正交胶合木的研究现状及国产化展望

张婷婷， 孙 巧， 孙雪敏， 史佳文， 丁智鹏， 卫佩行*， 王建和

(1.江苏农林职业技术学院风景园林系，江苏 句容 212400；2.宁波中加低碳新技术研究院有限公司，浙江 宁海 315600)

综 述

正交胶合木的研究现状及国产化展望

张婷婷1， 孙 巧1， 孙雪敏1， 史佳文1， 丁智鹏1， 卫佩行1*， 王建和2

(1.江苏农林职业技术学院风景园林系，江苏 句容 212400；2.宁波中加低碳新技术研究院有限公司，浙江 宁海 315600)

介绍了一种新型木质建材正交胶合木(CLT)的概念、优势及国内外发展现状，展望了CLT在国内的发展前景。

正交胶合木；研究现状；国产化；发展前景

1 正交胶合木简介

20世纪初期，建筑市场基本被钢筋混凝土材料所垄断，很少应用木材，即使有应用也主要用于轻型木框架结构。然而在过去的10年里，木材重新占领了市场，大有与矿物基建材并驾齐驱之势。这种变化是木材这种长达数世纪被认为是可燃物建材在城市中的复兴，其中一个重要的原因就是木质工程材料的创新发展[1]。

近几年来，在欧洲和北美发达国家，以锯材为基本单元制成的新型建材——正交胶合木(Cross Laminated Timber，CLT)为主材的新一代重型木结构建筑正在部分取代钢筋混凝土和砖混结构建筑，CLT解决了木结构建筑的层高限制，可用于建造低、中层甚至高层的民用住宅和非民用建筑，其被誉为是建筑业的“第二次文艺复兴”[2]。CLT是一种至少由3层实木锯材或结构复合板材正交组坯、使用结构胶黏剂压制而成的预制工程木质板材[3]，其生产工艺流程及设备配置如图1所示。CLT有典型结构、横向斜向铺设结构和箱型空心结构三种结构类型，如图2所示。

CLT的单元之间可用胶或钉连接，常见的宽度为0.6 m、1.2 m、2.4 m、3 m，长度可达18 m，厚度可达508 mm。CLT板可实现模块化生产，在工厂预制成各类墙板、楼板及屋顶板，在现场组装和建造，用以取代现浇钢筋水泥制品和水泥预制板，可有力地推动建筑工业化的发展。CLT木结构建筑组装如图3所示。

图1 CLT生产工艺流程及设备配置

a.典型结构；b.横向斜向铺设结构；c.箱型空心结构图2 CLT三种结构类型

图3 CLT木结构建筑组装

2 正交胶合木的优势

在欧美发达国家，木材CLT通常是由厚度为15～35 mm针叶规格锯材通过分等、铺层、涂胶、纵横交错层积和加压胶合等工序制成的新型建筑材料，其轻质高强，可充分发挥木材强重比高的优势，而且板材幅面较大。

以木材(CLT)为材料的新一代工程木制品和建筑系统具有高强抗震、设计灵活、舒适美观、生态环保等优点。与传统钢筋混凝土、砖混结构和第一代轻型木框架结构建筑系统相比，它具有以下优势：

