CLT（正交胶合木）简明介绍

加拿大木业

前言

近年来，在欧美发达国家，以锯材为基本单元制成的新型建材—正交膠合木为代表的新一代重型木结构建筑体系，正在部分取代钢筋混凝土和砖混结构建筑，广泛应用于建造低、中层甚至高层的民用住宅和公共建筑等非民用建筑。由于CLT很容易实现工厂预制，现场组装，并解决了传统木结构建筑的层高限制，被誉为建筑业的“第二次文艺复兴”。

关于CLT的历史

CLT这种新型的工程木制品最早诞生于20世纪90年代，由奥地利和德国建造了全球第一栋使用CLT预制构件建造的新一代重型木结构建筑。近10年来，CLT及其重型木结构建筑体系在欧美地区得到迅猛发展，新的8～10层的CLT木质结构建筑，在意大利、英国、加拿大和澳大利亚等国纷纷兴建；世界主要的建筑工程公司奥雅纳公司（ARUP）和金茂大厦设计公司（SOM）等都致力于该领域发展，使得CLT重型木结构建筑的发展前景非常光明。

CLT（CROSS LAMINATED TIMBER）是一种首先在奥地利和德国发明的创新性工程木产品，其在欧洲的住宅和非住宅建筑中迅速流行开来。目前欧洲有多个CLT的生产工厂。在上世纪90年代中期，奥地利首先展开了一项校企联合的研究，最终CLT成为了该项目的一个研究成果。之后数十年CLT的发展缓慢，但是到了2000年，针对CLT的运用迅速普及开来，很大程度上是受到了绿色建筑风潮的推动，也是因为针对CLT的产品标准，审批，市场推广和分销渠道的改善。另一个重要的推动因素便是公众对于CLT的认知，其是一种和钢结构、混凝土结构一样的“重型”建筑体系。

CLT的定义

CLT板是由奇数层的规格木材（通常宽面）以垂直相交的角度，利用结构胶黏剂叠合胶压组胚而形成的工程木板材。在某些特定结构强度要求下，相邻层的规格材可以以同方向进行胶压（例如在CLT板面层和底层做双层胶压，或者中心部分做双层胶压来达到更高的结构强度）。CLT产品通常有3，5，7层的不同规格，某些情况下可以更多。

CLT的制造工艺通常是将厚度为15～35 mm针叶材规格锯材通过分等、铺层、涂胶、纵横交错层积和加压胶合等工序制成的新型工程木制品。CLT是由至少3层的实木锯材或结构复合成材正交组坯采用结构胶黏剂压制而成的，其幅面大，规格可达18 m（长）、3 m（宽）、300 mm（厚度）。

CLT的优势

CLT及其重型木结构建筑体系与传统钢筋混凝土、砖混结构和轻型木框架结构建筑体系相比，其优势明显：

1）尺寸稳定性好。CLT通过纵横正交铺装和控制单元的含水率可显著提高板材结构的尺寸稳定性；

2）承载性能强。CLT的物理力学性能在纵横2个方向上较均匀，同时通过在制造过程中去除层积单元的缺陷，可显著提高设计强度值。同时该板轻质高强，可充分发挥木材强重比高的特点；

3）防火性能高。CLT燃烧后形成的表面炭化层，可有效阻隔火焰的燃烧，不加防火层也可达到耐火1 h的要求；

4）隔音、保温性能好。由于木材的低热传导性和CLT的连续大幅面特征，可保证建筑良好的气密性和隔音保温隔热效果。CLT建筑具有很高的保温节能综合效应，比用钢材和水泥分别降低至少17%和16%的能源消耗及减少26%和31%的温室气体效应；

5）建造快和噪音低。与传统钢筋混凝土结构相比，由于CLT可在工厂实现模块化生产，预制成各类墙板、楼板及屋顶板。在现场进行组装与建造，用以取代现浇钢筋水泥制品和水泥预制板。因此其组装快，工期短，同时建筑现场噪音低，无污染，无建筑垃圾产生，拆卸后可重新回用；

6）应用范围广。可用于低、中层甚至高层（20层以上）的民用住宅和非民用建筑，可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；

7）低碳、固碳、环保。计算结果表明，生产1 m3的CLT材料只排放110 kg二氧化碳，而原材料本身存储825 kg二氧化碳，因此净储715 kg二氧化碳。生产制造过程中，CLT的温室气体排放仅为钢材的1/20。显然上述这些优势将有力推动CLT建筑产业化的发展。

