木制摩天楼

1903年，当辛辛那提州的英格尔斯（Ingalls）大厦建成时，没有人相信一个世纪后它还依然耸立。事实上，当时的人们预测它撑不了一个晚上就会倒塌。这幢16层大厦是世界首栋混凝土摩天大楼。在它之前的多层高楼的主体材料都是钢铁等合金，对于世界首栋混凝土大楼，媒体提出了各种疯狂的猜想。有的说它会因为不堪重负坍塌。还有的甚至预测它可能会被风吹倒。根据传闻，在拆除大厦支撑材料时，有一位记者在现场等待了一整晚，希望抢先报道大楼倒塌的新闻。

2017年，摩天大楼又迎来一场新的材料革命：木制摩天楼。虽然听上去令人难以置信，但它们正在变成现实。可是，这些大楼够强韧吗？会不会腐蚀生虫？难道不会成为巨大的火灾隐患？

木材的优势

CF穆勒建筑师事务所的奥拉·琼森（Ola Jonsson）说：“木材具有很多优势，一下子根本列举不完。”他们事务所设计的34层木制大楼在不久前赢得一座建筑设计大奖。

首先，木制大楼建造起来速度更快，混凝土要等待几周才能干透，而钢结构的摩天大楼的地板都是混凝土，因此每铺一层地板都需要几周时间。相反，木制板材可以预先在工厂里被切割成精确的尺寸，在现场将它们安装到位只需要几个小时。

其次还有重量问题。在很长一段时间里，伦敦哈克尼区的一栋名为“Murray Grove”的9层住宅楼一直保持着世界最高木制大楼的纪录。“如果这栋楼采用混凝土为原料，仅运输所有材料就需要重型货车运送900车次。”设计Murray Grove的Waugh Thistleton建筑师事务所的创始人安东尼·瑟斯尔顿（Anthony Thistleton）说。由于这幢大楼的原料是木材，最终只用了100车次。

此外，木材还具有环境优势。虽然一般人可能会忽视我们居住楼房的碳足迹，事实上，混凝土和钢铁都是碳排放大户，两种材料的碳排放量分别占全球碳排放总量的8%和5%。木材却正相反，树木会吸收二氧化碳，将它们锁进木材中。

从温哥华到维也纳，从挪威到新西兰，木制大楼在世界各地像雨后春笋一样冒了出来。比如，美国明尼阿波利斯的T3大厦，共有18层楼，所用的材料全部是被山松甲虫啃倒的松树；维也纳的HoHo大厦耗资6000万，正在建设中，主体材料为云杉；斯特哥尔摩计划在一个20世纪60年代修建的停车场上面修建一栋133米高的木制大楼，名为Tratoppen，意思是“树顶”。

不难想象，保险公司对这些新型木制建筑非常不满，但这无法阻止一部分具有叛逆精神的建筑师引领木材的复兴。他们甚至设想了木制大厦征服整座城市的场景，传统的钢筋混凝土森林将被以胶合板为主要材料的“木制摩天楼”所取代。

木材可能是21世纪最先进的建筑材料，但它并非现代发明。中国的佛宫寺释迦塔（应县木塔）是世界最古老的木制建筑之一，建于公元1056年，整座塔没有使用一根铁钉、螺丝或螺栓。然而，由于卓越的工艺和牢固的设计，这座佛塔在900多年后的今天依然屹立不倒。在HoHo大厦竣工前，它一直保持世界最高木制建筑的称号。历史上，这座木塔经历了多次大地震，其中，1556年的地震导致了近100万人死亡。其实，这个结果并不令人意外，木材除了重量轻还非常柔韧。当地面开始震动，木制结构会随之摇摆，从而避免倒塌。在新西兰等地震频发地区，大多数房屋都是木制结构。

几千年来，森林一直是建筑材料的唯一来源。在中世纪的英国，住房、堡垒、工厂、教堂都是木制的。原木非常有韧性，除非打湿，一般不会腐烂。“如果你能让木材保持干燥，它们几乎能够一直使用下去。”新西兰的权威结构工程师安迪·布坎南（Andy Buchanan）说。

很多古代木制建筑都位于恶劣气候环境中。比如，英国的都铎式橡木房屋和挪威的木构教堂（用一种名为“malmfuru”的特殊冷杉木制成）。前者外面用木条加固，涂抹稻草和泥浆或动物粪便的混合物，后者地面一层架空建造，以保持干燥。

