低碳新材——CLT正交胶合木

建筑大约占了全球碳排放总量的40%，其中建筑的材料和施工约占11%。常用的现代建筑材料，如混凝土和钢铁，其生产和安装过程会产生大量的碳足迹，约占建筑碳排放总量的四分之一。为了减少建筑的碳排放，使用隐含碳更低的材料成为了一种选择。对此，很多人将目光转向了木材。木材，是历史上人类一直在使用的一种天然材料，尤其在东方文明中，木建筑占有举足轻重的作用。虽然木材又用途广泛、质量轻、易加工等优点，但是其缺陷也较为明显。耐火性差、强度较低，往往很难应用到高层、大跨等新型建筑中。不过，随着木材碳化技术的发展，各种木材产品的研发，木材缺陷得到了弥补，达到了现代建筑的建筑标准，甚至在许多方面要优于钢铁混凝土。

（Source: Global Alliance for Buildings and Construction 2018 GLOBAL STATUS REPORT)

CLT是什么？

CLT（ Cross-laminated timber）被称为正交胶合木，组成CLT的木板厚度为5/8~2英寸，宽度一般在2.4~9.5英寸之间，通常通过指形接合或结构型胶黏剂连接在一起，可以定制成不同形状。与我们熟知的胶合板（Plywood)或胶合层压板（Laminated timber、Glulam）不同，胶合板是由比较薄的木单板制成，常用于建筑装饰等。胶合层压板是在相同纤维方向上胶合而成的板材，根据其用途，木材可取自各种硬木大树，可用于建筑梁桥等。而CLT是由云杉等木材制成胶粘而来的多层板材，每层木板成90度交错叠放，使得CLT在各个方向上都有较强的稳定性，常用于建筑支撑结构及围护结构方面。

CLT技术在20世纪90年代早期首先在德国和奥地利开发和使用，由于其可持续性和对环境无害的影响，同时也改善市场营销和可用性，到20世纪90年代中期，CLT技术在意大利多罗米蒂地区进行更广泛的研究与应用，当地政府、大学与企业对该技术系统的防火、防震、结构等多方面进行了十多年的研究，形成了今天被用于各种建筑系统（如单户住宅和多层建筑）的CLT体系。

CLT通常由3~9层奇数木板、木纹方向呈90度交错贴合而成。材料既有木材的纹理和质感，也有钢筋混凝土的强度，同时隐含碳量极低，能够满足减少碳排放这一新时代建筑实践的需求。目前，欧洲和北美陆续建造了多栋完全由CLT组成的多层建筑，并且在不断完善木构相关的设计规范，探索这一新型材料未来在建造和节能减排方面的应用潜力。

CLT产品的常见宽度为0.6,1.2,2.4,3m,长度可达18m，厚度可达508mm。因为CLT相邻层的正交结构，使其在材料主次方向均具有相同的干缩湿胀性能，整体的线干缩湿胀系数仅0.02％，其尺寸稳定性是实木和胶合木横纹的12倍。

在2021年国际建造法规（International Building Code）对于CLT等质量木材做结构的建筑规定中，增添了三种新的建造类型，分别为：

1. 建筑最高可做到十八层，所有木材均须包裹防火层；

2. 建筑最高可做到12层，部分木制墙面和天花可以裸露；

3. 建筑最高可做到九层，除了机井等处，全部木质结构均可裸露，且需满足两小时的抗火要求。

在新的规定下，CLT的应用范围得到了进一步扩展，可以用作更高楼层建筑的主要结构材料；由于CLT本身具备的多方向稳定特性，在建造时能够满足较大跨度的需求，并且不需要设置横梁，节省材料。在施工中，CLT通常采用工厂预制，现场安装的方式，大大降低了施工难度，缩短工程时间。与其他木材饰面一样，CLT也可以裸露在外，展现木材本身的自然纹理，使空间更加美观舒适。

2021年国际建造规范中可以使用质量木材作为结构材料建造的建筑类型

在结构与美观之外，CLT也是一种颇具潜力的低碳材料。过去十年，不同研究者和机构对木制建筑、包括胶合木和CLT建筑在碳排放方面的表现做了多项研究。研究材料对环境的影响，通常包含原材料获取和加工、运输、施工、使用、拆除和再利用等几个阶段。CLT在原材料获取加工以及回收再利用阶段的碳排放要明显低于钢筋混凝土，尤其是再利用阶段，由于木材本身的固碳特性，甚至可以吸收大量二氧化碳。从材料的全生命阶段来看，如果用木材替换传统的钢筋混凝土结构，可以减少80%左右的温室气体排放。

(Source: Comparative Life-Cycle Assessment of a High-Rise Mass Timber Building with an Equivalent Reinforced Concrete Alternative Using the Athena Impact Estimator for Buildings）

在一篇文章中用雅典娜软件模拟计算了一栋用CLT建造的MT建筑和RC建筑的材料全生命周期碳排放，MT建筑在建材生产阶段比RC建筑的碳排大幅减少，同时它在生长阶段有大量的碳汇。如果不计入碳汇部分，MT建筑材料是RC建筑材料碳排放的80%不到；如果计入碳汇部分，MT建筑材料碳排放仅为RC建筑材料碳排放的四分之一。

CLT建筑案例

Catalyst大楼，华盛顿

业主对于可持续的目标之一是设计并建造一栋木制大楼，不仅比传统的钢筋混凝土建筑更加节能，还可以展现CLT在美学、能效和环境保护等方面的优势。在木结构重力系统之外，设计还在其他地方应用了CLT材料，包括建筑横向支撑系统等。多余的外立面预制板材则被回收用作逃生楼梯踏板。

2. Sands End艺术和社区中心，富勒姆

建筑中超过35%的部分使用再生材料，同时，由专门渠道生产的CLT木结构本身就能耗极低。设计师还将可回收的施工材料纳入考量，如用螺栓代替粘合剂，方便未来拆卸。

3. STOREY新楼：Orsman大街6号，伦敦

项目主要采用交错层压木（CLT）进行建造，相比于混凝土和钢材，CLT在生产过程中所需的水和能源都要更少。建筑的内部空间同样使用了裸露的木结构，以最大程度地减少饰面的需求量。此外，施工产生的废料也得到了转化，被用于制作共享空间内的家具。

4. Freebooter公寓楼，阿姆斯特丹

在最初的研究中，设计团队对混凝土结构和交叉层压木材结构进行了对比测试。结果表明，交叉层压木材结构的性能优于混凝土结构，且可以缩短施工时间。同时鉴于木材自带储存二氧化碳的能力，建筑的碳排放量也能得到一定的优化。此外，交叉层压木材结构在成本造价上也比混凝土结构便宜10%。综上，设计团队最终选择了交叉层压木材结构作为本项目的结构解决方案。

5. Macquarie大学孵化器，澳大利亚

建筑主要建造材料为木材；大部分模块化的组件都是预制的，以确保快速施工及尽量减少对大学正常学期的影响。建筑在ARUP Structure（悉尼）专业技术人员指导下，使用各种经过认证的木材种类：使用交叉层压木材（CLT）的屋顶天花板、单板层积材（LVL）大跨度梁，与V型胶合板柱子构成建筑盒式结构体系。该系统是实现高效扩展结构、制造安装的理想选择，并且在统一的结构体系中增加了视觉活力。

6. Mjstrnet综合大楼，挪威世界上最高的木结构建筑