歡迎回到「木製大樓」時代

(圖片來源:C.F. Møller / Dinell Johansson)

扎裏亞·高威特 (Zaria Gorvett)

1903年,俄亥俄州辛辛那提的英格爾斯大廈(Ingalls Building)揭幕。當時,沒有人會相信這座建築物在一個世紀以後仍會屹立不倒。事實上,有人還覺得它過不了一晚上就會倒塌。

這座16層高的建築物是世界歷史上第一座水泥摩天大樓。此前的摩天大樓都採用結實的合金,比如鋼——所以水泥的實驗性極強。媒體紛紛作出瘋狂的預測。

有媒體稱,它會無法承受自身的重量,出現裂縫,然後崩塌。也有媒體認為它會被風吹倒。甚至當時還有這樣一個傳聞:當腳手架等移除以後,當地的一名記者徹夜未眠,希望第二天一早就報道這個大樓倒塌的獨家新聞。

2017年,我們正處於一場全新革命的風口浪尖:木製摩天大樓。這個想法聽起來十分可笑,就好像是寓言故事《三隻小豬》(Three Little Pigs)的現代版。但這場革命確實正在進行。木製摩天大樓足夠牢固嗎?會不會腐爛?不會遭遇火災嗎?

"木材有一些重要的優點——你有多少時間?"C·F·慕勒(C.F. Møller)建築師事務所的助理合伙人歐拉·瓊森(Ola Jonsson)說。該公司設計的一座34層木製大樓方案剛在一場比賽中獲勝。

首先,木質建築物的建造速度更快,因為即便是鋼鐵建造的摩天大樓也要幾個星期水泥地板才會變幹。每層地板都要等上幾個星期。其次,木板可以在工廠中切割成精確的尺寸,在數小時內完成拼裝。

接著是重量的問題。在很長一段時間內,位於倫敦哈克尼區(Hackney)的九層住宅樓穆雷格羅夫(Murray Grove)曾是世界最高木製樓。"如果它以水泥為材料,那就需要900輛重型貨車(HGV)穿過倫敦將所有材料送達。"沃夫西斯爾頓(Waugh Thistleton)建築師事務所的創始總監、該建築物的設計師安東尼·西斯爾頓(Anthony Thistleton)說。後來,他們只用了100輛重型貨車運送材料。

摩天大樓
最早的一批摩天大樓是用熟鐵或鋼鐵建造(圖片來源:Wikimedia Commons/Lewis Hine)

另外還有環境方面的好處。雖然我們通常不會考慮建築物的碳排放,但是水泥和鋼鐵看不見的碳排放罪魁禍首,分別佔全球碳排放總量的8%和5%。而樹木會主動吸收二氧化碳,並將其鎖在木頭裏面。

如今,木製摩天大樓已經遍及挪威、新西蘭等世界各地。在美國明尼阿波利斯(Minneapolis)有一個18層的T3項目,它以被松甲蟲啃倒的松樹為材料(松甲蟲是生活在松樹樹皮裏的害蟲);維也納還有一個投資6000萬歐元、以雲杉木為材料的HoHo大廈正在建造中;斯德哥爾摩計劃建造高133米、名為Trätoppen的木質大廈。Trätoppen是瑞典語,意為"樹梢"。它將建在一個20世紀60年代的停車場上。

如你所料,保險公司對此並不感冒。但是一些具有叛逆精神的建築師決心帶領我們掀起木製建築的文藝復興。他們設想了全部是木製建築的城市——一片牢固的木製摩天大樓森林。"我們希望在該層面上展開討論,"瓊森說。

木材可能是21世紀最先進的建築材料,但這不是我們的發明。中國山西省朔州市應縣的佛宮寺釋迦塔(又稱應縣木塔)是世界上現存最古老的木結構建築之一。它是遼道宗皇帝在他祖母的住處建造的,沒有使用釘子,螺絲或者螺栓。

高超的工藝和堅固的設計讓這座木塔屹立900年不倒。塔高67米,仍是世界上最高的木建築——至少在HoHo大廈建成之前是這樣。它經過了至少七次嚴重地震,包括1556年造成近100萬人死亡的大地震。原因顯然是木結構的靈活性較好。當地面開始震動時,木結構會搖晃,但是不會倒塌。在新西蘭等容易遭受地震的地方,大部分房屋都是木結構。

在長達一千年的時間裏,森林常常是唯一的建築材料來源。在中世紀的英國,房屋、辦公室、要塞、工廠、教堂甚至城堡都是木製。原木的韌性非常強——除非把它弄濕,否則不會腐爛。"如果保持乾燥,它永遠都不會壞,"PTL諮詢公司的首席結構工程師安迪·布坎南(Andy Buchanan)說。

從都鐸王朝的鄉村橡木房屋到挪威童話般的木板教堂(用一種名為"malmfuru"的特別樅木雕刻而成),很多古代木建築都處於糟糕的氣候下。前者常常會包裹一層編木藤加泥,就是把混入泥土或動物糞便的稻草包在木條上。而木板教堂則會在地面加高,以保持乾燥。

木板教堂
挪威曾經有1000多個木板教堂,但是大多數都被燒燬,或者因氣候而被摧毀(圖片來源:Alamy)

"現在,我們會把木結構包裹在防潮材料裏,比如玻璃或纖維。如果你希望房子看起來有木製風格,你可以使用包覆板,"布坎南說。

世界上不存在大片古老木建築群的主要原因是火災。在木建築的時代,幾乎每座城市都起過大火。公元64年的羅馬大火(Great Fire of Rome)持續了六天。1657年發生了明歷大火(Great Fire of Meireki),江戶(現東京)化為焦土,10萬人在火災中喪生。美國的紐約、芝加哥、華盛頓和舊金山都曾發生過火災。

1666年的倫敦大火後出現了重大的轉折。當時的大火燒燬了數萬棟建築。它開啟了一個新的建築管理規章制度時代,開始用石塊和磚重建倫敦。那麼回歸木材會不會是一個可怕的錯誤?

