從溫哥華到維也納，全球各地有許多木質(zhì)摩天樓正拔地而起。它們是足夠堅(jiān)固嗎？它們會(huì)腐爛嗎？它們會(huì)被燒毀嗎？
1903年，當(dāng)位于美國(guó)俄亥俄州辛辛那提市的英格爾大廈（Ingalls Building）揭幕時(shí)，沒(méi)有人相信它會(huì)在1個(gè)世紀(jì)后依然屹立不倒。事實(shí)上，許多人擔(dān)心它是否能挺過(guò)揭幕儀式的當(dāng)天晚上。這座高16層高的龐然大物是世界歷史上第一棟混凝土摩天大樓。以前，這樣的高樓都是用結(jié)實(shí)的金屬合金制造的，比如鋼筋，混凝土還處于實(shí)驗(yàn)性質(zhì)。
媒體對(duì)英格爾大廈進(jìn)行了各種各樣的猜測(cè)。有些人說(shuō)，英格爾大廈會(huì)在自己的體重壓力下崩潰。另一些人甚至認(rèn)為它可能會(huì)被風(fēng)吹垮。據(jù)說(shuō)當(dāng)支撐物被移除時(shí)，有位當(dāng)?shù)赜浾哒刮疵?，希望能在第二天早晨搶先?bào)道英格爾大廈崩塌的新聞。到了2017年，我們即將迎來(lái)一場(chǎng)新的革命——木制摩天樓。這聽(tīng)起來(lái)似乎非常荒謬，就像現(xiàn)代版的建筑寓言故事《三只小豬》。但它真的發(fā)生了，這些木質(zhì)摩天樓足夠堅(jiān)固嗎？它們會(huì)腐爛嗎？它們會(huì)被燒毀嗎？
CF Moller Architects建筑師事務(wù)所合伙人奧拉·強(qiáng)森（Ola Jonsson）表示，木頭建筑有許多優(yōu)點(diǎn)。強(qiáng)森設(shè)計(jì)的34層木質(zhì)建筑贏得了設(shè)計(jì)大獎(jiǎng)。首先，木質(zhì)大樓的建造速度更快，因?yàn)榧词故卿摻Y(jié)構(gòu)的摩天樓都需要使用混凝土地板，它可能需要幾周的時(shí)間才能烘干。每層都需要幾周時(shí)間。另一方面，木質(zhì)面板可以在工廠被切割成精確尺寸，而且在幾小時(shí)內(nèi)就可以被切割完成。
其次是重量問(wèn)題。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，位于哈克尼市的9層建筑Murray Grove都是世界上最高的木質(zhì)大樓。這棟大樓的設(shè)計(jì)師、Waugh Thistleton Architects負(fù)責(zé)人安東尼·迪斯特里頓（Anthony Thistleton）表示：“如果我們用混凝土建造，它將需要用900輛重型卡車隆隆地穿過(guò)倫敦，運(yùn)送所有材料。然而最終，我們只用了100輛重卡?！?/p>
▲帝國(guó)大廈上的建筑工人，首批摩天樓是使用鍛造的鋼或鐵建造的
木質(zhì)建筑對(duì)環(huán)境的好處勿需多言。雖然我們通常不去考慮建筑的碳足跡，但混凝土和鋼筋實(shí)際上是“隱形的超級(jí)壞蛋”，它們分別占全球排放總量的8%和5%。另一方面，樹(shù)木卻可以積極吸收二氧化碳，并將其鎖在木材中。
如今，從挪威到新西蘭，全世界的木制摩天樓都在拔地而起。在明尼阿波利斯市，有高達(dá)18層的T3項(xiàng)目，它由松樹(shù)和山松甲蟲(chóng)共同建成，山松甲蟲(chóng)是一種生活在樹(shù)皮中的微小昆蟲(chóng)。造價(jià)5800萬(wàn)美元的HoHo塔目前正在維也納建造，它使用時(shí)髦的云杉。而斯德哥爾摩提意建造的Trtoppen高達(dá)133米，在瑞典語(yǔ)中翻譯為“樹(shù)頂”，它將坐落在上世紀(jì)60年代的一個(gè)停車場(chǎng)上。
正如你所預(yù)料的那樣，保險(xiǎn)公司并不為此高興，但建筑師卻下定決心要帶領(lǐng)我們進(jìn)入“森林復(fù)興時(shí)代”。他們?cè)O(shè)想在整個(gè)城市中建造木材建筑，強(qiáng)森說(shuō)：“我們想要在這個(gè)層面上談?wù)?，森林里充滿了巨大的膠合板摩天樓?！?/p>
木材可能是21世紀(jì)最先進(jìn)的建筑材料，但它已經(jīng)與以前截然不同。位于中國(guó)的佛宮寺釋迦塔是最古老的木結(jié)構(gòu)建筑之一，它是由遼代皇帝興宗在祖母家舊址上建造的，沒(méi)有使用任何釘子、螺絲或螺栓。然而，在精湛的工藝和堅(jiān)固的設(shè)計(jì)支持下，這座寶塔在900年后依然屹立不倒。釋迦塔高67米，它曾經(jīng)是世界上最高的木材建筑，直到HoHo塔建成之前都是如此。
