正交胶合木（CLT）的国外建筑案例研究＊

肖强 郭屹民

1 CLT 材料

1.1 研究背景

正交胶合木（CLT）是一种现代木材产品，由多层结构的垂直堆叠木板经高压粘合组成，具有多种品种和等级。利用交叉层压优化不同等级的软木（图1），形成具有高强度和可预测强度的板材。其横截面通常由3～9层板构成，通过改变木材层的方向，使面板平面内的膨胀和收缩最小化，显著提高结构稳定性和承载力，由此形成的工程复合材料能够实现更高、更强、更稳定和更安全的木结构，满足高密度建筑的要求。同时，这种材料有助于隔热和隔音，并具有可验证的健康和福利效益，也有利于建筑的可持续性发展。

在国外，CLT已经被广泛实验和试用，但暂未得到真正的推广。事实上，通过工艺处理后的木材能够达到甚至超过混凝土和钢材等常用建材的规范要求。通过典型项目展示木结构建筑优势，鼓励建筑项目对于CLT材料的应用。

1.2 发展与新的可能

CLT材料可以通过简单复合为建筑设计创造新的可能。一方面，在方案初始充分考虑CLT的优点和限制能够提高结构体系效率。通过高强度性能和多种荷载传递路径实现结构复合化，例如直接延伸楼板实现悬挑，将楼板上方的梁作为栏杆等。相较于传统混凝土框架建筑，CLT楼板和梁厚度小，在相同净高的情况下建筑高度更低。另一方面，CLT材料的自然美可以减少室内外装饰，实现建筑的整体化表现。因此，充分考虑和利用所有特性，才能创造更多的可能。

然而，并非所有混凝土建筑都适合改用CLT材料。通过研究国外实践案例可以发现，在低层方案中，相比于全CLT结构，仅在楼板和交通筒使用CLT板效率更高。因此，在高层建造上采用基于CLT的异类材料结构组合——CLT和钢筋混凝土结构/钢结构等上下混合或同层混合体系，在低层建造上采用基于CLT的木材类结构组合——CLT和混凝土框架/钢框架/木框墙结构（图2）更为合适。CLT适用于不加固地基的改扩建项目，如外围护墙体的结构加固、大跨屋顶的建造等。

2 CLT 在横向空间的运用

CLT为具有三组相互垂直对称平面的正交异性板，在每个方向上具有不同特性，可承受的各轴向荷载不同，由此能够打造独特的空间。同时由于其结构性能良好、外形美观，因此在传统钢结构建筑中可以代替部分钢结构框架（图3）。例如瑞典隆德Flyinge骑术学校使用桁架式CLT屋顶，在减少造价的同时，实现水平大跨空间。与传统框架结构相比，CLT在充当结构的同时也可以作为围护结构。

2.1 上层墙体作为上翻梁

（1）惠特莫尔路住宅

惠特莫尔路住宅位于伦敦哈克尼区摄政运河的惠特莫尔桥附近，在这座多用途建筑中，墙充当了支撑下方开放式摄影棚屋顶的深梁（图4）。这座7层建筑高20.5m，为4个客户提供了底层办公空间、2层通高照相馆和上层公寓，顶部还有俯瞰运河的宽敞露台。建造仅用了5周时间，CLT结构非常适宜于这个紧凑的城市场地。上层CLT结构结合混凝土底层基座，利用空间上方的墙作为深梁，为建筑核心区域的通高工作室创造开放式无柱空间。对于大空间上的小空间，相比于传统框架结构，CLT结构更加灵活巧妙（图5）。

（2）南格洛斯特郡和斯特劳德学院可再生能源工程技能中心

在南格洛斯特郡和斯特劳德学院（SGS）可再生能源工程技能中心改造中，采用混合CLT结构，楼板和梁使用CLT，并且将上层扶手作为上翻梁，同时增强空间的视觉美学（图6,7）。

2.2 CLT壳体结构

（1）Hunsett Mill住宅扩建

早期CLT壳体结构只能通过直线搭接，杆件主要承受法向力。使用不同类型的折板结构打造室内无柱空间，实现的跨度不算很大。Hunsett Mill房屋扩建通过模仿当地建筑语言形成复杂的折叠屋顶，连同生成的刚性平面和高强度墙体一起实现了内部无柱空间（图8,9）。

