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现代高木结构建筑的材料强度研究通过全球样本统计，量化了mass timber产品的材料强度（MI），发现混合结构（123.0 kg/m2）较纯木结构（173.3 kg/m2）更低，板式系统MI更高，为可持续城市发展提供基准数据。
Felipe Victorero | Waldo Bustamante
智利天主教大学建筑学院，建筑、设计与城市研究系，圣地亚哥，智利
摘要
高层木结构建筑日益被视为传统建筑系统的低碳替代方案；然而，关于新型木结构产品材料强度（MI）的定量数据仍然有限。估算材料强度对于了解木结构建筑中的材料使用情况以及评估环境影响和潜在效益至关重要。本研究利用具有统计代表性的全球样本，量化了当代高层木结构产品中的材料强度。该研究的创新之处在于将不同地区、建筑用途和结构系统的材料用量进行了汇总，从而实现了跨项目的系统比较，而不仅仅是单一案例研究。从包含301座高层木结构建筑的全球数据库中选取了56个具有代表性的项目作为样本，并按大陆、建筑用途和结构系统进行了分层。材料强度是根据建筑图纸、施工细节和项目规范估算得出的，其中不包括非结构元素。研究结果表明，木结构产品的平均材料强度为132.8公斤/平方米（例如CLT或GLT，不等于实心木材的密度）。混合结构建筑的木材强度值（123.0公斤/平方米）低于纯木结构建筑（173.3公斤/平方米），而基于板材的结构系统的材料强度高于基于立柱的结构系统。这些发现为高层木结构建筑中的材料使用提供了初步基准，并强调了它们通过替代高碳材料对可持续城市发展的潜在贡献，同时也指出了该方法论上的局限性，如依赖于项目文档和产品组成的差异。
引言
与混凝土和钢结构建筑不同，目前对于高层木结构建筑的设计和施工方法仍缺乏共识。在这方面，目前存在多种关于工程木材组件、施工系统以及与传统材料结合的混合结构的方法。因此，每一座新的高层木结构建筑都是一次独特的尝试，这阻碍了其短期内的复制和大规模应用。因此，定义高层木结构建筑的类型学可能是一项具有挑战性的任务[1]、[2]、[3]。一些研究人员尝试根据不同的参数对其进行分类[4]、[5]、[6]，但这些分类通常仅限于结构或空间参数。
另一方面，从可持续性和决策制定的角度来看，了解建筑中使用的木材和木结构产品的数量变得越来越重要。材料强度（MI）定义为单位建筑面积或体积的材料质量，是碳足迹核算、生命周期评估（LCA）和材料库存分析的关键输入[7]、[8]。此外，能够进行此类估算对于评估与化石燃料相关的排放量、量化生物碳储存以及比较木结构建筑与传统建筑系统具有重要意义。
从实际角度来看，可靠的木材用量估算也为建筑生命周期中的各种利益相关者提供了有价值的信息，包括开发商、成本估算师、风险评估师、承包商、运输和物流运营商、木材制造商以及消防安全工程师。然而，由于高层木结构建筑的实践经验有限，再加上工程木材产品的快速多样化，目前还没有通用规则或基准来估算现代高层建筑中木结构产品的使用量。
因此，尽管材料强度非常重要，但在不同地区、建筑用途、结构系统和监管环境下的可靠且可比较的数据仍然非常稀缺且分散。鉴于高层木结构建筑在多种环境中的快速发展，以及众多促进其采用的倡议，而对这些建筑的材料使用及其相关环境效益缺乏清晰的认识，这一差距尤为突出。
此外，最近的一些结构和性能导向的研究探讨了高层木结构建筑的振动适用性、侧向荷载行为和混合系统优化[10]、[11]、[12]、[13]、[14]。然而，这些研究并未明确将材料强度作为跨建筑类型的可比指标进行量化。相反，它们只是将特定案例建筑的质量作为结构和动态建模的输入参数，而不是用于跨项目或类型的比较评估的结果。
因此，本研究的目的是通过确定不同国家、建筑类型、结构系统和混合程度的代表性材料强度（MI）值，来解决缺乏系统比较数据的问题。相应地，本研究探讨了以下问题：全球当代高层木结构建筑中木结构产品材料强度的典型范围是什么？材料强度如何随着结构类型、建筑用途和混合策略的不同而变化？
此外，虽然之前的研究已经量化了特定建筑类型或地区背景下的木结构材料强度（例如瑞典原木结构、日本传统建筑或个别高层木结构案例研究），但尚未有研究应用统计分层的全球抽样框架来推导出具有代表性的材料强度范围。因此，本研究的贡献在于为全球高层木结构项目和不同建筑类型提供了初步的代表性材料强度数据，旨在为未来的研究提供基准。
方法和材料
本研究采用材料强度（MI）作为量化高层木结构建筑中材料使用的主要指标。材料强度定义为某种建筑材料的质量，按建筑面积或建筑体积进行归一化，通常以公斤/平方米（kg/m2）或公斤/立方米（kg/m3）表示。在实际应用中，为了本研究的需要，材料强度是通过将某种材料的总质量除以相应的建筑参考面积或体积来计算的，相关数据来源于
结果与讨论
通过对选定案例的分析，编制了一份包含56个典型平面图的目录，其中详细列出了楼层高度以及梁和过梁的尺寸。在这些平面图中，垂直承重构件（如柱子和墙壁）用蓝色标示，梁和过梁用绿色标示，楼板区域用红色标示。非木材构件（包括钢筋混凝土或钢结构核心）用黑色标示。这种视觉编码方式不仅便于区分
结论
本研究旨在基于公开数据和具有全球代表性的样本，估算当代高层木结构建筑中工程木结构产品的材料强度（MI）的典型范围。结果表明，所采用的方法对此目的非常有效，并为了解这种新兴建筑类型的材料使用特征提供了宝贵的见解。
关于材料强度（MI）的结果
作者贡献声明
Felipe Victorero：撰写初稿、项目管理、方法论制定、研究实施、资金获取、数据分析、概念化。Waldo Bustamante：审稿与编辑、监督
资金来源
作者感谢智利国家木材产业卓越中心（CENAMAD, ANID BASAL FB210015）的支持。同时，作者也非常感谢ANID FONDAP 1523A0004和ANID CEDEUS CIN250009研究项目的资助。
数据可用性声明
本研究中的所有数据均可向相应作者索取。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
利益冲突声明
? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：
Felipe Victorero表示获得了智利国家研究与发展局（ANID）的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
