建筑结构丨谁说木头盖不了高层？2个月完成的18层全木结构大楼展示逆天技艺！

来源：加拿大木业协会（ID:canadawood）

先来段视频，谁说木结构不能盖高层的来着？

项目概况

不列颠哥伦比亚大学一直处于振兴重型木结构建筑领域的前沿，将工程木产品创新应用于教学和行政大楼。该校木结构建筑阵容的最新成员是北美第一栋重型混合木结构高层公寓：53米高的18层Brock Commons一期大楼。

Brock Commons是温哥华校区规划的五栋公寓楼之一（按建造顺序它是第三栋，之前的两栋是 Ponderosa Commons和Orchard Commons）。这些大楼不仅作为学生宿舍使用，还是校区的教学和休闲中心。

Brock Commons的独特之处在于采用重型混合木结构：底层是混凝土裙楼，其上是17层重型木结构，混凝土核心筒从底层贯穿至顶层。

该项目将为404位学生提供了住宿方便。这栋大楼作为政府推动的示范项目，旨在证明混合结构的重型木结构建筑无论从技术上还是经济上都能够很好的满足建筑行业的需求。利用目前先进的工程木材和建筑科技，高层木结构建筑不仅能够更加安全经济而且能够营造一个更加低碳的建筑行业。

项目坐落于UBC大学温哥华主校区的学校住宿区。项目位于住宿区最为核心的区域。地块是一块长条较窄的坡地，面向 Walter Gage路，毗邻Gage住宅楼和North Parkade。

项目的针对人群是高年级的学生，提供单人床位和四人床位的宿舍空间，全部附带厨房和浴室。社交和学习区域全部安置在项目底层，在18层顶层有一个学生休息室，休息室被设计成所有的木结构构件都将暴露在外，以起到展示和达到教学的效果。

为了和学校整体的规划相符合，建筑外立面的设计体现了更为国际化和现代化的特征。建筑外立面由预制化的墙板系统组成，该墙板系统由蓝色色调的玻璃，白色和碳化的饰面板组成。竖向装饰金属条为建筑的竖向效果提供视觉支撑。

BROCK COMMONS大楼重要数据：

高度：53米

层数：18层

用地面积：2,315 m2

使用木材2,233 m3

总面积：15,120 m2

储存1,753吨CO2

容积率：6.53

避免排放679吨CO2

建筑占地面积：840 m2

CO2效益2,432吨

404个学生床位

Brock Commons是由2013年加拿大国家资源竞赛（2013 National Resources Canada）支持的两个高层木结构示范项目之一，目的是促进加拿大的木材产品设计和生产。这栋开创性的建筑将展示工程木产品和建筑技术的创新，创造研究和学习北美环境下高层木结构建筑设计、施工、使用和居住的难得机会。

设计流程

（1）虚拟设计和施工

Brock Commons的综合三维虚拟模型由设计团队中的虚拟设计和施工（VDC）建模公司Cad-Makers制作，并在整个设计阶段不断更新。 VDC建模公司收集了来自其他顾问的设计信息，制作出一个极其详尽和精确的建筑模型，包含所有组件和建筑系统。

在项目的整个设计阶段，虚拟设计和施工（VDC）模型被用于可视化、多学科协调、碰撞检查、工料估算、四维规划和排序、可施工性审核和数字化制造。

让VDC建模公司参与设计团队的部分原因是使设计顾问无需负责制作项目整个生命周期中都会用到的三维模型。每位顾问可以专注于自己的工作领域，使用自己熟悉的建模和制图工具，不用担心软件的互操作问题。

设计使用的程序：

建模软件：Dassault Systemes的3D Experi-ence（包括CATIA、ENOVIA、Design Review）

建筑渲染：Trimble sketchup

建筑图纸：Nemestchek Vectorworks

M/E/P图纸：Autodesk Autocad

结构图纸：CATIA/Autodesk Autocad

（2）可视化

模型主要用于形成不同方案的可视化材料，从而辅助设计开发和决策制定。在整体设计研讨会期间，模型需实时更新，快速反馈的团队评估不同结构系统时的意见。

（3）多学科协调

VDC建模公司以各顾问公司的二维图纸和三维模型为基础建造模型。从更新设计到变更到模型中，记录所有问题并反馈给团队，以要求团队提供相关信息或进行澄清。在这个角色中，VDC建模公司作为设计和项目文件的外部审核人。

（4）碰撞检查

由于重要建筑构件需要预先制作，建筑系统的路径和与之相关的穿透设计需在设计期间规划。而三维模型用于定位管道、尺寸穿透和竖井，确保满足适当的间隙和其他特殊要求，并解决系统路径之间的重大冲突。

（5）工料估算

供料估算从VDC模型提取，用于制定决策、成本估算和施工规划。并在研讨会期间，模拟了结构设计方案，并计算了不同木材产品的用量，用于为选择流程提供所需的信息。

（6）四维规划和排序

在设计虚拟和数字化模型时，VDC建模公司制作了安装顺序的四维模拟，用于分析。通过这次详细的安装顺序模拟，团队得以看到流程演示并解决可能存在的拖延项目的问题。

（7）可施工性审核

VDC三维模型和四维模拟被用作与施工公司沟通的工具。这种做法先发制人地解决了可能造成现场延迟的部分可施工性问题。同时也有助于确保有意向的公司能够在投标之前较好地了解项目，从而减少可能增加出价的不确定处和风险分担。