①强重比高，承载性能好：交错层积材性能在纵横两个方向上较均匀，通过去除层积单元的缺陷，可显著提高设计强度值。

②尺寸稳定性好：通过纵横正交铺装和控制锯材单元的含水率可显著提高板材的尺寸稳定性。

③噪声低：与传统钢筋混凝土结构相比，由于交错层积材可在工厂模块化预制，因此组装快，现场噪声低，无污染，无建筑垃圾产生。

④建造快、成本低：工期短(时间仅是传统的1/4～1/2，大大节省人力成本、加速资金周转)，在北美可减少建筑外壳成本约 5%～15%。

⑤抗震、隔音、保温效果好：由于板材的低热传导性和连续大幅面特征，可保证建筑具有良好的气密性和隔音、保温、隔热效果。

⑥防火性能好：燃烧后形成表面炭化层，可有效阻隔火焰的进一步传播，不加防火层也可达到防火1 h的要求。

⑦低碳环保：储碳固碳，拆卸后可重新回收利用。

⑧应用范围广：可用于低、中层甚至高层(20层以上)的民用和非民用建筑，完全代替传统钢筋混凝土和砖混结构，也可部分代替，与钢筋混凝土等混合使用。

3 正交胶合木的国内外研究现状

20世纪80年代，Dröge 和Stoy首次提出用德语名词“Brettsperrholz”(BSP)来描述一种性能优越的实体腹板梁的腹板[4]。后来Steurer借用这一术语来定义木桥甲板[5]。最终，Schickhofer和Hasewend将其翻译成英文术语“Cross Laminated Timber”(CLT)[6]。1993年，Schuler和Guyer首次将实木板材用于住宅建筑的主要承重构件[7]。1995年，Moser建造了代表当时最高水准的第一栋CLT住宅[8]。

20世纪90年代开始，奥地利Graz 科技大学对木材CLT进行了集中研究，开展了三个长期研究项目。1994年，Schickhofer 发表了关于CLT刚性和弯曲性的论文。其他类似研究也相继开展。木材CLT产品在欧洲得到迅速发展的同时，加拿大、美国、新西兰、日本等国也开展了很多相关工作，其研究成果大大推动了该产品的发展。从2005年起，加拿大FPInnovations研究院、加拿大自然资源部联合发起了一个关于木材CLT的研究项目，研究成果斐然。

CLT板的应用广泛，除了用于建筑墙体或楼面板外，还可以作为桥梁的主体结构或者桥面板。国外对木材CLT板的应用研究较多，在欧洲和北美，尤其是奥地利和德国应用广泛。加拿大 UBC 大学曾对木材CLT 板在欧洲的发展进行了总结[9]。此外，UBC 大学还分别对 3 层、5 层、6 层、7 层交错叠合胶合板、钉合板进行了力学性能测试和有限元数值模拟分析，其研究结果表明这种新型木板表现出了良好的力学性能[10]。在日本，Yawalata 等人对木材CLT 板的动力学特性、蠕变性能进行了初步研究[11]，试验装置如图4(a)所示；Park等研究了交错叠合木材CLT板的静力弯曲性能，并与传统平行层压板进行对比，得出了木材CLT板的弹性模量及强度等参数比一般层合板高的结论[12]；日本还曾在试验室振动台上对一座8层木材CLT木建筑进行了抗震性能研究，如图4(b)所示。此外，木材CLT 板的承载性能引起了研究者的关注。CLT常作为承载板和抗剪板，设计时应该采用可靠性准则，得到其准确弹性特性[13]。对用钉合连接的木材CLT板，还需要考虑接缝的承载能力以及连接件的屈服荷载和嵌入强度，木材CLT 板荷载试验如图4所示[14]。

(a).受力性能试验装置；(b).CLT建筑抗震试验；(c)、(d)、(e).CLT 板侧向和轴向荷载作用下的长期试验图4 木材CLT板荷载试验

目前，木材CLT 板在房屋建筑方面使用比较广泛。2009年，英国建筑工程师 Andrew Waugh 在伦敦采用木材CLT 板建造了一座9层木结构建筑(见图5④)[15]。图 5①所示为采用木材CLT板建造房屋建筑的施工现场，其木材CLT板由工厂预制，然后运输到施工现场，通过小型吊车安装就位。该建筑从动工到完工仅用了2个多月的时间。为了增强建筑的整体性和满足结构尺寸要求，CLT木建筑采用钢制承载板、自攻螺丝钉及角铁等连接件，如图5②和图5③所示。木材CLT也可以与其他建筑体系如钢结构、混凝土结构等混合使用建造更高层的建筑，以具有更佳的使用效果[16]，加拿大、瑞士等国家正在研发设计30层及以上的木材CLT高层混合建筑。

