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从温哥华到维也纳，全球各地有许多木质摩天楼正拔地而起。它们是足够坚固吗？它们会腐烂吗？它们会被烧毁吗？
1903年，当位于美国俄亥俄州辛辛那提市的英格尔大厦（Ingalls Building）揭幕时，没有人相信它会在1个世纪后依然屹立不倒。事实上，许多人担心它是否能挺过揭幕仪式的当天晚上。这座高16层高的庞然大物是世界历史上第一栋混凝土摩天大楼。以前，这样的高楼都是用结实的金属合金制造的，比如钢筋，混凝土还处于实验性质。
媒体对英格尔大厦进行了各种各样的猜测。有些人说，英格尔大厦会在自己的体重压力下崩溃。另一些人甚至认为它可能会被风吹垮。据说当支撑物被移除时，有位当地记者整夜未眠，希望能在第二天早晨抢先报道英格尔大厦崩塌的新闻。到了2017年，我们即将迎来一场新的革命——木制摩天楼。这听起来似乎非常荒谬，就像现代版的建筑寓言故事《三只小猪》。但它真的发生了，这些木质摩天楼足够坚固吗？它们会腐烂吗？它们会被烧毁吗？
CF Moller Architects建筑师事务所合伙人奥拉·强森（Ola Jonsson）表示，木头建筑有许多优点。强森设计的34层木质建筑赢得了设计大奖。首先，木质大楼的建造速度更快，因为即使是钢结构的摩天楼都需要使用混凝土地板，它可能需要几周的时间才能烘干。每层都需要几周时间。另一方面，木质面板可以在工厂被切割成精确尺寸，而且在几小时内就可以被切割完成。
其次是重量问题。在很长一段时间里，位于哈克尼市的9层建筑Murray Grove都是世界上最高的木质大楼。这栋大楼的设计师、Waugh Thistleton Architects负责人安东尼·迪斯特里顿（Anthony Thistleton）表示：“如果我们用混凝土建造，它将需要用900辆重型卡车隆隆地穿过伦敦，运送所有材料。然而最终，我们只用了100辆重卡。”
图2：帝国大厦上的建筑工人，首批摩天楼使用锻造的钢或铁建造的
木质建筑对环境的好处勿需多言。虽然我们通常不去考虑建筑的碳足迹，但混凝土和钢筋实际上是“隐形的超级坏蛋”，它们分别占全球排放总量的8%和5%。另一方面，树木却可以积极吸收二氧化碳，并将其锁在木材中。
如今，从挪威到新西兰，全世界的木制摩天楼都在拔地而起。在明尼阿波利斯市，有高达18层的T3项目，它由松树和山松甲虫共同建成，山松甲虫是一种生活在树皮中的微小昆虫。造价5800万美元的HoHo塔目前正在维也纳建造，它使用时髦的云杉。而斯德哥尔摩提意建造的Trtoppen高达133米，在瑞典语中翻译为“树顶”，它将坐落在上世纪60年代的一个停车场上。
正如你所预料的那样，保险公司并不为此高兴，但少数变节的建筑师却下定决心要带领我们进入“森林复兴时代”。他们设想在整个城市中建造木材建筑，强森说：“我们想要在这个层面上谈论，森林里充满了巨大的胶合板摩天楼。”
木材可能是21世纪最先进的建筑材料，但它已经与以前截然不同。位于中国的佛宫寺释迦塔是最古老的木结构建筑之一，它是由辽代皇帝兴宗在祖母家旧址上建造的，没有使用任何钉子、螺丝或螺栓。然而，在精湛的工艺和坚固的设计支持下，这座宝塔在900年后依然屹立不倒。释迦塔高67米，它曾经是世界上最高的木材建筑，直到HoHo塔建成之前都是如此。
释迦塔至少经历了7次大地震袭击，其中一次发生在1556年，导致近100万人丧生。这是很有道理的，因为木材本身具备弹性。当地面开始摇晃时，木质结构会在不倒塌的情况下摆动。在像新西兰这样易发地震区，大多数房屋都是木制的。
几千年来，森林始终是首选的建筑材料。在中世纪的英格兰，房屋、办公室、堡垒、工厂、教堂，甚至城堡都是木制的。原始木材的弹性令人难以置信——除非处于潮湿环境下，否则它不会腐烂。新西兰PTL咨询公司首席结构工程师安迪·布坎南（Andy Buchanan）说：“如果你能保持干燥，它将永远保留下去。”
许多古老的木制建筑都经历了特殊的加工，从英国乡村风格的都铎式房屋到挪威的童话式教堂，它们都是由叫做malmfuru的特殊冷杉雕刻而成的。前者通常会被铺上一层木条，并用稻草混合泥土或动物粪便覆盖。布坎南说：“而现在，我们把木结构包裹起来，比如玻璃或织物。如果你想让这栋建筑看起来像木质，还可以使用包层。”
图3：挪威的木质教堂。在挪威，有1000多座木质教堂，但大多数都被烧毁了，或者被天气破坏了
大量木质建筑之所以没能保存下来的主要原因是火灾。在木材时代，几乎每个城市都发生过大火。公元64年，罗马曾发生持续了6天大火。1657年，日本明历年间大火烧毁了整个江户市(现称东京)，并夺去了超过10万人的生命。在美国，纽约、芝加哥、华盛顿以及旧金山都发生过火灾。1666年的大火摧毁了伦敦成千上万的建筑，导致伦敦建筑风格发生重大转变。它预示着一个新时代的到来，这座城市在石头和砖块中重建。
