熊海貝， 歐陽祿， 吳　穎

(同濟大學 土木工程學院， 上海 200092)

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國外高層木結構研究綜述

熊海貝， 歐陽祿， 吳穎

(同濟大學 土木工程學院， 上海 200092)

整理和分析了國外高層木結構研究現(xiàn)狀，重點介紹了適用于高層木結構的正交層板膠合木(CLT)的最新研究進展，指出縱橫交錯的層板在承受平面外荷載時，其橫向層的滾動抗剪性能需重點關注.針對高層木結構的關鍵問題，即結構體系、結構抗震與抗風性能、節(jié)點連接和抗火性能的研究進展進行了綜述，指出結構體系中抗側力性能、構件間的連接以及力的傳遞是今后研究的重點；高層木結構抗火性能的研究可以借鑒低層和多層木結構，但高度和人群密集的影響需特別關注.最后，對我國高層木結構的發(fā)展進行了展望，對關鍵問題進行了分析和總結.

高層木結構; 綠色建筑; 正交層板膠合木; 滾動抗剪性能; 抗震與抗風

木結構綠色環(huán)保、低碳節(jié)能、建造快且輕質高強，低層和多層木結構房屋抗震性能好、舒適宜居，已成為綠色建筑的最佳選擇.相比于傳統(tǒng)的鋼材和混凝土，木材具有以下優(yōu)點：①木材是可再生的綠色環(huán)保材料，每立方米木材生命周期平均儲存0.8～0.9 t的CO2，用來替代混凝土的使用將額外減少1.1 t的CO2的排放.因此，每使用1 t木材相當于減少了2 t CO2的排放[1]；②木結構構件預制化程度高，便于現(xiàn)場拼裝吊裝，能大幅縮短工期、節(jié)省成本且無粉塵污染；③木材是良好的保溫材料，較混凝土、砌體和鋼結構，可有效降低建筑物在使用階段的能源消耗；④木結構質輕高強、抗震性能好，抗倒塌能力強；⑤木質房屋舒適、宜居.因此，結構用木材具有顯著的環(huán)境效益[2].

2009年12月哥本哈根世界氣候大會的召開讓世界各國意識到了控制碳排放的重要性與使命性.加拿大卑斯省于2009年率先提出了《木結構優(yōu)先計劃》[3]，要求高校和研究機構積極開展高層木結構研究和試點工程建設，取得了突破性的進展.歐盟于2010年提出了《歐洲木結構可持續(xù)發(fā)展動員令：優(yōu)秀案例說明》[4].加拿大林產創(chuàng)新研究院(FPInnovations)于2013年出版發(fā)行了《加拿大高層木結構設計與建造技術指導》[5]，給出了建造多高層輕型木結構和建造高層木結構的研究結果、設計方法以及細部構造要求.以木結構為代表的綠色建筑成為國外建筑發(fā)展的潮流.

高層木結構沒有明確的定義，一般認為8層及以上即為高層木結構.隨著對正交層板膠合木(cross laminated timber，CLT)研究和應用的深入，自2008年起，木結構開始突破層數(shù)和高度的限制，國外高層木結構接連拔地而起.超高層木混合結構也處于熱點研究和概念設計階段.部分國家相繼頒布新規(guī)，2015年8月，加拿大魁北克省政府宣布允許木結構住宅樓最高建到12層，并出版了名為《建造高達12層樓的大型木結構樓宇》的技術指南.

我國地少人多，高層建筑是城市發(fā)展的剛性需求，使用綠色環(huán)保的木材作為城市未來高層建筑的主要材料之一，可實現(xiàn)降低霧霾，提高人居生活環(huán)境，創(chuàng)建生態(tài)城市的目標.2015年9月1日，住房城鄉(xiāng)建設部與工業(yè)和信息化部共同出臺了《促進綠色建材生產和應用行動方案》(工信部聯(lián)原〔2015〕309號)，第11條中明確指出大力發(fā)展木結構建筑[8].為此，本文通過大量的文獻整理和分析，介紹適用于高層木結構的新型工程木產品，以及人們高度關注的高層木結構體系、抗震與抗風性能、節(jié)點連接性能以及抗火性能的最新研究進展，以期推動我國高層木結構研究和應用的發(fā)展.