實際上,木製高樓並不是指直接使用木頭。"我所說的高層建築用的是工程木材——膠合的小塊木頭,"布坎南說。主要有三種。"第一是用於直梁和直柱的層板膠合木。這種木材已經使用了五十多年。第二是單板層積材(LVL),它的強度相當於水泥。最新的材料是交錯層壓木材(CLT),現在才開始快速發展。

交錯層壓木材的確是一種神奇的材料。它是用防火膠水把交叉的薄木片粘合起來,據稱這種類固醇木材的強度相當於鋼結構。紋理方向交錯增大了木片的強度,當木片變潮時還能阻止材料變彎。最大的尺寸是六米寬、50厘米厚,可用來製作整塊牆壁、地板或房頂的一部分。

木板的尺寸很重要。"如果要生火,大家都知道不能用大圓木,"西斯爾頓說,"它是很難引燃的。它一開始就會燒焦,保護下層的木頭。"

森林
交錯層壓木材通常是用廢木料製作,比如森林邊緣較稀疏的樹木,或者被松甲蟲蛀壞的松樹(圖片來源:Alamy)

如果你有點擔心,那麼不妨看一下今年早些時候高層木建築委員會(Committee on Tall Wood Buildings)的研究。美國最先進的研究機構弗吉尼亞州消防研究實驗室(Fire Research Laboratory)進行測試,科研人員點燃材料,並觀察會發生什麼。他們點燃了兩個用工程木材建造的一居室公寓,裝修的部分被燒燬之後,火自然熄滅了。一些東西被燒成了灰,但是結構本身燒焦後保持完好。

除了阻止火勢蔓延以外,交錯層壓木材更重要的好處之一是當溫度升高時它自身的表現。在這方面,木材完勝鋼鐵和水泥,因為它們在溫度升高時一般會融化,強度變弱。"我們在講課時經常使用一幅照片:在一個火災現場只剩下巨大的木柱子,支撐住木橫樑,而上面的鋼橫樑已經完全熔化了,"西斯爾頓說。

今年早些時候,格倫費爾塔(Grenfell tower)發生的慘劇說明高層建築的防火難度更大,消防員很難夠到高層。布坎南認為,這也是木建築通常不超過十層的原因之一。

目前最高的木建築是不列顛哥倫比亞大學(University of British Columbia)的學生公寓(Brock Commons)。它的電梯井道和樓梯間是用水泥建造的,但是所有的橫樑、柱子和地板都是木製。"進入大樓時,看不到任何木頭。這是為了消防安全——整體都覆蓋了防火石膏板,"他說。

此外,高層樓房還會帶來一系列問題。大多數摩天大樓都會遇到重量的問題。材料的強度必須足夠支撐自重,否則建築物會坍塌——20世紀初人們對英格爾斯大廈的擔憂也是同樣原因。

但是木建築的重量很輕,主要的挑戰不是保持建築不倒,而是扎穩根基。越高的地方,風速也越快。在世界第一高樓迪拜的哈利法塔(Burj Khalifa),風速可能達到150公里/小時。多年來,這些橫向的作用力困擾著高層建築,也是結構設計時首先需要考慮的因素。

這時候建築物的重量越大就堅固。當風速很大時,紐約的特朗普大廈(Trump Tower)會晃的讓人感到頭暈目眩,但仍然是絶對安全的,該問題直到1995年它的水泥柱進行了強化改造才解決。一種解決方式是在木建築的中間加一個水泥芯,但是一些建築設計師認為這樣做是造假。

建築
一些設計,比如C·F·慕勒(C.F. Møller)設計的這棟22層建築,混合使用了木材和水泥(圖片來源: C.F. Møller)

這又引出了第二個問題。雖然一塊工程木板很堅固,但是很大的一個難點是如何把它們連接起來。這麼大規模的工程,釘子和螺絲無法解決問題。"為了防止建築物被風刮倒,你需要很多的牆壁和地板,"布坎南說。

居民樓沒有這個問題,因為天花板不需要很高,建築師可以把整棟樓變成蜂窩式隔間。真正的考驗是開放式布局的辦公樓和商場。在超過了一定的高度後,這些建築物需要重型錨定,比如從樓底到樓頂貫穿整棟樓的鋼柱。

以上是我們在理論上還沒有真正意義上的木製摩天大樓的部分原因。建築物信息數據庫機構安波利斯標凖委員會(Emporis Standards Committee)稱,摩天大樓至少要有100米高。這遠遠超過了目前規劃中的任何一個木建築的高度。

對西斯爾頓來說,當下的木建築潮流只是為了炫耀。"我們建造木建築應該是出於環境方面的考慮,"他說,"建造最高的建築物只是建築師自大的表現。"除了鎖住二氧化碳以外,木建築在環境方面的整體優勢好很多。哈克尼區的穆雷格羅夫大樓不使用供暖設備,因為木頭本身就是很好的隔熱體。

瓊森表示贊同:"如果能建一棟100米高的木建築會非常不錯。我們進行了計算,這在理論上是可能的,但是還存在一些重大挑戰。重要的一點是一立方米的木頭可以鎖住一噸二氧化碳。"

"20世紀是水泥時代,一切都是圍繞人類對自然的征服。現在我們正在朝著另一種態度轉變,一種哺育自然的態度,"西斯爾頓說。

歡迎回歸木材時代。

(BBC)

 

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