① 施工现场；② 板间阶梯形连接细部构造；③ 板间连接件；④ Stadthaus building图5 木材CLT建筑

国外对木材CLT的研究从广度到深度都达到了很高的水平。根据Google学术搜索显示，近三年(2012-2015)关于木材CLT的研究成果(论文及专利)约有6 140个，仅2016年1～3月就有233个研究成果。目前我国对木材CLT的研究还处于起步阶段，仅有北京科技大学、长安大学、南京林业大学等科研院所针对木桥用CLT和建筑用CLT进行了初步的实验室研究[17-22]。我国针对木材CLT建筑的规范已经立项，《木结构设计规范》(GB 50005)的最新修订版也拟将补充木材CLT结构的相关内容。尽管目前我国对木材CLT这一新型建材的研发和应用还处于落后状态，但发展速度很快。2016年6月15日，宁波中加低碳新技术研究院有限公司(中加低碳)在宁波生产了世界上首批用加拿大铁杉(Western Hemlock)锯材制作的大幅面木材CLT建筑预制板。

4 正交胶合木国产化展望

大力发展绿色建筑与建材，研发低能耗甚至超低能耗建筑和可再生资源建筑材料，实现由主动采暖或空调向被动采暖转变，走低碳城市发展之路，倡导循环经济和可持续发展理念，是破解人口、资源和环境约束的治本之道。木材CLT作为一种新型绿色建材，已经引起了国内外广泛关注。发展具有中国特色的木材CLT材料及相应的木结构建筑，对推动节能减排、保护人居环境具有重要的经济效益、社会效益和生态效益。笔者认为，在我国发展木材CLT结构建筑前景广阔。

(1)具有原料优势。中国天然木材严重不足，但人工林面积居世界第一，此外我国竹材资源也非常丰富，如果能充分利用我国的竹材和人工速生林木材资源来生产竹木复合CLT，则产品强重比更高，在性能和价格上比国外的木材CLT更具优势和竞争力。

(2)可突破层高限制。我国人多地少，是发展木结构的一个重要瓶颈。GB 50005-2003《木结构设计规范》规定，我国木结构建筑层高不能超过3层。而CLT采用纵横交错的组坯方式，赋予了木结构建筑优良的力学性能和结构稳定性，使其在中高层建筑领域的发展成为了可能，因此也更适合我国土地资源紧张的现状。

(3)具有良好的政策氛围。2015年8月31日，国家工信部、住建部联合颁布《促进绿色建材生产和应用行动方案》，其中明确提出发展木结构和生物质建材等绿色建材。促进城镇木结构建筑应用，推动木结构建筑在政府投资的学校、幼儿园、敬老院、园林景观等低层新建公共建筑，以及城镇平改坡中使用。推进多层木-钢、木-混凝土混合结构建筑，在以木结构建筑为特色的地区、旅游度假区等重点推广木结构建筑。

虽然我国CLT木结构建筑具有良好的发展前景，但CLT作为新型材料在我国还处于起步阶段，对其性能认知、质量控制和设备国产化等方面都有待于进一步深入研究。

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(责任编辑 王琦)

Research Status and Localization Prospects of Cross-laminated Timber

ZHANG Ting-ting1， SUN Qiao1， SUN Xue-min1， SHI Jia-wen1，DING Zhi-peng1， WEI Pei-xing1*，WANG Jian-he2

(1.Department of Landscape and Architecture，Jiangsu Vocational College of Agriculture and Forestry，Jurong Jiangsu 212400，China； 2.Ningbo Sino-Canada Low-Carbon New Technology Research Institute Co.，Ltd.，Ninghai Zhejiang 315600，China)

The concept，advantages and domestic and overseas development status of CLT，new wooden building material，are introduced，and the localization prospect of the new cross-laminated timber in China is proposed.

cross-laminated timber；research status；localization；development prospect

2016-09-27

江苏省大学生创新创业训练计划项目(201513103011Y)；江苏高校品牌建设工程一期项目立项专业项目(PPZY2015A082)；江苏省高校自然科学研究面上项目(16KJD220001)

张婷婷(1993-)，女，本科在读，专业为木材加工技术。

*通讯作者：卫佩行(1984-)，男，讲师，博士，研究方向为木质工程材料及木结构工程。

TS612

A

2095-2953(2017)01-0004-04