1　高層木結構材料

原木是自然生長的天然材料，受到地區(qū)、產量、缺陷等影響，不適合作為現(xiàn)代高層木建筑和大跨木建筑的結構用材.規(guī)格材(dimension lumber)是對規(guī)定的樹種或樹種組合的木材按規(guī)定的標準尺寸系列鋸切加工，并經(jīng)應力分等定級的結構用材，廣泛應用在低層和多層建筑中.為了充分利用木材，減少木材天然缺陷和尺寸受限的特點，自70年代起，采用現(xiàn)代化加工方法制造的工程木產品成為歐美大跨木結構用材的主角，包括層板膠合木(glued-laminated timber， Glulam)和結構復合木材(structural composite lumber， SCL).近十年來，CLT逐漸成為國外多高層木結構的主要用材.北美及歐洲均出版了用于多高層建筑設計的CLT產品設計指南[6-7].

CLT是以厚度為15～45 mm 的板材相互疊層正交組坯后膠合而成的木制產品，通常為單數(shù)層，包括強軸方向的順紋受力層，以及橫紋受力的正交層(圖1).CLT在工廠預制，單片最大尺寸可以做到16 m長，3.2 m寬，0.5 m厚(尺寸受熱壓磨具運輸和吊裝控制).CLT板材可直接由計算機控制進行自動化開槽、切口，并可與墻面材料和防火材料等在工廠組合，形成組合預制墻體(樓板)，極大提高了建造速度.CLT層間正交雙向膠合的特點，有效彌補了木材順紋和橫紋受力性能差異大的缺陷，形成良好的平面內抗壓和抗剪強度[8].

隨著CLT問世，一系列有關CLT板的受力性能得到廣泛關注.近三屆世界木結構工程會議上，CLT的抗彎性能[9]、橫紋抗壓性能[10]、滾動剪切性能(rolling shear property)[11]等成為討論熱點.

滾動剪切應力(rolling shear stress)為垂直于CLT強軸方向平面內剪應變的剪應力[12].由于木材的各向異性，木材的滾動抗剪強度和剛度遠低于順紋方向縱向抗剪強度和剛度.因此，CLT板在平面外彎曲荷載作用下的承載力通常由中間橫紋受力的正交層滾動剪切強度所控制[13](圖2).

圖1　一個5層CLT板的橫截面

圖2　CLT滾動剪切破壞[13]

Frank Lam團隊的Li Minghao[11]通過扭剪試驗和抗彎試驗(圖3)研究表明，采用扭剪試驗得到的滾動剪切強度比抗彎試驗值高約30%；同時指出CLT板在生產制作時的模壓強度對滾動抗剪強度無明顯影響.Schickhofer[7]試驗研究指出，CLT中層與層的膠合，單層中板條與板條間側面的膠合、木材的含水率、膠合時的模壓強度對CLT的力學性能都有一定的影響.

Li Yuan[14]基于CLT短期線性加載試驗和長期梯形疲勞荷載試驗(損傷累積試驗)數(shù)據(jù)，得到了一個修正的基于應力的損傷累積理論模型，可用于量化分析多種荷載工況下CLT層間滾動剪切強度的持荷效應.

Okabe[15]通過抗彎試驗和抗剪試驗測試了不同層數(shù)、厚度與布置方式的日本雪松CLT板的抗彎剛度、抗彎承載力和抗剪承載力，與理論模型值對比誤差控制在12%.CLT板抗剪承載力試驗的破壞模式(圖4)與CLT單根木條剪切強度試驗的滾動剪切破壞模式(圖5)非常相似.

CLT板選材方面，Wang[16]通過對比試驗，驗證了使用白楊木作為CLT正交層的可行性，發(fā)現(xiàn)了CLT板的破壞模式主要包括節(jié)點破壞、剪切破壞和層離破壞.另外，Sigrist[17]通過試驗發(fā)現(xiàn)了使用澳大利亞非結構級輻射松制造CLT的潛力.

圖3　CLT抗彎試驗與滾動剪切破壞[11]

圖4　CLT抗剪承載力試驗[15]

圖5　單根木條滾動剪切破壞[15]

2　高層木結構關鍵問題研究

2.1結構體系與性能

高層木結構體系包括CLT剪力墻結構、膠合木梁柱-支撐結構和木-混凝土混合結構，其中CLT剪力墻結構使用最為廣泛.已建的高層木結構屈指可數(shù)，本文按照建成時間先后順序對其進行了統(tǒng)計，見表1.

