建造过程用木

胶合木和正交胶合木结构停车场. Ekorren, Skellefteå.摄影:Patrick Degerman.

现代木材建筑

木材在建筑上的应用,在瑞典有很长的历史,最古老的木建筑能够追溯到13世纪。因此,木建筑是瑞典的文化遗产。

从本世纪初开始,木建筑逐渐增多,如今,超过一半的瑞典住房为木建筑。为了区分传统、当代和未来木建筑,从1994年起建造的木建筑称为“现代木建筑”,彼时正是欧洲的建筑规范从以材料为基础转变为以功能为基础的转变。因此,现代木建筑虽没有传统历史可参考延续,但是在设计上也没有局限。建筑设计、材料、施工技术以及建造过程都在整个欧洲蓬勃发展和不断改革。

现代木建筑的主要特征,是更多地使用预制构件、较短的建设周期、细致的规划过程以及生产建造体系的质量保证。总的来看,新的条件使现代木建筑与传统的建筑产业大不相同,产品的生产和性能都有明确的标准和精确的计算,更加接近于工业化的生产体系。同样,生产制造和最终安装也需要自动化、机械化,并且遵循严格的工序,保证每个项目的精准完成。

使用木材盖房子的方法很多,主要区别在于预制化的程度。在选择木材产品和生产建造方式时,要考虑构件预制、施工周期、材料含水率以及施工气候环境之间的关系。这些关系在第79页的“建筑用木”和第81页的“施工过程中的含水率”中作了概述。越来越多的开发商和承建商将在未来面对现代木建筑,并需要获得更多的木建筑知识。所以本书也有专门的篇幅来介绍木材最终应用的产品——建筑。木建筑的内容包括本书前面介绍的木构件部分。本章节主要介绍木材和木构件作为承重材料或结构框架在施工过程中的应用。

建筑用木

八层或以上的高层建筑、体育场馆、停车场和公路桥等结构,传统上不与木材直接相关,但是,从1990年代中期开始,木结构越来越普遍运用到这些建筑结构上。

在这样的背景下,木建筑是指结构框架由木材建成。木外墙不属于承重系统,许多现代木建筑并不直接在外墙上展示木材。因此,一个有木外墙但是主体结构为另一种材料时,不被定义为木建筑。

科技的进步和新的建筑规范推动了木建筑的发展。现代国际防火研究使人们对木建筑防火能力的认识有所改观。在当今的防火安全设备保护下,并不存在整座城市大火的风险。而木材在大火中的承重能力可预见可计算,是木建筑的优点之一。

木材作为一种建筑材料,也推动了施工建造过程的升级发展。木材重量相对很轻而强度很大,非常适合制作大型、复杂的构件。木构件能够很大程度上进行工厂预制,进而将施工现场从以往的生产制造场所变为装配安装场所。这使得物流运输能像其他工业化生产行业一样能精确到分钟。像运用箱式单元模块建造木桥和高层木建筑这样的工业化建造技术,施工速度之快足以改变整个建筑市场。

框架结构建筑

木建筑的搭建方式有多种。框架结构建筑一般用于独立住宅或大型建筑。这种建造方法在美国十分常见,主要用于7层楼以下的多层建筑。这种方法适合缺乏起重机械的建筑现场。大部分的施工过程在工地现场户外进行。基本的材料为成型的木材或建筑商供应的木材,或是从木材商直接购买并进行现场切割的木材。

现场搭建墙板一般是在基础楼板或上层楼板上沿水平安装。上下楼板应事先安装好,再嵌入垂直的骨架,之后再钉上框架固定。梁架和屋顶固定在顶层楼板上,相应配上地板和天花板。

一般来说,整个楼层框架是一个开放性的结构框架,不采用板材或保温材料。之后搭建屋顶。较高的建筑在搭建框架时,可能需要安装防风板,以保证建筑稳定。在确保屋顶不透风雨之后,才能开始安装对湿度较敏感的材料,如隔音保温板、石膏板等。

瑞典HöganäsNilsson小屋,由木材和混凝土做骨架的木墙建筑,传统现场搭建方式。2012年瑞典木建筑奖提名。摄影:Åke E:son Lindman

预制装配建筑

通过预制部分结构模块,可以有效缩短现场施工时间。这些预制构件可以是墙体、地板、天花板等围护结构模块构件,或包含全部围护结构的模块单元。预制化的程度也可以不同:可以是整个建筑空间的模块单元,可以是围护结构模块单元、围护结构模块构件、也可以是电线电缆、电话线、网络、水管预埋预装,只需在现场施工时接通即可。

瑞典斯德哥尔摩Vinsta围护结构模块单元建筑. 摄影Johan Ardefors

围护结构模块单元的墙体与传统骨架墙相似。通常是提前做好保温填充,只待进行室内表面处理。外墙模块单元也有装好挂板上过底漆的。窗框通常也应提前安装。

围护结构模块元也可以是实木结构,墙体采用实木板材或正交胶合木(CLT)。内部隔墙可以各种方式围绕CLT框架搭建。墙板边缘应与楼板结构严丝合缝,形成一个完整的承重系统。