釋迦塔至少經(jīng)歷了7次大地震襲擊，其中一次發(fā)生在1556年，導(dǎo)致近100萬(wàn)人喪生。這是很有道理的，因?yàn)槟静谋旧砭邆鋸椥?。?dāng)?shù)孛骈_(kāi)始搖晃時(shí)，木質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)在不倒塌的情況下擺動(dòng)。在像新西蘭這樣易發(fā)地震區(qū)，大多數(shù)房屋都是木制的。
幾千年來(lái)，森林木材始終是首選的建筑材料。在中世紀(jì)的英格蘭，房屋、辦公室、堡壘、工廠、教堂，甚至城堡都是木制的。原始木材的彈性令人難以置信——除非處于潮濕環(huán)境下，否則它不會(huì)腐爛。新西蘭PTL咨詢公司首席結(jié)構(gòu)工程師安迪·布坎南（Andy Buchanan）說(shuō)：“如果你能保持干燥，它將永遠(yuǎn)保留下去?！?/p>
許多古老的木制建筑都經(jīng)歷了特殊的加工，從英國(guó)鄉(xiāng)村風(fēng)格的都鐸式房屋到挪威的童話式教堂，它們都是由叫做malmfuru的特殊冷杉雕刻而成的。前者通常會(huì)被鋪上一層木條，并用稻草混合泥土或動(dòng)物糞便覆蓋。布坎南說(shuō)：“而現(xiàn)在，我們把木結(jié)構(gòu)包裹起來(lái)，比如玻璃或織物。如果你想讓這棟建筑看起來(lái)像木質(zhì)，還可以使用包層?！?/p>
▲挪威的木質(zhì)教堂。在挪威，有1000多座木質(zhì)教堂，但大多數(shù)都被燒毀了，或者被天氣破壞了
大量木質(zhì)建筑沒(méi)能保存下來(lái)的主要原因是火災(zāi)。在木材時(shí)代，幾乎每個(gè)城市都發(fā)生過(guò)大火。公元64年，羅馬曾發(fā)生持續(xù)了6天大火。1657年，日本明歷年間大火燒毀了整個(gè)江戶市(現(xiàn)稱東京)，并奪去了超過(guò)10萬(wàn)人的生命。在美國(guó)，紐約、芝加哥、華盛頓以及舊金山都發(fā)生過(guò)火災(zāi)。1666年的大火摧毀了倫敦成千上萬(wàn)的建筑，導(dǎo)致倫敦建筑風(fēng)格發(fā)生重大轉(zhuǎn)變。它預(yù)示著一個(gè)新時(shí)代的到來(lái)，這座城市在石頭和磚塊中重建。
木材建筑是個(gè)可怕的錯(cuò)誤嗎？事實(shí)上，罪魁禍?zhǔn)撞⒎鞘悄绢^本身。布坎南表示：“我說(shuō)的那些高大的建筑是用工程木材建成的，許多小塊木頭被粘合起來(lái)。主要有三種木材類型：第一種是粘著膠層的木材，它被直接用于橫梁和柱子，可以存在50年或更長(zhǎng)時(shí)間；第二種是層壓板材LVL，其強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度相同。第三種屬于最新材料，被稱為交叉層壓木材(CLT)，越來(lái)越受歡迎?！?/p>
CLT是一種非常神奇的材料。它由多層薄層木頭縱橫交錯(cuò)壓成，并使用防火膠黏合在一起，這種“類固醇膠合板”被認(rèn)為與結(jié)構(gòu)鋼的堅(jiān)韌性相當(dāng)。它還改變了任何板材的弱點(diǎn)，如果被弄濕，木材也不會(huì)翹曲。它被做成巨大的、扁平面板，寬達(dá)6米、厚約50厘米，可以整塊使用以形成整面墻、地板或屋頂?shù)囊徊糠帧Ｃ姘宓某叽缰陵P(guān)重要，迪斯特里頓說(shuō):“如果你要生火，每個(gè)人都知道不該使用巨大的原木。點(diǎn)燃它們需要很長(zhǎng)時(shí)間，而碳化現(xiàn)象實(shí)際上保護(hù)了下面的木材不受火的威脅。”
▲蒙大拿海倫娜附近的山松甲蟲(chóng)。交叉層壓木材通常是由木材廢料制成的，比如森林邊緣的細(xì)樹(shù)，或者被山松甲蟲(chóng)殺死的樹(shù)木
如果你需要更多的安慰，今年早些時(shí)候高層木質(zhì)建筑委員會(huì)（Committee on Tall Wood Buildings）的一項(xiàng)研究可以幫你。這項(xiàng)測(cè)試是在弗吉尼亞的火研究實(shí)驗(yàn)室（Fire Research Laboratory）進(jìn)行的，這里有最先進(jìn)的設(shè)備，科學(xué)家們可以在火上點(diǎn)燃物體，然后觀察到底發(fā)生了什么。當(dāng)他們點(diǎn)燃了兩套由工程木材制成的一居室公寓時(shí)，大火熊熊燃燒，直到燒毀了所有家具才熄滅。里面的東西都變成了灰燼，但木結(jié)構(gòu)本身卻只被燒焦了，并保持著原樣。