2.1.1CLT剪力墻結構

CLT剪力墻結構為剪力墻結構體系，采用CLT板作為墻板和樓板，承受豎向重力荷載以及水平向風荷載與地震作用.

2009年，第一幢公認的高層純木結構Murray Grove(又稱Stadthaus)在倫敦落成.這棟9層的住宅樓(圖6)上部結構墻體、核心筒、樓板等均采用CLT板，提供結構的豎向承載力和抗側承載力，是典型平臺式施工的CLT剪力墻結構[18].2010年，倫敦又建成了另一棟高層木結構-Birdport Housing[19]，同樣采用CLT剪力墻結構體系.2012年，澳大利亞墨爾本和意大利米蘭也相繼建成了10層高的Forté[5]和9層高的Cenni di Cambiamento[5]，均采用CLT剪力墻結構.

2.1.2膠合木梁柱支撐結構

膠合木梁柱支撐結構為框架與支撐共同工作結構體系.由于膠合木梁、柱連接節(jié)點難以做到剛性連接，一般采用支撐進行加強，構成框架-支撐結構體系作為抗側力結構體系.

圖6　Murrray Grove，倫敦[5]

2014年4月動工建設的挪威卑爾根市Treet大樓是目前公認的世界上已建成的最高木結構(圖7)[20].Treet大樓高14層，主體結構采用膠合木梁柱支撐結構，膠合木構件間節(jié)點全部采用鋼填板螺栓連接.為增加結構的整體性，該結構設置第5層和第10層為結構加強層，增加了環(huán)帶桁架與混凝土樓板，分別作為上部6～9層與11～14層CLT整體預制式房間單元的支撐平臺.隔墻、走廊、電梯井和陽臺也采用CLT.普通樓層(非加強層)采用CLT整體預制式房間單元，堆疊并連接于加強層之上，但不與膠合木主體結構連接，其豎向和水平荷載通過加強層傳遞到主體結構.

2.1.3木-混凝土混合結構

高層木結構當中，電梯和樓梯井通常采用混凝土核心筒，作為結構的抗側力體系及消防逃生通道，如表1中的德國H8項目[21]與奧地利LCT ONE大廈[22]；或者采用“底部混凝土結構+上部CLT剪力墻結構”的形式以滿足底層大空間的使用和防潮，比如最早建成的瑞典Limnologen項目[5].這類以木結構為主要結構體系，混凝土結構為輔助抗側力體系或底部承臺的高層木結構稱為木-混凝土混合結構.

表1　目前已建高層木結構(8層及以上)

圖7　Treet大廈，卑爾根，挪威[19]

高層木結構呈現(xiàn)出高度快速增加的趨勢，地域也開始向澳大利亞、美國、加拿大等地擴展.2015年10月，加拿大UBC大學正式宣布計劃建造一棟18層(53m高)木結構宿舍樓(圖8)，其同樣采用混凝土核心筒作為電梯井和豎向消防通道，擬于2017年投入使用.其突破了英屬哥倫比亞木結構不超過6層的限制[23].

2.1.4超高層木-混合結構

木材彈性模量較低，在豎向重力荷載的長期作用下，木材的長期蠕變影響大.隨著高度的增加，結構抗側剛度的要求也隨之提高.另外，采用混凝土核心筒可同時解決消防豎向通道和提高抗側性能的要求.因此，采用木材作為超高層結構的單一承重材料并不是最經(jīng)濟合理的選擇.

2011年，Van De Kuilen等[24]提出一個43層(150 m)的超高層木-混合結構概念(圖9).該結構80%以上使用木材，每隔10層設置一個混凝土懸臂加強層，豎向荷載通過中間的10層CLT子結構傳遞到加強層，然后再通過中間的混凝土核心筒傳遞到基礎.采用后張拉無粘結預應力筋連接伸臂梁和基礎，分擔風荷載作用下受拉側CLT剪力墻的拉力.通過有限元模擬發(fā)現(xiàn)，使用該后張拉無粘結預應力筋作為補充的抗側力體系能讓頂點位移減少30%[25].但此想法仍為設計概念，尚無進一步研究論文發(fā)表.