（8）数字化制造

VDC建模公司与重型木材供应商合作，编制一个施工图审批和制造流程。VDC模型可被用于某些构件（CLT面板、GLT和辅助设计开发和决策制定。估算和施工规划。 PSL柱、钢构件）的数字化制造。

施工流程

（1）施工前的规划

施工开始前进行周密规划的目的是促进施工过程的顺利进行，并解决用重型混合木结构建造高层建筑的一些难题。施工组织和规划使用虚拟三维建模辅助。

（2）施工进度安排

首先听取主要行业承包商对施工进度安排的意见和保证。其次主要物料、系统和设备需提前采购；根据施工进度要求确保库存充足，完成木结构组件和建筑外围面板的预制和场外储存。在批量生产之前的计算机设计模型和实体模型分析，确保准确性并获得批准。若春夏两季木结构搭建进度安排，尽量减少因天气原因造成的停工。同时协调建筑外围护结构的吊装时间，与木结构搭建同步。

（3）施工中消防管理

深化木结构节点设计，尽量减少或完全消除焊接。对行业承包商则要求持有动火作业许可证，消防监督员站岗监督。使用临时供暖时，避免结构内产生明火热源。消防竖管安装在不低于施工楼层以下四层，带有临时分叉接头，供消防部门使用。CLT楼板结构由CLT楼板加混凝土面层以及X型石膏板封装而成；任何时刻暴露的无保护木结构不得超过4层。工作人员应接受火灾预防和响应培训。消防安全计划提交温哥华消防部审批。

消防是Brock Commons设计过程中的一个关键考虑因素。《UBC高层木结构建筑规范》（本项目的现场专用规范）的重点之一是确保住户的健康和安全防护水平等同于或优于BCBC对同规模不可燃（即混凝土）建筑的规定。为实现这个目标，设计采用了被动消防、主动火灾探测和扑救手段，并在施工期间采取措施保护建筑。

这些手段大部分常见于不列颠哥伦比亚省高层住宅建筑，包括耐火等级（FRR）分隔措施。 FRR分隔措施用于降低结构构件、楼板、承重墙着火后过早失去作用或崩塌的可能性，避免导致住户无法逃生、应急响应人员无法进入，造成火势蔓延到其他楼层。耐火等级确保结构系统在火势最盛而自动喷水灭火系统失效时能够承受一定时间。

为了达到消防要求，采用了主动和被动的消防策略。

①被动消防策略：

不可燃的底层和楼梯/电梯核心筒，作为高楼层的出口。木结构全封装（18楼休闲室除外，这里全部安装自动喷水灭火系统），封装使用多层 X型石膏板，为所有结构组件提供 2小时耐火等级（FRR）。楼层之间以及所有竖井具有2小时FRR，没有互通的楼层空间。住宅单元之间具有2小时加强FRR（BCBC仅要求1小时FRR），单元和走廊之间具有1小时FRR（这部分有加压）。

②主动消防策略

单级、可寻址火灾警报系统，包括声音和视觉信号设备。自动喷水灭火系统和立管系统，连接到市供水系统，后备20,000升现场水槽和消防泵（二者都用应急电源运行）。水槽可供水30分钟，系统可靠性接近100%。 喷水灭火系统覆盖住宅单元，使用嵌入式喷头以防意外受损。每层还要提供灭火器。

干式灭火系统（用于减少水冻结和管道损伤）安装在室外CLT顶棚之下。100%无保护开口区域必须有水幕，尤其是底层邻近停车场的公共空间。安装人工监控和断电报警和喷水灭火系统，可发信号至温哥华消防部。在每层喷水灭火立管伸出混凝土核心筒处，需安装伸缩缝。

（4）施工中防水管理

木结构搭建安排在较为干燥的夏季，在木构件涂上防水涂层，尽量减少施工期间水分渗入构件，混凝土面层覆盖木板结构形成倾斜角度，实现直接排水 ，在封装前进行木结构含水率评估，若潮湿天气采取预制的临时雨水保护措施。预制建筑外围护结构的安装大约落后于一层主体结构的搭建。水流报警启动后，几小时后总水闸关闭。工作人员接受关于水渍损害预防和缓解的培训。

现场施工图

18层大楼除了第一层为混凝土，第二至第十八层全部采用木结构。

混凝土核心筒不但作为电梯井，更重要的功能是为整个建筑提供侧向抗震。

施工采用平台式搭建，没有脚手架，顶部天花楼板即为上层施工作业地面。

温哥华夏季少雨，该项目利用夏天的干燥天气，仅用2个月不到就完成木结构部分安装。

所有施工过程已经在电脑里做了BIM模拟。五层CLT楼板提供了最大的稳定性和防火性能。

所有楼板，胶合木柱都高度预制，现场吊装。

钢制拉杆提供剪力。

所有CLT楼板都预埋了金属固定件，方便现场吊车的吊装。

边缘的金属件为后续外墙板的安装提供基座。

CLT楼板和混凝土核心筒的连接主要依靠L型大型钢构件。

整个搭建过程非常像在搭一个乐高积木。

所有外墙都送到现场。

第一片外墙板安装到位。

工厂预制件的精度极高，现场不需要调整便可以严丝合缝。

L型的外墙也是预制的。

和传统施工方法不同，外墙的施工也是随着木结构部分同时进行，优点在于可以更好的保护木结构部分免于过长时间暴露于室外。

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