木材建筑是个可怕的错误吗？事实上，罪魁祸首并非是木头本身。布坎南表示：“我说的那些高大的建筑是用工程木材建成的，许多小块木头被粘合起来。主要有三种木材类型：第一种是粘着胶层的木材，它被直接用于横梁和柱子，可以存在50年或更长时间；第二种是层压板材LVL，其强度与混凝土强度相同。第三种属于最新材料，被称为交叉层压木材(CLT)，越来越受欢迎。”
CLT是一种非常神奇的材料。它由多层薄层木头纵横交错压成，并使用防火胶黏合在一起，这种“类固醇胶合板”被认为与结构钢的坚韧性相当。它还改变了任何板材的弱点，如果被弄湿，木材也不会翘曲。它被做成巨大的、扁平面板，宽达6米、厚约50厘米，可以整块使用以形成整面墙、地板或屋顶的一部分。面板的尺寸至关重要，迪斯特里顿说:“如果你要生火，每个人都知道不该使用巨大的原木。点燃它们需要很长时间，而碳化现象实际上保护了下面的木材不受火的威胁。”
图4：蒙大拿海伦娜附近的山松甲虫。交叉层压木材通常是由木材废料制成的，比如森林边缘的细树，或者被山松甲虫杀死的树木
如果你需要更多的安慰，今年早些时候高层木质建筑委员会（Committee on Tall Wood Buildings）的一项研究可以帮你。这项测试是在弗吉尼亚的火研究实验室（Fire Research Laboratory）进行的，这里有最先进的设备，科学家们可以在火上点燃物体，然后观察到底发生了什么。当他们点燃了两套由工程木材制成的一居室公寓时，大火熊熊燃烧，直到烧毁了所有家具才熄灭。里面的东西都变成了灰烬，但木结构本身却只被烧焦了，并保持着原样。
除了防止火灾蔓延外，最重要的因素之一就是弄清楚CLT被加热时会发生什么。在这方面，这些材料的性能也在钢铁和混凝土之上，因为后两者往往会融化和削弱。迪斯特里顿表示：“我们在课堂上经常用到一张图片。在一个被摧毁的火场，有一个巨大的木柱支撑着一根木梁，而顶部的钢梁则完全融化了。”
正如今年早些时候Grenfell塔发生的悲剧给出的提示那样，在高层建筑中，消防人员面临的火灾威胁甚至更大，消防员很难到达顶层。根据布坎南的说法，这是木质建筑通常低于10层的原因之一。如今，最高的木质建筑是Brock Commons，它是不列颠哥伦比亚大学的一所住宅建筑。它的电梯井和楼梯井是用混凝土建造的，但是所有的横梁、柱子和地板都是木头材料。布坎南表示：“当你走进大楼的时候，你根本看不到任何木材。这是出于防火安全考虑，所有木材都用防火石膏板覆盖。”
此外，木质建筑太高还会带来一系列其他问题。对于大多数摩天楼来说，最主要的问题就是它们自身的重量。它们使用的建筑材料必须足够坚固以支撑自己的体积，否则结构就会坍塌，这就是20世纪初所有人都对英格尔大厦如此担心的原因。但是木质建筑很轻，主要的挑战不是如何利用它们，而是如何预防它们掉下来。当你升到更高空的时候，风速就会变得更快。在世界最高建筑——迪拜哈利法塔的顶部，风速甚至可达每小时150公里。这些横向力量已经困扰了摩天楼许多年，也是它们结构设计中需要考虑的主要因素。
建筑物越重越好。在强风中，纽约的特朗普大厦在1995年被混凝土柱子加固之前，总是以令人眩晕的、但完全安全的程度摇晃。克服木质建筑这个问题的一种方法是给它们一个具体核心，但是有些建筑师认为这是作弊。
图5：有些设计，比如由CF Moller Architects建造的22层建筑，使用了木材和混凝土
这就给我们带来了第二个问题。尽管工程木材的面板特别坚固，但如何将它们连接起来是一个巨大的挑战。布坎南说:“为了阻止大楼被吹垮，你需要很多很多的墙壁和地板。”在住宅建筑中，这不是问题，因为天花板不需要那么高，建筑师可以把建筑分割成一个个独立的房间。但是像办公室和商店这样的开放环境，这是一个真正的考验。
在一定高度上，这些建筑往往需要更坚固的锚固，比如从底部一直到大楼顶部的钢条。这些只是部分原因，从技术上讲，还没有任何纯木制的摩天楼。建筑信息数据库Emporis Standards Committee表示，摩天大楼应该至少有100米高。这远远超出了目前计划建造的任何木质建筑的高度。
对于迪斯特里顿来说，目前用木头建造建筑的时尚是一种炫耀的方式，他说：“我们应该以环保的理由来使用木材建造建筑，而建造最高建筑的需求只是建筑师自我意识的表现。除了锁住二氧化碳外，所有的木质建筑都有更好的环保资质。”在哈克尼的Murray Grove，人们不使用暖气，因为木材是一种很好的绝缘体。
强森对此表示赞同，他说：“用木头建设100米高的建筑是件很棒的事。我们已经做了计算，理论上是可行的，但也有一些重大挑战。最重要的是，1立方米的木材会产生1吨二氧化碳。20世纪是混凝土时代，一切似乎都与人类对自然的统治有关。现在，我们正在转向一种不同的态度，做更有教养的人，欢迎回到木材时代！”
来源：BBC
本文来源：网易科学人
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