 许相宜

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

伴随着绿色建筑的推广及新型木材加工技术的发展，木材这一古老而天然环保的建筑材料再次回归人们的视野当中。木材作为一种可再生的天然资源，具有环境友好、纹理美观、力学性能优良且施工工艺简单等诸多优点，符合绿色建筑的要求[1]，已在全世界范围内得到了普遍认可和大力推广，尤其是近年欧美对新型木建筑材料CLT的深入研究及广泛应用，越来越多的中高层木结构建筑得以完成，使建筑行业迎来了“第二次文艺复兴”。

1 CLT简介

Cross-Laminated Timber，简称CLT，是一种可用于建筑的墙、板与柱的新型重木建筑材料。在欧洲，CLT产品一般以窑干的云杉或冷杉指接材为原料，经过分拣和切割成木方，将至少3层的实木锯材或结构复合材均匀涂刷胶合剂，经正交(90°)叠放后，使用较大的水压或真空压力机将正交叠放堆积的木方压成相互紧锁的木板，如图1所示。

CLT及其构成的重木结构与其他建筑结构相比，具有如下突出优势：

1)承载能力强。基于CLT将规格材料横竖纹交错排布的设计性质，其胶合时遵循对称原则与奇数原则，使得其物理力学性能在纵横两个方向上较为均匀，内部应力较为平衡，将具有各向异性的木质材料转为成双向力学性能良好的结构材料。此外，通过剔除木材的缺陷，构件设计强度得以显著提高，充分利用了木材强重比高的特点；

2)尺寸稳定性高。相比普通层板胶合木等结构材料，CLT通过纵横向叠合工艺及严格的含水率控制，其尺寸稳定性得到了大幅度提高，更适用于建造中高层建筑；

3)耐火性能极好。在燃烧情况下，CLT材料表层会以缓慢速率形成碳化层，可较长时间的维持内部原有的结构强度，在没有防火层的条件下，也可达到耐火1 h的要求。芬兰的“Puukuokka”联排公寓，将所用的全部CLT结构外覆防火涂料，其消防安全性比同样的混凝土建筑高出了50倍；

4)“负碳”、保温、节能。由于树木在生长过程中固化的碳多于其成为木材在生产、加工和使用过程中释放的碳，所以被称为“负碳”建筑材料。有人对曾经的“世界最高木楼”——采用CLT建造的Stadthsus 8层公寓进行过估算，整栋建筑使用的木材共吸收存储了186 t碳，若使用钢筋混凝土进行建造，则会排放137 t碳。此外木材热传导性低和CLT连续大幅面的特性，使建筑具有良好的气密性和保温隔热隔音效果。相比于钢材和水泥，减少了至少16%的能源消耗；

5)抗震性能优越，应用范围广。2010年2月，日本对一座使用CLT材料建造的7层建筑结构进行了高强地震模拟测试，结果显示该建筑未发生明显的结构破坏，抗震性能优越。CLT作为一种建筑材料与紧固件和连接件共同保证了整体结构具有较强的抗震能力。理论上CLT既可用于中低层，也可用于20层以上的民用和非民用建筑，既可以完全使用CLT进行建造，也可部分替代钢材或钢筋混凝土，形成CLT-钢或CLT-钢混凝土混合系统；

6)大幅提高施工效率。目前，CLT的工厂预制技术已经十分成熟，可实现工厂预制加工构件，现场搭建组装，速度快，噪声低。据新加坡建设局统计，CLT建筑的施工时间比传统材料建造时间节省25%～35%。盛联集团在墨尔本使用CLT材料建造了目前世界上最高的CLT公寓，其外墙、楼板、楼梯和电梯井道均采用CLT建成，仅6名工人，耗时不到两个月时间便组装完成。虽同等体量的CLT造价要高于钢筋混凝土，但预制化生产和高效施工使工期大大缩短，整体开支大幅降低。

正是基于上述优异性能，CLT非常符合我国大力发展绿色建筑、装配式建筑的指导方针，CLT建筑的推广将有力推动我国建筑产业化的发展。

2 CLT建筑在国内外的发展概况

2.1 国内外的成功案例

1974年，CLT诞生于奥地利。近年建造CLT建筑的热潮始于2009年Stadthaus公寓正式对外开放。Stadthaus公寓是一栋9层的木结构建筑，是当时世界上最高的木结构居住建筑。整个建筑，除基础与首层考虑防潮腐等因素采用了混凝土，其余部位从底面、天花板到电梯井、楼梯井均为木质结构，选用了CLT作为承重墙和地板，整个施工时间仅4个月左右。Stadthaus公寓如图2所示。