除了防止火災(zāi)蔓延外，最重要的因素之一就是弄清楚CLT被加熱時(shí)會(huì)發(fā)生什么。在這方面，這些材料的性能也在鋼鐵和混凝土之上，因?yàn)楹髢烧咄鶗?huì)融化和削弱。迪斯特里頓表示：“我們?cè)谡n堂上經(jīng)常用到一張圖片。在一個(gè)被摧毀的火場(chǎng)，有一個(gè)巨大的木柱支撐著一根木梁，而頂部的鋼梁則完全融化了?！?/p>
正如今年早些時(shí)候Grenfell塔發(fā)生的悲劇給出的提示那樣，在高層建筑中，消防人員面臨的火災(zāi)威脅甚至更大，消防員很難到達(dá)頂層。根據(jù)布坎南的說(shuō)法，這是木質(zhì)建筑通常低于10層的原因之一。如今，最高的木質(zhì)建筑是Brock Commons，它是不列顛哥倫比亞大學(xué)的一所住宅建筑。它的電梯井和樓梯井是用混凝土建造的，但是所有的橫梁、柱子和地板都是木頭材料。布坎南表示：“當(dāng)你走進(jìn)大樓的時(shí)候，你根本看不到任何木材。這是出于防火安全考慮，所有木材都用防火石膏板覆蓋?！?/p>
此外，木質(zhì)建筑太高還會(huì)帶來(lái)一系列其他問(wèn)題。對(duì)于大多數(shù)摩天樓來(lái)說(shuō)，最主要的問(wèn)題就是它們自身的重量。它們使用的建筑材料必須足夠堅(jiān)固以支撐自己的體積，否則結(jié)構(gòu)就會(huì)坍塌，這就是20世紀(jì)初所有人都對(duì)英格爾大廈如此擔(dān)心的原因。但是木質(zhì)建筑很輕，主要的挑戰(zhàn)不是如何利用它們，而是如何預(yù)防它們掉下來(lái)。當(dāng)你升到更高空的時(shí)候，風(fēng)速就會(huì)變得更快。在世界最高建筑——迪拜哈利法塔的頂部，風(fēng)速甚至可達(dá)每小時(shí)150公里。這些橫向力量已經(jīng)困擾了摩天樓許多年，也是它們結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的主要因素。
建筑物越重越好。在強(qiáng)風(fēng)中，紐約的特朗普大廈在1995年被混凝土柱子加固之前，總是以令人眩暈的、但完全安全的程度搖晃?？朔举|(zhì)建筑這個(gè)問(wèn)題的一種方法是給它們一個(gè)具體核心，但是有些建筑師認(rèn)為這是作弊。
▲有些設(shè)計(jì)，比如由CF Moller Architects建造的22層建筑，使用了木材和混凝土
這就給我們帶來(lái)了第二個(gè)問(wèn)題。盡管工程木材的面板特別堅(jiān)固，但如何將它們連接起來(lái)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。布坎南說(shuō):“為了阻止大樓被吹垮，你需要很多很多的墻壁和地板?！痹谧≌ㄖ?，這不是問(wèn)題，因?yàn)樘旎ò宀恍枰敲锤?，建筑師可以把建筑分割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的房間。但是像辦公室和商店這樣的開(kāi)放環(huán)境，這是一個(gè)真正的考驗(yàn)。
在一定高度上，這些建筑往往需要更堅(jiān)固的錨固，比如從底部一直到大樓頂部的鋼條。這些只是部分原因，從技術(shù)上講，還沒(méi)有任何純木制的摩天樓。建筑信息數(shù)據(jù)庫(kù)Emporis Standards Committee表示，摩天大樓應(yīng)該至少有100米高。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了目前計(jì)劃建造的任何木質(zhì)建筑的高度。
對(duì)于迪斯特里頓來(lái)說(shuō)，目前用木頭建造建筑的時(shí)尚是一種炫耀的方式，他說(shuō)：“我們應(yīng)該以環(huán)保的理由來(lái)使用木材建造建筑，而建造最高建筑的需求只是建筑師自我意識(shí)的表現(xiàn)。除了鎖住二氧化碳外，所有的木質(zhì)建筑都有更好的環(huán)保資質(zhì)?！痹诠四岬腗urray Grove，人們不使用暖氣，因?yàn)槟静氖且环N很好的絕緣體。
強(qiáng)森對(duì)此表示贊同，他說(shuō)：“用木頭建設(shè)100米高的建筑是件很棒的事。我們已經(jīng)做了計(jì)算，理論上是可行的，但也有一些重大挑戰(zhàn)。最重要的是，1立方米的木材會(huì)產(chǎn)生1噸二氧化碳。20世紀(jì)是混凝土?xí)r代，一切似乎都與人類對(duì)自然的統(tǒng)治有關(guān)?，F(xiàn)在，我們正在轉(zhuǎn)向一種不同的態(tài)度，做更有教養(yǎng)的人，歡迎回到木材時(shí)代！”
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