用木頭建造摩天大樓？

與鋼筋、混凝土等傳統建筑材料相比，新型木材不僅環保，而且同樣堅固。不久的將來，一棟棟由新型木材打造的木質摩天大樓將在世界各地拔地而起，其中一些大樓的高度甚至超過300 米。

在我們的印象中，只有一些古建筑和小木屋會用木材作為主要的建筑材料，而高樓大廈基本都是由鋼筋和混凝土建成的。但很快，我們的看法可能要發生轉變了。

幾年后，一棟木質摩天大樓將在澳大利亞珀斯市拔地而起。這棟木質摩天大樓名為“C6”，設計高度約為191米。建成后，它將成為世界上最高的木質大樓。

但這一紀錄恐怕也不會保持太久，因為日本工程師已經在設計更高的木質摩天大樓，高度約350 米。

隨著材料科學的進步，木材已經能夠與鋼筋、混凝土等傳統建筑材料“競爭”。木材作為建筑材料不僅環保，而且在防火方面，木質大樓甚至比其他大樓更安全。

木材對氣候更友好

公認的世界上第一棟摩天大樓是美國芝加哥市的家庭保險大樓（HomeInsurance Building），于1885 年建成，高度約為42 米。家庭保險大樓的承重骨架由鋼鐵組成，墻體由預制混凝土和磚塊砌成。

以現在的眼光來看，42 米的高度只能算是一棟小樓。但家庭保險大樓是世界上第一棟主體結構由鋼材和混凝土制成的大樓，被認為是現代摩天大樓的雛形。

目前，世界上最高的摩天大樓是迪拜的哈利法塔，高度約為828 米。在建造哈利法塔的過程中，施工方使用了約5.5 萬噸鋼筋、約33 萬立方米的混凝土。

然而，鋼筋和混凝土的使用為環境帶來了巨大負擔。鋼材的冶煉材料來自開采鐵礦，而制造混凝土需要水泥、砂石等原材料，這些材料的制備、運輸需要用到眾多挖掘機和卡車，這些設備都會排放二氧化碳。

據統計，因生產建筑材料和建筑施工而產生的溫室氣體（主要為二氧化碳），約占全球溫室氣體總排放量的11%。

木材則不同。樹木在生長過程中，會通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳，將碳“儲存”在樹木中，而一些樹木能存活數百年。當樹木被砍伐用作建筑材料后，人們可以再種植樹木，它們又會吸收大氣中的二氧化碳。因此，木材是一種可持續的材料。

一些工程師已經開始用木材建造大樓。挪威布魯蒙達爾鎮的米約薩塔就是一棟木質大樓，高度約為85.4 米，大樓的承重骨架和外墻均由木材制成。

挪威的這棟大樓于2019 年建成，內部設有住宅區、辦公區、餐廳等，在2022 年之前，它一直是世界上最高的木質大樓。但今天世界上最高的木質大樓是美國威斯康星州密爾沃基市的Ascent大樓，這是一棟25 層的住宅樓，高度約為86.6 米。

不過，這兩棟木質大樓與澳大利亞珀斯市正在建造的C6 大樓相比，都相形見絀。C6 大樓已于2023 年獲批建造，設計高度約為191 米，是Ascent大樓高度的兩倍多。

新型木材強度更高

如今，之所以越來越多的工程師開始使用木材建造大樓，是因為在材料學家的改造下，木材的一些關鍵性能已經可以與鋼筋和混凝土相媲美。

傳統的建筑材料采用鋼筋和混凝土，主要是因為這兩種材料能夠承受高樓的質量。此外，鋼材還具有很好的延展性，在高樓受到強風或地震影響時，鋼材可能會彎曲，但不會輕易斷裂，由此可以保障大樓內居民的安全。

相比之下，普通木材則要脆弱得多。為了解決這個問題，科學家開發了一些新型木材。這些木材由多層木板或木柱黏合而成，強度比普通木材高得多。

其中最常用的一種新型木材是“正交膠合木”（CLT）。CLT 是由多層木板黏合在一起形成的木制單元，面積和厚度可以定制。

普通木材的特點是：在平行于紋路的方向上強度較高，但在垂直于紋路的方向上強度較低。CLT 的特點在于，每層木板的紋路都是交錯排列的（下一層木板相對于上一層木板，紋路方向旋轉了90°），因此CLT 在各個方向上都有較高的強度。