在高层住宅建筑中,为了隔音,相邻两套公寓之间的墙应分为两部分,安装时紧邻但不接触。

低层建筑围护结构单元中的楼板,结构与框架式建筑的楼板相同,板材覆盖在楼板骨架梁上,梁与梁之间间隙填充隔音材料,。在高层建筑中,楼板要求更高级的结构,以实现相邻公寓之间的防火和隔音。因此,楼板单元一般有两层,一层是结构层,一层防火隔音层。承重结构可以是传统的梁、CLT板或模块单元结构。

采用围护结构单元模块十分普遍,可用于所有类型的木材建筑:低层住宅、高层公寓楼或写字楼等。这种建筑方法要求施工现场有承重3吨的大型起重机械,一般的卡车起重机可以吊起高度有3-4层楼高。

在这种模块单元中,墙壁和楼板一般是已经完成了隔音和表面处理的,所以在运输和安装过程中,要避免雨淋。低层建筑通常能在一天内全部完成安装,并装上不透风雨的屋顶。不能在一天内完成的高层建筑,需要雨蓬遮盖保护系统。目前市场上有很多此类系统。

建筑空间模块单元

采用围护结构模块单元的建筑,20%的现场施工工程量可以在工厂进行;而采用整个建筑空间模块单元的建筑,80%的现场施工工程量能在工厂车间完成,并且符合施工场地的大小。极高的预制程度能够大大缩短施工现场的搭建时间。
一个建筑空间模块单元可以包含一个或多个房间,或是整个建筑的一部分,例如装配完全的卫生间。单元完整包含了墙壁、楼板和天花板。一个单元自成完整体系,并且可以与其他单元连接。 
建筑空间模块单元的预制程度高低各异,但是电线、电话线、网线和管道等设施一般都会预装,只需在施工现场进行接通。建筑空间模块单元的尺寸受运输条件限制。一般公路的宽度为4150mm,铁路运输尺寸略微窄一些。
现场施工安装时间较短,每天可安装20-30单元。因此,个别高层建筑能够在一天内大部分安装,并覆盖上预制屋顶。建筑空间模块单元在没有雨蓬保护的时候会受降雨破坏,所以在一个工作日内未安装到完整高度的建筑空间模块单元式建筑,一定需要安装临时雨蓬。
 

胶合木结构

混凝土木楼板结构,其他结构性构件为胶合木,Växjö工作楼。摄影:Ole Jais

胶合木结构一般采用梁柱体系,预制单元在现场进行安装拼接。与其他预制结构建筑一样,胶合木结构要求迅速安装防风雨的雨蓬保护屋顶和结构框架,而且在运输过程中也需要保护结构。胶合木还适用于其他结构,例如用于大厅和桥梁的桁架、框架、圆拱等。


Göransson体育馆的胶合木拱形结构, Sandviken。摄影:Åke E:son Lindman 

施工过程中的含水率

建筑用木材一般会干燥至适合施工现场的气候和湿度的含水率,因此,木材的目标含水率也会根据具体的施工建造方法而设定。

工业化生产时间较短,要求在结构用材有较低的含水率,比木材商出售给承建商的木材含水率更低。同时,越来越多的建筑要求在露天搭建过程中应该保持含水率不变,主要是建筑结构还未安装时的防潮,尤其应保护完全预制的模块构件,如建筑空间模块单元。不过,这种装配式建筑施工时间短,防潮保护不被雨淋的方法也很多。

低层建筑的围护结构单元模块,在运输过程中如果有防护措施,就允许轻微受潮。但是,在单元模块与基础楼板和固定衔接的地方,还是不能受潮。如今,常在基底下铺设防水防扩散的层垫防止受潮。围护结构单元模块在没有涂层保护的情况下,应做类似的防护。

建造高层建筑必须认真考虑施工期间的防水防潮措施。市面上已开发出了不同的保护方案,最先进的方法是将防水措施与起重机架结合,起到双重作用。

在雨蓬保护下进行围护结构单元模块的安装,瑞典Skellefteå。无法在一个工作日完成安装的高层建筑需要使用临时雨蓬保护。摄影:Patrick Degerman

使用框架结构时,无论楼层高低,露天施工搭建时间都相对较长。对于单座房屋,好的天气条件十分重要。然而对于长时间连续搭建的项目,必须有雨蓬保护,防止含水率上升,影响建筑质量。短时间暴露在潮湿环境下的木材,如果能够及时干燥,一般不会引发微生物生长。表面的潮湿不会在短期内渗透到木材内部,尤其是云杉。

而且,木材只要不被完全封闭在结构里,就会以极快的速度风干。但关键问题是,水分有可能在不同木构件的接触面上开始渗透,尤其是在木构件横截面或围护结构单元模块基底上,风干不太容易。所以,这些地方的含水率一定要在封闭之前进行测量。保温层、防潮层、饰面层或板材在安装前,一定要保证表面含水率低于18%。表面含水率决定了是否会滋生微生物。

为了防止墙体骨架吸收水分,骨架上浸渍防腐和打蜡后的基底和构件横截面端都要通过不吸水测试,包括其他不吸水的复合木制品材料。

详细阅读木材与环境章节,各种建筑材料的生产和用木材来建造对气候的积极作用小节。