圖8　UBC學生宿舍樓[22]

圖9　木-混凝土混合超高層結構概念[23]

2012年，溫哥華設計師Michael Green提出了一個可用于高地震烈度區(qū)域、高達30層的木-鋼混合結構設計概念-FFTT[5](finding the forest through the tress)，用作住宅、辦公樓(圖10).按Michael Green的理念，該結構體系以CLT為豎向承重結構，采用鋼梁并通過螺栓與主體結構連接，作為弱連接構件，實現(xiàn)“強柱弱梁”的抗震理念，確保結構的延性.混凝土僅用于地下室和基礎部分.

2013年，基于美國芝加哥的一棟42層混凝土結構原型，SOM(Skidmore, Owings and Merrill)設計公司給出了同樣建筑功能和結構性能的超高層木-混凝土混合結構的設計方案[26](圖11).主體承重結構是由旋切板膠合木(LVL)、平行木片膠合木(PSL)、Glulam和CLT等工程木材料建造，而在節(jié)點處采用木-混凝土混合節(jié)點形式來提高節(jié)點的性能，減小因豎向荷載造成節(jié)點橫紋受壓的蠕變積累.考慮地下部分和基礎，該結構30%為混凝土，70%為木材(材料體積比).該混合結構比相應的混凝土結構和鋼結構碳排放量分別減少60%和75%，目前正在等待合適的項目以實現(xiàn)此設計概念.

2014年，Michael Green又使用“強柱弱梁”的延性設計理念[27]，采用鋼梁和螺栓連接，計劃在巴黎建一棟35層的木結構大樓Baobab(圖12).Baobab的主體結構由一系列的沿塔樓通長布置的CLT和Glulam組成墻體、木柱、木質核心筒等.

圖10　FFTT[5]

圖11　超高層木結構之夢 [25]

圖12　Baobab[26]

總之，已建的高層木結構體系主要包括CLT剪力墻結構、膠合木梁柱-支撐結構和木-混凝土混合結構，或三者之間的合理組合；而超高層木-混合結構仍處于概念設計階段.超高層木-混凝土混合結構或者高層木-鋼混合結構是未來高層混合木結構發(fā)展的趨勢.

2.2節(jié)點連接體系與性能

CLT結構體系采用平臺法施工，即在一層完成面上進行上一層的施工，因此CLT剪力墻在豎向的連接是不連續(xù)的.而高層建筑中，水平抗側力體系是結構的重點.風荷載或地震作用起控制作用.因此，CLT墻體豎向連接、墻體與樓板連接，以及墻體與墻體水平向之間的連接是保證結構體系整體性和受力性能的關鍵.

2.2.1抗剪連接件、抗拉錨固件

現(xiàn)代木結構常用銷連接件.CLT剪力墻結構中常采用抗拉錨固件(Hold-down)和抗剪連接件(圖13)對墻體與基礎、墻體與樓板以及水平墻體之間進行抗拉拔和抗剪連接[28].豎向CLT墻板之間通過槽口和自攻螺釘進行連接，一個3層的CLT結構振動臺試驗表明該節(jié)點具有非常好的延性，在結構的耗能方面扮演著非常重要的角色[29].

基于Johansen屈服理論，Blass和Uibel團隊通過大量試驗研究，得到了CLT的銷槽承壓強度及CLT銷連接的承載力計算方法[30-31]，和自攻螺釘抗拔強度與承載力計算方法[32].

2.2.2避免橫紋受壓節(jié)點

針對高層木結構膠合木梁柱體系，由于底層累計重力荷載大，為解決柱與梁、板之間的橫紋承壓問題，《加拿大高層木結構設計與建造技術指導》[5]中推薦了一種節(jié)點連接方式(圖14)，其豎向荷載直接通過節(jié)點處的H型鋼構件傳遞到下層柱，從而避免了梁、板的橫紋受壓破壞.而歐洲木業(yè)則推薦木-混凝土組合樓板，并通過混凝土栓柱傳遞豎向應力，避免木梁或樓板的橫紋蠕變.

2.2.3CLT新型連接節(jié)點

也有一些學者提出了新型的CLT連接體系.

圖13　CLT剪力墻結構節(jié)點連接體系[27]

圖14　避免橫紋受壓梁柱節(jié)點[5]

2014年世界木結構工程會議上， Polastri等[33]提出了一種新型的CLT連接體系—“X-RAD”：由硬木包裹一個金屬多向連接件，通過全螺紋螺桿將其固定于CLT板的邊角，板與板之間可以通過該節(jié)點很便捷地進行連接(圖15).這種節(jié)點大大減少了傳統(tǒng)使用的螺栓等連接件的數(shù)量，加快了CLT板的預制和組裝效率，并為CLT板節(jié)點提供了足夠的強度和剛度.同時， Polastri等[34]對其進行了節(jié)點的前期優(yōu)化試驗、抗拉拔試驗和抗剪試驗，建立了有限元模型.分析顯示其荷載滑移曲線與實驗結果對比吻合度較高，節(jié)點延性較好.