（2）剑桥大学游艇库和苏黎世动物园

剑桥大学游艇库屋顶由一块折叠的CLT板构成（图10,11），位于横跨混凝土和钢筋砌砖横墙之间的钢梁上。2014年建成的苏黎世动物园的巨型壳体结构则摆脱了直线的限制，CLT的精准切割让曲面空间成为可能（图12）。

3 CLT 在竖向空间的运用

近年来，混合木结构在竖向高度上逐渐发展，以上下混合式结构、混凝土核心筒结构和木钢混合结构三种方式为主。例如，一个8层混合木结构建筑的底部和核心筒为混凝土结构，采用CLT剪力墙和胶合木梁柱的混合结构形式；还有底部2层为混凝土结构，上部5层为轻型木结构的7层住宅楼。上下混合木结构将混凝土结构强度良好、防火性强和木结构抗震、施工速度快、保温节能、隔音效果好、节约成本的优点结合在一起。CLT自重轻的特性决定了其在竖向结构使用以及扩建中的优势，同时混合钢筋混凝土结构、钢结构等可以实现更多可能（图13）。

1 CLT 交叉层压方式

2 CLT 的木材类结构组合

3 CLT 与钢结构的混合使用图解

4 惠特莫尔路住宅结构空间示意图

5 惠特莫尔路住宅传统框架结构与CLT 结构在大小空间处理对比

6 SGS 可再生能源工程技能中心结构示意图

7 SGS 可再生能源工程技能中心室内

8 Hunsett Mill 住宅扩建立面构成

9 Hunsett Mill 住宅扩建

10 剑桥大学游艇库剖面

11 剑桥大学游艇库

3.1 混凝土核心筒结构

UBC Brock Commons学生公寓是一个多用途住宅综合体，高54m。一层为公共设施、集会空间和自修室，以及其他服务空间；二至十八层为学生宿舍，其中学习社交休息室位于十八层，10根265mm×215mm的集成材柱暴露在外。两个18层混凝土核心筒作为结构的一部分，内部布置竖向交通和服务设施。第二层钢筋混凝土转换板上方的16层上部结构由胶合层压木材（GLT）、平行股木材（PSL）柱和CLT地板组件构成，使用钢连接，不需要具有双向跨越能力的梁（图14）。

3.2 CLT木钢混合结构

在一层为混凝土结构的情况下，上部选用CLT结构既满足了美学需求，又降低了饰面成本。例如，英国第一座高层CLT结构建筑Stadthaus公寓，所有墙壁、楼板和电梯核心筒共同作用，形成非常稳定和高效的结构（图15,16）。木钢混合结构体系使用CLT构成竖向承重结构，将钢梁通过螺栓与主体结构连接，成为弱连接构件，实现了“强柱弱梁”的抗震理念。

上下混合式结构、混凝土核心筒结构和木钢混合结构各有优劣。从施工便利性来讲，上下混合的方式可以在不影响下层已完工结构的基础上继续施工，适合改扩建项目以及学校施工——避免影响教学。而增加了混凝土结构的CLT结构强度和防火等级更高，同时可以获得更大的跨度，利于营造大空间。

4 CLT 结构构件化

CLT纹理美观，同样适宜打造家具。海斯小学的扩建中，一堵76.2m长、0.635m深的墙成为学校内部空间的醒目标志（图17）。它由水平堆叠的CLT板制成，标识了循环路线，一直延伸到教室；墙上的开口提供了教学空间的视觉交流；在两侧交替设置凹槽，形成学校图书馆的书架、座椅和阅读壁龛，以及教室设备和教材的储藏室。

5 结语

可以看出，CLT在混合结构及改扩建项目中已经有丰富的运用。由于CLT水平与竖向受力的均好性，以其为主要木构件的现代混合木结构建筑已经打破了传统的层高限制。在实现我国“双碳”战略目标的过程中，木结构建筑开始受到广泛关注。而目前木材在国内建筑中应用占比不高，随着相关教材的编写，CLT体系、构件及节点设计逐渐规范化，混合木结构体系也越来越受到重视。以上实践案例中，建筑师根据CLT的特性创造建筑空间、完善结构体系，值得我们进一步学习。

12 苏黎世动物园

13 三种混合结构对比

14 UBC Brock Commons 学生公寓

＊ 本研究得到国家自然科学基金面上项目（5197081528）资助。

15 Stadthaus 公寓16 Stadthaus 公寓轴测

17 海斯小学扩建项目

1-6,8,10 作者自绘

13,14,16,17 作者自绘

7,9,11,12,15 来源于https://が.greengage-env.com