2012年，墨尔本建成10层公寓Forté成为新“世界最高木楼”。2013年，温哥华不列颠哥伦比亚大学建造了5层高的地球科学大楼，该大楼以CLT为主要建筑材料、梯井部分采用混凝土、大跨框架梁采用钢梁，将不同建筑材料的优势完美结合。2014年，亚洲第一栋CLT建筑——森科总部大楼于中国台湾建成，如图3所示。2017年，温哥华不列颠哥伦比亚大学的18层学生公寓Brock Commons完工，这栋53 m高的木—混凝土—钢混合应用的公寓再次刷新了木结构建筑的高度，如图4所示。该建筑累计减少排放2 432 t碳，生动的证明了CLT作为建筑材料的先进性与环境友好性。

2.2 国内外研究现状

欧洲作为CLT产品的发源地，其生产工艺、科学研究、标准制定等多方面均为世界领先水平，并具有大量的试验数据与实体工程为基础，CLT建筑体系相对成熟，混合体系也在不断发展。2005年以来，Bruno Dujic团队[2-5]研究了对CLT的边界条件，并对竖向荷载、连接件等对CLT的影响进行了系统的研究；2009年，Andrea Frangi[6]对CLT板的耐火性能进行了试验分析，证明了CLT遇火后外部形成碳化层，具有出色的耐火性能，但胶粘剂的种类对其有较大影响；2012年，Nakashima等[7]对单个钢制、销接的CLT试件进行了拉伸性能试验并进行了对比分析；2013年5月，COST Action FP1004 European Conference of Cross Laminated Timber会议在奥地利举办，邀请了奥、德、法、意、英等多个国家的相关企业与研究机构，近200位与会者就CLT产品的生产与测试、设计与施工、节点与抗震设计和建筑物理与工程实例四个主题进行了谈论与交流。2015年，欧洲发布了标准《Timber structures-Cross laminated timber-Requirements》。

虽然我国对CLT的研究尚处于初级阶段，但也已对CLT生产设备进行研发，目前已有宁波中加低碳新技术研究院有限公司、中意森科木结构有限公司、河北迁安市大树木业有限责任公司等数家CLT生产企业，CLT材料已进入批量生产和推广应用阶段。河北迁安重型CLT示范房于2014年建成。2016年12月，宁波中加低碳新技术研究院有限公司设计并搭建了我国第一栋装配式CLT胶囊示范房。南京林业大学的研究团队[8-12]对CLT木材组坯形式、生产工艺、滚动剪切性能、物理力学性能和连接形式多方面进行了研究；上海美固澄梵紧固件有限公司与南京林业大学共同研发了用于木结构连接的新型自攻螺钉[13]，如图5所示，可为CLT等木结构建筑提供可靠连接。

3 结语

目前，欧洲对CLT的研究较为系统，生产技术较为成熟，实际应用较为广泛。欧洲CLT产量已从2005年14万m3增长至超过100万m3。我国对CLT的研究与实践尚处于初级阶段，但最新修订的GB 50005—2017木结构设计规范计划补充CLT相关设计要求与构造要求，专门的CLT规范也在制定当中。在今后的一段时间内，我们应在学习国外CLT建筑的技术成果与成功经验的同时，充分利用我国林业资源研发CLT产品，出台符合我国CLT生产加工工艺规范、结构设计方法等，研究胶合剂的替代品，加大对CLT产品的推广，改善消费者对木结构建筑防火、抗震等方面性能不佳的误解。CLT结构作为新型木质结构体系，具有钢筋混凝土、钢材和轻型木结构无法比拟的优秀特性，具有巨大的经济竞争力，符合国家可持续发展、绿色建筑和发展装配式建筑的政策，相信未来CLT建筑会为我国的建筑行业带来崭新的面貌。

[1] 宋莎莎,费本华,王 戈,等.木结构建筑与现代人居环境[J].林产工业,2012,39(5):17-21.

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[4] Sustersic I,Dujic B.Seismic strengthening of existing buildings with cross laminated timber panels[A].World Conference of Timber Engineering[C].2012.

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[6] Frangi A,Fontana M,Hugi E,et al.Experimental analysis of cross-laminated timber panels in fire[J].Fire Safety Journal,2009,44(8):1078-1087.

[7] Nakashima S,Kitamori A,Komatsu K.Evaluation of tensile performance of drift pinned joint with steel plate on cross laminated timber[J].Journal of Structural & Construction Engineering,2013,78(687):969-975.

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[13] 姚 悦,张敬婷,周甲林,等.正交胶合木建筑连接形式及新型自攻螺钉的发展[J].林业机械与木工设备,2017,45(9):4-9.