Kraler等[35]也提出了一種新型CLT連接件—“SHERPA”(圖16)，指出該節(jié)點具備良好的結構性能和經(jīng)濟性，同時可以進行快速預制和裝配，目前仍在進行深入研究.

圖15固定于CLT板邊角的X-RAD連接示意圖[32]

Fig.15X-RAD connection fixed at a corner of a CLT panel[32]

2.3抗震與抗風性能

CLT結構整體抗震、抗風性能的試驗研究目前主要針對多層建筑，最高達到7層.針對高層木結構整體抗震、抗風的抗側力性能或動力特性分析目前主要通過有限元的方法.

2.3.1抗震性能

2005～2007年，由意大利林木研究院(CNR-IVALSA)牽頭的SOFIE項目完成了CLT剪力墻結構若干抗震性能試驗研究.前期對振動方向上的三種外墻開洞布置的單層CLT足尺房屋(7 m×7 m)進行了偽動力試驗[36].2006年對一個3層的CLT結構進行了足尺振動臺試驗[37]，最后于2007年完成了一個7層足尺CLT結構的振動臺試驗(圖17)[28].因整個剪力墻、樓板等全部采用CLT墻板，結構抗側剛度大，且結構冗余度高、整體性強，在模擬地震作用下該7層足尺結構模型的反應好于預期，在災難性大震作用下，沒有出現(xiàn)明顯的破壞.Popovski等[38]結合試驗研究和理論分析，提出了多高層木結構抗震抗風的荷載系數(shù)R和設計方法.

圖17　七層CLT足尺振動臺試驗[27]

木材質輕，高層木結構通常由風荷載起控制作用.因此，風荷載作用下的動力特性逐漸得到高層木結構研究的重視.

2.3.2抗風性能

加拿大林產創(chuàng)新研究院(FPInnovations)啟動了一個研究項目，擬研究木結構在風荷載作用下的動力特性.目前已對6層及以下木結構房屋進行了環(huán)境振動測試(ambient vibration test, AVT)，監(jiān)測風速、風向和結構的加速度響應.通過AVT測到的4～6層的木結構固有頻率和阻尼與加拿大國家建筑規(guī)范公式吻合良好.下一步計劃是對更高層木結構進行AVT測試和風荷載下的動力響應監(jiān)測[39].

Reynolds等[42]使用Glulam梁柱框架、CLT樓板作為抗側力體系，建立了1個20層的高層木結構有限元模型，研究風荷載作用下高層木結構的動力響應.指出了結構的阻尼對減少風荷載動力響應的重要性，并通過試驗分析了鋼銷連接節(jié)點的剛度與阻尼在動力荷載作用下的動態(tài)特性，指出高層木結構的動力特性在全壽命周期中會不斷變化，因而值得關注.

瑞典Folkhem公司目前正在設計一棟22層CLT木結構大樓-Hallonbergen，項目位于松德比貝里市. Tjernberg[43]對Hallonbergen的風致動力響應進行了研究，分析了11種不同結構體系的有限元模型在風荷載作用下的頂點位移和加速度響應，推薦了4種可以滿足動力性能要求的結構體系.

2.4抗火性能

抗火性能是限制木結構高度的主要原因之一.輕型木結構墻板通常采用外包防火石膏板和內部填充石棉等措施.公共建筑需要使用煙感裝置和自動噴淋裝置.與輕型木結構不同，高層木結構使用大尺寸實木構件，比如CLT板或Glulam、SCL梁柱，其抗火性能由木材炭化形成的阻燃性能決定.

2.4.1炭化層

火災作用下，木材最外層在300℃左右開始轉化為炭化層，隔離了明火與木的直接作用，形成類似保護層的作用[44].木材的炭化速率可通過試驗直接測量，不同的樹種的炭化速率不同.歐洲木結構設計規(guī)范(EN 1995-1-2：2004)給出LVL、Glulam等實木構件炭化速率通常在0.65～0.80 mm·min-1之間[45].用炭化速率乘以燃燒時間，可估算炭化層的厚度.除去炭化層，木截面內部未被燃燒的部分仍具有承載力，因此，根據(jù)耐火極限要求以及炭化速率，可以對木構件進行抗火設計(圖18)[46].例如，如圖18所示，要達到1 h的耐火極限，即對實際受力所需的木構件截面(b×d)的四周，增加約60 mm的厚度(厚度由該樹種的炭化速率決定)得到構件的實際截面尺寸B和D.