CLT 通常被用在木質大樓的外墻、隔墻（隔斷房間的墻，屬于非承重墻）、地板上。例如，在挪威的米約薩塔中，CLT 被用于電梯井和樓梯間。而在美國的Ascent 大樓中，CLT 被用于修建隔墻。

另一種新型木材“膠合木”（GLT），可以取代鋼材，作為大樓的承重骨架。與CLT 不同，GLT 各層的木紋都朝向同一個方向，因此在平行于紋路的方向上擁有很高的強度。由于這個特點，GLT 通常被制成柱狀，用來作為承重柱、橫梁等。

但與鋼材相比，GLT 的強度還是要遜色一些。因此，在承受能力相當的條件下，GLT 需要更粗壯才行。正因如此，用GLT 制成的木柱往往比鋼柱厚1.5～2倍。不過，與此同時，用GLT 制成的木柱的質量大約只有鋼柱的1/3，更便于組裝和運輸。

良好的防火性能

新型木材不僅環保、堅固，更令人驚訝的地方在于，它們擁有良好的防火性能。

用普通木材建造的房屋很難抵御火災，這是因為一旦木材被點燃，火勢會迅速蔓延到房子的其他地方。由于火災風險，美國一些州曾禁止建造5 層以上的木質建筑。

而新型木材不同。以CLT 為例，這種木材最外層的截面很大（暴露在空氣中的面積較大），一旦被點燃，最外層會很快被燒焦，形成炭化層。炭化層可以起到隔熱屏障的作用，阻止火勢繼續深入木材內部，從而使木材保持完整性和強度。

而且，在制作CLT 的過程中，可以將阻燃劑添加進各個木層之間，進一步增強木材的防火性能。從某種意義上來說，新型木質材料甚至比鋼材更防火——鋼材在高溫（通常在550 °C 以上）下容易變形。

不過，在木質建筑的實際建造過程中，建筑材料并非完全是木材，仍然需要用到鋼材、混凝土等多種材料。這是因為其他材料在某些方面的性能比木材更好。例如，混凝土的隔音效果就遠好于木材。

在澳大利亞的C6 大樓中，橫梁、地板、墻壁等將由新型木材建造而成，總計需要約7 400 立方米木材，大約占建筑材料總量的42%。根據C6 大樓的開發商的說法，這種混合建造方法可以讓工程師將木材、鋼材、混凝土各自的優點發揮出來。

值得一提的是，C6 大樓是以碳元素的符號和原子序數命名的，賦予了這棟大樓很好的象征意義。在修建C6 大樓的整個過程中，二氧化碳的總排放量是“負”的——除了使用大量木材，這棟大樓還將使用可再生能源供電，約500 平方米的屋頂上，還將種植可食用的植物。總之，C6 大樓“捕獲”的二氧化碳將多于建造它的過程中排放的二氧化碳。

更高的木質建筑

未來，摩天大樓并不是唯一能讓木材發揮作用的高層建筑。

2023 年， 瑞典Modvion 公司建造了世界上最高的木質風力渦輪機塔。這座塔高約105 米（若算上風力渦輪機扇葉，總高度約為150 米），塔身由28 個木質圓柱形模塊堆疊而成。塔頂裝有一臺功率為2 兆瓦的風力渦輪機，可以為約400 戶家庭提供電力。

這家公司之所以用木材建造風力渦輪機塔，是為了使風力渦輪機塔變得更加穩固——在使用相同質量材料的情況下，木結構塔身的厚度大于鋼結構，會使塔身更加穩固。并且，塔身變厚并不會產生不良影響，因為風力渦輪機塔本身就是中空的，內部有富余的空間。

Modvion 公司還認為，如果有必要，理論上可以建造高達1 500米的木質風力渦輪機塔。而目前世界上最高的風力渦輪機塔，高度只有約200 米。

不過，在建造出這樣的木質風力渦輪機塔前，更有可能打破世界最高木質建筑紀錄的是日本的W350 大樓。這棟大樓的設計高度約為350 米，預計于2041 年建成。

到那時，W350 大樓將成為世界上最高的木質建筑——比世界上許多由鋼筋和混凝土建成的摩天大樓還要高。