CLT所用的规格材的厚度从10 mm到50 mm不等，宽度从60 mm到240 mm不等。长度通过指接胶合的方式进行延长。CLT板所用的规格材都需要通过目测或机械分等并同时烘干。根据加工设备的不同，一般CLT板的宽度为0.6 m，1.2 m和3 m（某些情况下可以做到4～5 m），长度可以最大到18 m，厚度最大到400 mm。CLT板的尺寸主要受运输工具和交通法规的限制。

在CLT板的外两侧面的规格材排布方向一般和受力方向一致，例如用于墙板时，两侧面规格材排布应该与墙体竖向平行，用于楼板时，应该与跨度较大的一侧平行。

CLT板用于预制化楼板和墙体有许多优势。由于正交胶合的特性，CLT板能够提供很高的尺寸稳定性，非常适合用于跨度和尺寸较大的楼面和墙板。同时由于CLT板相对较高的刚度和双向强度，其很多特性和混凝土板非常接近。

CLT的生产

一般CLT加工生产流程包含以下一些关键步骤：规格材的选择，规格材的分类，胶合剂的应用，规格材的排列和加压，CLT产品的切割，标记和包装。CLT生产加工的关键在于木材质量的一致性，胶合剂质量的参数控制。工厂内严格的质量控制及测试是确保最终产品符合最终应用要求的保障。

CLT设计的重要考量因素

CLT板材通常是作为承重构件例如墙体，楼板和屋面。就楼板和屋面构件来说，以下一些重要特性需要考量：

1.平面内和平面外抗弯，抗剪强度及刚度

2.长期和短期的行为：

- 即时扰度

- 应对经常荷载的长期强度

- 长期扰度

3.楼板振动性能

4.垂直于横纹强度的抗压性能

5.耐火性能

6.声学性能

7.耐久性

对于墙板来说，竖向受力性能至关重要，同时应该和平面内和平面外抗弯强度一同进行验证。另外耐火、声学和耐久性能应该在设计阶段就考量在内。

抗震性能

基于目前一系列的来自全球各地的研究数据以及半静态的振动台测试，CLT墙板被证明能提供有效的抗侧向荷载。将钢制连接片通过钉或螺栓加固用以连接CLT墙板和楼板能够被证明达到足够的抗震性能。当额外加上抗拉紧固件能够再进一步的提升建筑整体的抗震性能。这里我们不推荐在抗震级别较高的地区使用斜钉连接楼板和墙体。

结构连接

木结构建筑的连接件，包括CLT形式的木建筑在建筑整体强度，刚度，稳定性和延展性上扮演着举足轻重的作用。所以连接件的设计需要引起额外的重视。欧洲的研究人员已经开发了一套针对CLT建筑的传统连接方式的设计流程，涵盖了木销、木螺丝，木钉等。这些在欧洲的项目中被经常使用到。

消防

CLT構件能够提供很好的消防性能，通常可以和其他类似的不可燃建筑构件相提并论。这主要是得益于大尺寸CLT构件碳化层的阻燃特性，能让CLT构件通过设计达到消防规范要求的耐火时间。

隔音

隔音和音响控制是所有建筑规范里强制要求内容之一。很多国家在规范上对于隔音的要求的严格程度不亚于消防和结构安全。针对CLT楼板和墙板构件的声音传递等级评估（STC）以及撞击声音传播等级评估（IIC）的研究进行了很多，特别是针对联排和多户住宅的应用。

外围护设计

CLT墙板用于外围护结构需要额外的考量以确保长期的耐久性特别是在沿海一些气候潮湿的地区。和一般木结构建筑一样，确保CLT建筑耐久的关键便是保持木材的干燥。由于CLT板的特殊结构，其一旦受潮后会自干的过程会非常缓慢。预制化CLT的施工工艺已经在欧洲被使用了十多年，防止CLT在运输过程中受潮是尤其需要注意的。一种最简单确保运输过程CLT干燥的方法，就是利用封闭的集装箱进行运输。而施工过程中保证CLT干燥的一种策略便是精密的协调施工和材料运输，确保CLT运输到现场后立刻被吊装。另外一种被证明非常有效的策略，便是在施工中建造一个临时简易屋顶来保护CLT不受雨水和雪的侵蚀。

一般情况下，CLT板材不应该暴露于室外，和一般木结构建筑一样，通过采用防雨幕墙系统，屋檐设计，排水管道设置等手段都能有效确保建筑围护结构的耐久性。另外合理的设计以及保温材料，空气和湿气控制策略都能确保CLT板材的干燥和温暖，防止水汽凝结积累，另外也能确保CLT板材的节能性能。

环境友好

CLT建筑的环境足迹和混凝土建筑相比具有显著优势。通过建筑生命周期（LCA）的分析方法对比混凝土和木材，我们可以发现，CLT材料对环境的影响更小。值得一提的是，木材本身是一种轻质的负碳材料。