木構大樓,正如雨後春筍不斷在全球拔地而起。這些建物夠堅固嗎?會不會隨時間而腐朽?遇火災不會燒光光嗎?這些很多人的疑問,對新一代的木建築來說都不是問題,木構摩天大樓的時代,可能很快就會到來。
說來說去,木建築到底好在哪裡?其實,它的首要優點就是施工經濟。傳統混凝土結構需要灌漿,得花上好幾星期等其乾燥;如果每層樓都要數周才能完成,一幢大樓累計起來的工期自然不短。但如果改用木料,所有樓板、牆柱都可先在工廠精確裁切,現場組裝即可,就像拼樂高積木,幾小時就能完成,非常省力簡便。
再來,木料相對於鋼筋、混凝土,還有重量更輕、運送更方便的優勢。以東倫敦哈克尼區九層樓的木構集合住宅Murray Grove來說,負責設計的建築事務所便分析,若以鋼筋混凝土來蓋同樣規模大樓,要出動九百輛大卡車、混凝土預拌車;但採用木料,最後只出動一百車次大卡車,經濟效益不言而喻。
各式新建材問世 木建築更強韌
追根究柢,建築業之所以重新擁抱木料,而且愈蓋愈高,關鍵就是合板與CLT(交錯層壓木材)建材的普及。今日的木料,已跟傳統原木不一樣了。
經手不少木建築的PLP設計事務所建築師Kevin Flanagan,便巧妙將CLT比擬成航太工業新顯學的碳纖材料;如同新型飛機非得使用碳纖材質,未來建築也會藉由木料,達到質輕、經濟、省能的理想。
仔細探究,現代木建築主要採用三種材質。第一種是「膠合層積材」,也稱「集成材」(Glulam),主要用於筆直的橫樑或柱子,問世半世紀以來行之有年;第二種是「單板層積材」(Laminated Veneer Lumber, 簡稱LVL),以原木為原料旋切成單板,經高溫乾燥,再將單板以同向順紋的組合,進行塗膠熱壓後膠合而成,強度可跟混凝土相當。
至於第三種,也是最近大量應用的「交錯層壓木材」(Cross-Laminated-Timber,簡稱CLT),正是近年高層木建築迭有突破的主因。
CLT的原材,往往來自原本經濟價值不夠高的零碎木料,藉由三層、五層、七層不同的膠合拼組,加強韌度,重新變成可用的板材。製成6公尺長、50公分寬等尺寸後,能直接用作壁面、樓板,也可裁切後鋪至屋頂。
省能又感性 木建材擁有更多誘因
木料不但比鋼鐵輕、更容易運送,運送過程耗損的石化燃料也比較少。由於木料重量只有混凝土的五分之一,因此原本因鋼筋水泥過重而無法興建高樓的地區,也有可能因此突破高度限制。而在質輕之外,木料也具有極高韌度,甚至連鋼筋、鋼板等建材也難以企及。
對投入木構建築的設計者而言,裸露的木料自成美感,無需再多加裝飾,成為引人入勝的簡約優點。而對施工現場來說,木構建築組裝過程快速、安靜、無毒,也為工班帶來良好工作環境,可謂好處多多。
若從心理學研究切入,木頭的質地、觸感、香氣,對於人的情緒均有正面提振效果,甚至可產生紓解壓力、降低血壓、增進溝通與學習、情緒療癒等功能。而木料天生具有的溫暖觸感,甚至讓人愉悅的氣味,都能使人產生回歸自然的心理感受。
在諸多優點下,人們的觀念逐漸轉變。全球頂尖的跨國工程營造品牌Arup便在2019年3月發表「重新思考木建築」報告,以減少碳排為目標,支持木料等永續建材的大量運用與推廣。
這份報告說明,在密集的都市環境中,木建築具備省時、減噪、降低廢棄物、易運送、易組裝等優點;而透過電腦運算,還能精密掌控木料裁切組裝、達到更高經濟效益,這些都是支持木料運用的理由。
高樓與公共建築 也邁向木構時代
