CLT 在工程中的应用（二）—装配式CLT 公共建筑

彭思，黄素涌，熊海贝，王建和，张龙，曹龙

（1.西南林业大学材料科学与工程学院 云南 昆明 650224）

（2.同济大学土木工程学院 上海 200092）

（3.宁波中加低碳新技术研究院有限公司 浙江 宁波 315000）

0 引言

随着社会经济的发展，人们对公共建筑的要求越来越高，健康、绿色、和谐的人居环境是每个人的理想，我国的建筑行业也迎来了创新升级的契机。装配式建筑作为一种全新的建筑形式，近年来受到越来越多的关注。目前，国内的装配式建筑还很少，尤其是现代木结构建筑还存在空白[1-6]。目前国内已建成了国内首条具有独立知识产权的交错层压木材（CLT）生产线[3]，并将生产的CLT 材料应用到装配式建筑当中，建成了国内第一栋装配式CLT 公共建筑—OTTO Café 咖啡屋。本文以此项目为例，介绍CLT 在装配式公共建筑中国的应用。

1 项目概况

OTTO Café 是2016 年高校木结构设计邀请赛第一名的设计项目，经过宁波中加低碳新技术研究院有限公司与同济大学的修改，将OTTO Café的部分模块移至浙江省宁海县建造，建筑功能也转变为兼具备餐、展示和商务等功能的综合建筑。OTTO Café 实际建造主体建筑面积为133 m2，户外平台面积为173 m2。CLT 板材用量总计为62.5 m3，其中主体结构CLT 用量为26.2 m3，户外平台CLT用量为36.3 m3。从参赛展示到落地修建，OTTO Café 的整个建造过程充分体现了CLT 装配式建筑的灵活性和可适应性。总体建筑设计效果见图1，总建造工期为16 天。

图1 OTTO Café 总体建筑效果

2 项目建筑的装配化设计

OTTO Café 的设计选用目前国际上最新和最流行的工程木制品—正交胶合木（CLT）板材。本项目所用CLT 是通过把厚度为15～35mm 规格的锯材等单元通过干燥、分等、表面加工、铺层、涂胶、纵横交错层积和加压胶合等工序而制成的新型装配式建筑预制型板材。CLT 预制板轻质高强，可充分发挥木材强重比高的优势，板材幅面大，厚度可至300mm，容易实现模块化生产，预制成墙板、楼板、屋面板及各类特殊要求的板材，实现各类建筑的现场组装和装配式建造。CLT 的重量约是传统钢筋混凝土的20%左右，作为墙体材料时厚度可缩小约1/3。与常用的胶合木材料相比，CLT 板材具有幅面大、更快的施工速度以及良好的双向力学性能，能够实现装配式预制板结构的理念[5]。这种区别于传统木结构梁柱体系的大板结构体系，其承重结构与围护结构一体化的优势可以实现最大程度的工厂预加工，提高预装配率和建造效率。CLT 预制板和钢筋水泥预制板的性能差异，见表1。

表1 CLT 预制板和钢筋水泥预制板的性能比较

2.1 结构设计

CLT 板材作为主要承重结构，且满足建筑空间要求，利用结构互承概念，通过基本单元相互组合找到16 种组合形式，并通过有限元分析进行结构受力、变形分析和节点设计。建筑师与结构工程师在方案构思期间的共同合作，可以快捷且有效地确定建筑方案。结构分析与优化流程见图2。

2.2 模块设计

建造OTTO Café 的CLT 预制板产品由宁波中加低碳新技术研究院有限公司采用北美进口的50.8 mm×152.4 mm 铁杉规格锯材生产制作，密度约500 kg/m3，板材的厚度为105 mm，铺层配置为35mm（//）-35mm（⊥）-35mm（//），板材的幅面可按用户需要定制[6]。经计算，OTTO Café 的主体建筑面积为133 m2，使用的CLT 板材规格为3.6 m×1.2 m，用量为26.2 m3；户外平台面积为173 m2，使用的CLT 板材主要规格为4.2 m×1.2 m，CLT 用量为36.3 m3；建筑高度为3.7 m，层数为1 层。不同等级CLT 预制板的极限抗弯承载力，见表2。

图2 OTTO Café 结构设计流程

表2 三层CLT 预制板的极限抗弯承载力

2.3 连接设计

OTTO Café 的连接件采用意大利Rothoblaas 公司的产品，包括L 型金属连接件、自攻螺钉和短钉。CLT 墙板和墙板的连接及CLT-CLT 墙板和混凝土地基的连接采用L 型金属连接件，木结构连接件包括自攻螺钉、L 型金属连接件和短钉。连接方式见图3～4。

图3 墙板和墙板的连接

图4 墙板和混凝土地基的连接

2.4 装饰设计

采用外观等级较高的加拿大铁杉锯材制作CLT 内外墙板，产品不但可承重，而且内外可暴露，体现了木材的舒适性，优良的装饰性能和美感，兼具优异的保温，隔音和隔热性能。装修时，只需在CLT 板面涂刷环保耐候的户外涂料，室内CLT 墙面只需涂刷环保的水性涂料即可，达到装修节能、节材和环保的要求。

3 建造与验收

项目的建造流程详见图5～图6，装配式结构工程所用的原材料、构配件，均按检验批次进行进场验收。焊接、螺栓等连接材料的进场按现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205 的有关规定进行查验，现场查验结果符合规范要求。

装配式建筑的饰面质量符合设计要求，并经查验符合现行国家标准《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210 的有关规定。

4 结语

OTTO Café 是中国首个装配式CLT 木结构的公共示范建筑，CLT 建筑承重和装饰效果好，预制率高，保温和防火性能优异，建造速度和资金周转快，这些优点正在被大众所认识，市场前景非常广阔。但目前在中国，CLT 建筑的造价约为5 000/m2元，相对钢筋混凝土结构和轻型木结构要高一些。CLT 产品既可做承重结构材，如墙板、楼板和屋面板，又可作装饰材，如内隔墙、台面和桌面，可用于低层、多层和高层的民用和工业建筑，代替传统钢筋混凝土和砖混结构；也可部分替代，与钢材和混凝土等混合使用，以降低建造成本。

通过以上实际实施案列的介绍，可以看出：CLT 建筑可广泛用于农房、民居、旅游地产（低层装配式木结构）；政府或企业示范工程（低、多和高层装配式木结构）；各类装配式混合结构建筑（钢筋水泥＋CLT 或轻钢＋CLT 或平改坡）；活动房屋等。CLT 预制板还也可应用于临时道路、道桥工程和建筑施工用的各种重载平台。

图6 OTTO Café 示范建筑