摩天大楼都是用什么材料建造的（新型木材料诞生）

大多数城市的摩天大楼都是混凝土或钢结构，而这些建筑的抗震性能差强人意。

世界上许多城市坐落在地震高发区。因此，研究者们正在探索一种资源丰富且可再生的，比传统建筑材料更能抵抗地震的材料，来建造高层建筑。

它，就是木材。

• 7世纪日本建筑的构造之法

木材抵御大地震的完美案例可追溯到近一千年前的日本，日本是典型的地震高发区，当时的建筑多采用木材堆叠，建造了高达几十米的高层寺庙。

京都宝塔东寺

在结构上，他们使用了几种不同的方法来抵抗极端的震动，包括结构构件之间的松散连接，使得一些构件可以摇摆。

正如1997年《经济学人》的解释，结构的重量分布在有松散连接节点的楼板之间，并相互连接：“楼板之间的连接处是松散的木支架，让每一层都可以滑动。”

宝塔吸引人的另一个设计元素是什么？

所有可以摇摆的楼板都由一种叫shinbashira的构件支撑，它是早期的一种巨型钢结构阻尼器，当今世界最高的建筑物也用到了这种阻尼器。

注：阻尼器，提供运动阻力，耗减运动能量，吸能减震的装置。

《经济学人》这样阐述：

早期的工匠们通过反复试验，发现在一个巨大的侧向推力作用下，宝塔的各个楼层可以相互独立地横向滑动。

从侧面看，这座宝塔就像蛇一样在舞动——相邻楼层都在朝着相反的方向移动。

但是，如果它的中心柱建造得像一根很松的螺栓，每个层楼就会被限制住，在任一方向上都不会有太大的摆动，这是因为它们内部会撞击这个中心固定装置。

更妙的是，楼板内部与中心柱碰撞时，都会将部分能量传递到这根巨大的中心柱上，再分散到地面。

因此，这些寺庙经受住了大地震，并一直屹立至今。

京都宝塔东寺

• 未来的材料就是过去的材料

过去十年，美国加强了对高层木结构建筑的研究。

美国政府投入大量资金，将木材推广为一种可再生资源。在开发了新的制造工艺后，将木材用于建造高楼。

去年，白宫发起了一项竞赛，奖励使用交错层积材(CLT)这种新型木材料建造高层建筑的设计师。

“据估计，在7-15层的建筑中使用CLT和新兴的木材加工技术，短期内的减排量等同于一年内200多万辆汽车的碳排量。”研究人员写道。

木材创新和设计中心，六层CLT建筑

有一点被人们忽视了：与中国和日本的古建筑、古寺庙不同，一些应用了新型建造技术的木结构建筑，也非常能抵抗大地震。

以美国阿拉巴马大学的工程师们所进行的研究为例，该校唐恩道(Thang N. Dao)教授领导的一个团队正在做一项美国科学基金会(National Science foundation)资助的研究项目，研究高层木结构建筑的抗震性能。他们将传统的轻型木结构建筑与一种新的材料——交错层积材(CLT)——结合起来，进行抗震试验。

CLT

正如《全球建筑评论》(Global Construction Review)报道的那样，他们认为这两种木结构结合起来建造的高层建筑，其抗震能力比传统钢结构建筑要强。

CLT，由纹理相反的夹心层木材制成的一种工程木材料。由于板块之间的排布方式交错，CLT比实木更结实。

CLT（来源：俄勒冈州林业部门）

CLT正在世界各地的高层木结构建筑中使用，但是阿拉巴马州的工程师们想要研究它如何抵抗地震。

他们将这种超强的、重型的CLT板材进行张力处理（用钢筋加固）后，再制作成标准板材。

这种重型、刚性的CLT和较松、较轻的木材相结合，“能确保建筑的主要结构部分在地震中保持弹性，从而避免受到破坏，使整个建筑系统具有可恢复性”，工程师们说。

2015年8月，阿拉巴马大学通过Facebook进行了另一项振动测试。

振动测试

目前国内外正在对CLT这种材料进行研究。例如，研究学者在美国圣地亚哥大学（University of San Diego）的大型结构实验室，用一个大型的振动台模拟大地震，对混合结构建筑进行测试。

而阿拉巴马州的研究小组研究高层木结构建筑的抗震性能，这是一个相当新颖的概念。

新型的交错层积材（CLT）具有十分可观的力学性能，木材是建造抗震建筑的优良材料，也是未来建材业的趋势。

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