木造大楼研究项目

Timber
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数字化制造有可能改变我们的建造方式,形成可持续的解决方案。在伦敦的一场展览中,SOM 设计了一个以玻璃砖为材料、由机器人建造的拱顶结构——展现了提高工程效率的一种新的可能性。

项目介绍
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通过协作实现新契机

SOM 正在与行业和大学合作伙伴通力合作,开发机器人辅助建筑工程的新技术及其应用。在伦敦 Ambika P3 画廊举办的“结构剖析:艺术与建筑的未来”展览陈列了此次合作的多项成果。该展览最为引人注目的核心作品是一个由玻璃砖建造的拱顶结构,在整个展览过程中,该项目由机器人在画廊现场逐步组装完成。

SOM 的结构工程师与普林斯顿大学 CREATE 实验室及 Form Finding 实验室协作开发了此装置,该项目还得到了代尔夫特理工大学玻璃与Transparency研究小组的协助。自动化机械臂由 Global Robots 提供,玻璃砖由 Poesia Glass Studio 提供。结合自身专业知识,该团队开发了材料系统、结构设计方案和组装策略,通过自动化机械臂组装出了一个自承重拱顶结构。该装置的研究借鉴了传统的拱顶建造方法,同时应用先进的工程技术,创造了一个高效而美丽的外壳结构,可以完全在脱离模板或导板的情况下实现建造。

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检验概念

为了推进这项研究,SOM 和俄勒冈州立大学在软木木材协会的支持下,制定了一项全面的物理性能测试计划,到目前为止,此计划已经囊括了近 20 项不同规模和配置的测试。最终原尺寸样本的测试成功为我们提供了强而有力的证据,证明木材-混凝土复合系统可以满足规范要求,且有能力与传统建筑方法竞争。

测试的地板样本为 36 英尺长,8 英尺宽,是基于一个典型结构开间的一部分来建模的。测试构件是一块交叉层压木材(以下简称 CLT)板,上面覆有一层薄的钢筋混凝土,以提高系统的结构、声学和防火性能。这两种材料通过特制的构件件连接起来,组成复合材料。钢筋混凝土顶板在 CLT 支撑梁处加厚,使 CLT 板之间形成刚性连接,从而使得楼板可以架在横截面相对较窄的梁上。在测试中,用一个液压推杆对试样进行负荷加载,加载过程持续两个小时,由48个不同的传感器分别记录数据。

Timber testing
Testing

该地板系统提供了比规范要求更大的刚度,且能够承受82000磅的极限荷载——大约是所需设计荷载的8倍。初步试验的结果提供了正面的反馈,同时也为验证测试提供了基础数据的支持。在后续的系列验证测试中,将对耐火性等性能执行一系列测试。在完成并通过验证测试后,该系统才能应用于高层建筑。SOM 发现,这些木材-混凝土复合地板系统可与钢结构系统结合实施,可作为混凝土建筑中的现浇模板应用。

推进木结构建筑的未来

自 SOM 开启该领域的研究以来,北美地区修建重型木结构建筑的能力已经获得了长足进展。在建筑法规方面也取得了良好的进展:2021 国际建筑规范(以下简称 IBC)中对重型木材的高度和截面尺寸的放宽,为木造大楼的发展和实现铺平了道路。IBC 2021 规范现在允许采用重型木材建造超过 85 英尺的高层建筑,前提是要求在重型木材地板上铺设标称混凝土顶板,以提高耐火性能。而 SOM 主推的木材-混凝土复合系统概念与 IBC 2021 规范的新要求完美契合。SOM 正在继续研发推进这些概念,以推进世界各地城市的低碳解决方案。

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