布坎南说：“现在，我们会给木材包裹上一层防风雨的‘外套，比如玻璃或纺织材料。”

防火挑战

大多数木制建筑未能保存下来的原因是火灾。在木材时代，很多城市都经历过毁灭性的大火。公元64年，古罗马城爆发火灾，一直持续了6天。1657年，明历大火将江户城（今天的东京）夷为平地，导致10万多人死亡。此外，纽约、芝加哥、华盛顿和旧金山都曾经历大火。1666年的伦敦大火毁掉了数十万栋建筑，导致新的规则出台，整座城市被用砖石重建。重新启用木材作为建筑材料是否会是一个可怕的错误？

但是，这里所说的木材严格地说应该是经过加工的胶合木，主要又可分为三种类型。“首先有胶合层压木材（glulam），主要用于制造直梁和柱子，已经有50多年历史。”布坎南说，“然后是层压饰面木材（LVL），强度与混凝土相当。最晚出现的是交叉层压木材（CLT），它们现在才真正开始普及。”

CLT是一种真正神奇的材料。用防火胶将薄薄的木材交错地粘起来，可以达到结构钢的强度，因此被称为“服用激素的胶合木”。通过交替变换木纹的走向，弥补了原木的结构弱点，防止材料在湿润后弯曲变形。用这种方法制造出宽6米、厚50厘米的平板可以整张用来制造墙壁、地板或天花板。

木板的尺寸非常关键。“几乎每个人都知道用一根巨大的圆木根本无法将火生起来。”瑟尔斯顿说，“要让整块圆木燃烧起来要费很多工夫。首先木材会碳化，形成保护层，阻止下面的木材燃烧。”

高层建筑木材委员会2017年初在弗吉尼亚火灾研究实验室专门进行了CLT防火实验。研究人员在用胶合木制造的双卧室公寓内点燃大火，室内家具烧毁后，火自然熄灭。房间内的物品全部被烧成了灰，房屋表面碳化，但结构并未受损。

除了阻止火灾蔓延，CLT的另一个重要特点是它在受热后的表现。在这方面，这种材料显然优于钢和混凝土。后两种材料遇高温会熔化或变弱。瑟尔斯顿说：“我们在讲座中经常使用一张房屋遭遇火灾后的图片，其中可以清楚看到一根巨大的胶合木支柱支撑着一根木横梁，顶端的另一根钢梁已经完全熔毁。”

由于楼层越高，消防员越难到达，高层建筑的防火更是一大难题。布坎南说，由于这个原因，木制建筑的高度通常不超过10层。

其他难题

此外，还有其他一系列问题伴随高度产生。大多数摩天大楼首先面对的问题是支撑自身重量，因此它们所使用的材料必须足够强韧。木制大楼由于自重太轻，它所面对的问题正好相反。海拔高度越高，风越大。在世界最高楼迪拜哈利法塔的楼顶，风速可达到每小时150公里。这些横向的风力一直是摩天大楼结构设计中必须考虑的重要因素。

从抗风角度来说，大厦越重越好。在1995年添加混凝土支柱加固之前，每到大风天气，在纽约特朗普大厦高层会感到让人轻度恶心的摇晃。木制大楼克服这个问题的一种方法是添加一个混凝土内核，但一些建筑师认为这样做等同欺骗。

最后，CLT单块来看非常强韧，这就引发了新的问题：如何将它们衔接在一起。由于面积巨大，又非常厚，钉子和螺丝根本起不到作用。布坎南说，“为了防止建筑被风吹倒，需要大量的墙壁和地板。”

对于住宅楼，这不是问题。因为住宅楼层高不必太高，而且可以设计很多隔间。开放布局的办公楼和商用楼的设计将面临真正的考验。当达到一定高度后，这些木制大楼将需要固定机制，比如从底部到顶部贯穿整栋建筑的钢条。

当然，目前一切都是紙上谈兵。根据建筑信息数据库“安波利斯标准委员会”的定义，摩天大楼高度至少要达到100米，远超过目前正在修建或策划中的木制大楼。瑟尔斯顿说，“目前，建筑师设计木制大楼主要是为了技术炫耀，我们应该为了环保的原因使用木制材料。20世纪是混凝土的时代，它的主题是人类征服自然。人们的态度正在发生转变，变得更倾向于顺应、呵护自然。”或许，这将意味着回归木制时代。