圖18　四面曝火實木構件剩余截面計算

2.4.2CLT抗火

CLT雖屬實木構件，但卻是用粘結劑將較薄的奇數(shù)層規(guī)格材雙向正交膠合而成，最外層完全炭化后可能會產生脫落，因此，CLT的抗火性能需要進行深入的研究.Frangi等[47]通過試驗和有限元模型研究了CLT板的抗火性能，發(fā)現(xiàn)了CLT在火災作用下會產生脫層現(xiàn)象，而且脫落的未完全燃盡的炭化層會加強火勢，同時，裸露的芯材重新被燃燒.原有用于實木大尺寸構件的防火設計方法不能簡單用于CLT結構中.

McGregor等[48]做了5個木結構室內火災對比試驗，研究CLT墻板對室內火災的影響.試驗發(fā)現(xiàn)石膏板能對CLT墻板起到非常好的防火作用，同時也關注到了未安裝石膏板的CLT脫層現(xiàn)象，以及其對房間火勢造成的不利影響：CLT脫層會導致房間能量釋放增加160%，同時外露的新木層助長了新一輪火勢，使得衰退階段曲線高于ISO 834標準升溫曲線.

Frangi[49]進一步對CLT的脫層現(xiàn)象進行了試驗研究，發(fā)現(xiàn)CLT板的脫層問題與所使用的粘結劑有關，熱敏性粘結劑(如聚氨酯粘結劑)膠合而成的CLT板最外層完全炭化后會脫落，而非熱敏性粘結劑膠合而成的CLT板不會產生脫層現(xiàn)象，炭化速率和均勻實木構件相似(約為0.65 mm·min-1).另外，CLT板每層的厚度越厚，其脫層頻率越低，抗火性能相對更好.

加拿大國家研究委員會(NRC)和加拿大林產創(chuàng)新研究中心(FPInnovation)對3種不同厚度的墻板和5種不同厚度的樓板采用裸露和石膏板封裝兩種方式，進行了抗火試驗后得出結論：即使裸露(沒有采取石膏板保護)的CLT樓板也有良好的抗火性能；考慮豎向荷載作用的CLT樓板(7層，厚245 mm)炭化速度是0.65 mm·min-1，持荷時間178 min[50].但已建高層中，為安全起見，CLT墻板和天花板仍采用石膏板覆蓋.

針對整體結構抗火性能，基于SOFIE項目，F(xiàn)rangi等[51]對一個三層足尺CLT結構房屋進行了火災試驗，驗證了木結構房屋具有良好的整體抗火性能.加拿大國家研究委員會(NRC)和加拿大林產創(chuàng)新研究中心等研究機構擬對CLT建筑和輕鋼建筑進行相同的火災試驗，以證明可燃性的木結構與不可燃的輕鋼結構具有相同的或更好的抗火性能[52].

3　我國發(fā)展高層木結構的展望與關鍵問題

目前，在國家政策的大力支持和推動下，一批木結構設計和施工規(guī)范相應出臺，多高層木結構設計規(guī)范也在起草之中；越來越多的高等院校和科研機構開展了對不同木材及復合材的材料特性、結構體系和連接方式、受力特性、耐久性、防火性等的研究；一批具有資質的木結構建造商正在逐步實現(xiàn)標準化、規(guī)?；a.高層木結構及木混合結構將成為我國生態(tài)城市發(fā)展的必然趨勢.

結合國內研究現(xiàn)狀和國外研究進展，發(fā)展我國高層木結構尚需關注以下關鍵技術問題：

(1)結構用材.我國尚未建成批量生產CLT的流水線，目前主要依靠進口原材料.進口材是近期發(fā)展我國木結構產業(yè)的有效方式，零關稅的木材成本較國產材便宜，但發(fā)展我國具有知識產權的現(xiàn)代化結構用木材是實現(xiàn)生態(tài)化城鎮(zhèn)建設戰(zhàn)略提升的必然要求.