2019年2月,全球各大媒體出現了一則新聞,引起設計圈極大關注。日本計畫在2041年完成一幢破紀錄的木構摩天大樓,住友林業與日建設計株式會社打算投入一項「W350」專案,在東京蓋出包含住宅、飯店、辦公、零售等複合用途的350公尺、七十層超高大樓,以慶祝住友集團350週年紀念;它的高度不但比當今最高木建築—加拿大溫哥華的英屬哥倫比亞大學學生宿舍高出四倍,落成後也將躍身為東京第一高樓。
這幢大樓預計會有九成木構,搭配一成的支撐鋼管(Braced Tubes)結構,以因應東京位處地震帶的挑戰,預計將用掉18萬平方公尺的日本在地木材,耗資56億美金,造價比一般同級大樓高上一倍。
為什麼造價如此昂貴,還要偏向木建築挑戰?答案就在於業主意圖展現新時代的設計思維,體現「環保」與「永續」的未來。
雖然過去日本傳統建築多屬木造,但祝融之禍的陰影,一度讓木造建築大幅減少。不過近年隨著材料處理技術的進步,木建材在防火、防水、防震、防蛀等面向均有大幅進步,因此木建築頗有捲土重來之勢。
而另一方面,日本政府對公共建築與私人住宅,也不斷針對木建材的使用進行獎勵與鼓吹,間接造成木建築的重新復甦。
劃時代里程碑 木構大樓可行性高
要整體說明木建築朝向天空挑戰的趨勢,不得不提幾個劃時代的里程碑。
2009年,東倫敦的哈克尼區(Hackney),就已出現前述九層樓的木構集合住宅Murray Grove,創下當時世界紀錄。到了2013年,以木料與紙管為建材出名的日本建築師坂茂,也在瑞士蘇黎世為媒體公司Tamedia設計木構的企業總部,引起一陣驚嘆。
而回溯這股向天空發展的劃時代紀錄,還是得首推2017年在加拿大溫哥華落成的英屬哥倫比亞大學布洛克公地(Brock Commons)學生宿舍。這是全球首座由木料、鋼骨、混凝土共構的十四層以上建築,53公尺、18樓的規模成為當今最高木建築。
回顧施工實況,在預鑄零組件運至現場後,只花了七十天不到的組裝工期,加上後續裝潢,比預定時間還提早四個月完成,就向四百多位住戶敞開大門。這種施工上的經濟,成為高層建築漸向木料靠攏的關鍵原因。而實際的使用案例在獲得好評後,更促成木構大樓加速發展。
善用木構 可讓「森林」重回城市
木建材儘管還不能說是十全十美,但與鋼筋混凝土相比,仍然具有十足優點,值得人們好好探索其潛力。
相較於鋼筋水泥,木料最終極的不同,就是它具有可再生性,只要持續造林,就能取得源源不絕的原料;而在樹木生長的過程中,不斷吸納二氧化碳,對於減緩溫室效應更是很有幫助。
很多人不免擔憂,全世界不是一再呼籲停止濫砍濫伐?的確,只要經過適當規劃與管理,計畫性採林除能防止森林野火,還能增強森林抵擋大火的能力;在非保留地控制樹林密度與林場棲息地環境,也能讓生物多樣性保存得更好。
防火耐震有保障 現代木料其實夠安全
另外,人們對於木構大樓的疑慮,主要來自防火、耐震、抗潮等考量。其實木頭只要做好防潮,沒那麼容易腐朽,全世界就有很多古老的木造建築保留下來。
實驗證明,CLT板材在經過具防火性的黏膠膠合與熱壓塑形後,由於已經過縱橫交叉排列、去除節點等篩選,能有效避免材質的結構弱點,強韌度甚至可比鋼筋。實驗結果還證實,木構房屋在經歷地震時,通常只產生位移等問題,但鋼筋混凝土結構卻往往產生樑柱爆裂、鋼骨扭曲、房屋傾斜等現象,耐震度反而不如木料。
另外,經過處理的CLT,易燃性也大有改善。根據實驗顯示,使用CLT興建的木屋遇上火災時,室內家具雖難逃一劫,但CLT木料不會燒透,只會產生表層焦化就止燃,保持結構完整。
反之,鋼骨建築遇上大火,很容易熔化變形而產生結構弱化,證明CLT的耐火性不一定比較差,讓人們對於木構材料的安全性,又多增加一項觀念層面的翻轉。