(2)材料力學性能.CLT是目前高層木結構的主要結構用材，CLT板材的合理構成、在平面內荷載作用下的抗剪性能、豎向受壓對抗剪性能的影響、平面外荷載作用下的抗彎和滾動剪切性能，和長期荷載作用下的蠕變性能等是今后所需研究的關鍵技術問題.

(3)結構體系與性能.純木結構的建造高度會受到材料特性的限制，可以利用混凝土、鋼材等材料的力學性能優(yōu)勢，同木材互補，提出創(chuàng)新的高層甚至超高層木混合結構體系.另外，高層木結構抗震、抗風性能的設計理論尚不完善，應加強整體結構的地震模擬振動臺試驗、混合模擬試驗、環(huán)境振動測試和風洞試驗，以及相應的理論分析與數(shù)值模擬.

(4)連接方式與性能.木構件之間主要通過銷類抗剪件連接，結構的抗側剛度較低，且節(jié)點處可能發(fā)生木材的橫紋劈裂破壞.因此，高層木結構中CLT等木構件的連接方式、高層木混合結構中木材與混凝土或鋼材之間的連接形式與協(xié)同工作機理也是高層木結構研究的關鍵.

(5)抗火性能.CLT或膠合木在受力狀態(tài)下構件和節(jié)點的抗火性能，以及高層木結構火災作用下的整體抗倒塌性能需深入的研究；高層建筑居住密度高，且受到水喉噴水壓力的限制，在火災發(fā)生時所需的消防通道，樓層之間、戶與戶之間等的消防要求需有不同于低層木結構的專門規(guī)定.

為推廣和發(fā)展木結構，還應加強高層木結構相應設計方法、規(guī)范和法規(guī)的建設；加強對木結構和高層木(木混合)結構的研究和推廣，給予相應的政策和經(jīng)費支持；加強現(xiàn)代木結構和高層木(木混合)結構的教育與宣傳，以提高社會認知度；加強人工林的科學培育以實現(xiàn)原材料自給自足.

4　總結

本文介紹和分析了國外高層木結構的研究與應用現(xiàn)狀，重點介紹了CLT的最新研究進展，指出其正交層的滾動剪切性能是研究重點.對高層木結構的關鍵問題，即結構體系、結構抗震與抗風性能、節(jié)點連接和抗火性能的研究進展和研究成果進行了綜述，指出：CLT剪力墻結構是目前使用最廣泛的高層木結構體系，而高層木混合結構是高層木結構向更高層發(fā)展的趨勢；結構體系中抗側力性能、節(jié)點連接是今后研究的重點；高層木結構抗火性能的研究可以借鑒低層和多層木結構，但高度和人群密集的影響需特別關注，同時需要重視火災作用下CLT的脫層問題.最后，對我國高層木結構的發(fā)展進行了展望，對關鍵問題進行了分析和歸納，以期推動我國多高層木(木混合)結構研究和應用的發(fā)展.

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State-of-the-art Research of Tall Wood Buildings

XIONG Haibei, OUYANG Lu, WU Ying

(College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)

State-of-the-art research and application advance on tall wood buildings are summarized based on the current research situation abroad. Specially, an innovated engineering wood product, cross-laminated timber (CLT) is emphasized for its rolling shear property, which is the dominant factor of out-of-plane capacity. The key issues on tall wood buildings, such as structural systems, seismic and wind resistance, connection capacities, as well as fire resistance are expatiated. On account of reviews of the latest study, this paper indicates that the connection of members, load path and force distribution in structural systems are the key points of future research. Meanwhile, research on fire resistance of tall wood buildings can learn some experience from low-rise and multi-storey wood buildings, but the height of building and the quantity of residents should be especially concerned. Finally, research prospects on development of Chinese tall wood buildings are proposed, and the key issues are analyzed and summarized.

tall wood buildings; green construction; cross laminated timber; rolling shear property; seismic and wind resistance

2015-11-16

國家自然科學基金(51378382),住房城鄉(xiāng)建設部2015年科技項目計劃資助項目(2015-K2-030)

熊海貝(1964—)，女，工學博士，教授，博士生導師，主要研究方向為混凝土結構、現(xiàn)代木結構及混合結構的抗震性能.

E-mail:xionghaibei@#edu.cn

歐陽祿(1992—)，男，碩士，主要研究方向為高層木結構.E-mail:1432155@#edu.cn

TU366.2

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