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クロスラミネートティンバー（CLT ）は、少なくとも3層の無垢材を互いに角度をつけて接着して作られる、エンジニアードウッドパネル製品のサブカテゴリーです。 [ 1 ] [ 2 ]合板 に似ていますが、積層材（またはラメラ）が明らかに厚くなっています。CLTは90年代に初めて建物に使用されました。円形CLT（C-CLT）は、2024年にオランダのアーバンウッズという建物で初めて使用されました。
各層の板の木目は通常、隣接する層の木目とは90度回転させて、各板の広い面に接着されます。通常は対称的に接着されるため、外側の層は同じ向きになります。奇数層の層が最も一般的ですが、偶数層の構成もあります（その場合、対称的な構成になるように配置されます）。通常の木材は異方性材料であり、物理的特性は力が加わる方向によって変化します。木材の層を直角に接着することで、パネルは両方向においてより優れた構造的剛性を実現できます。
CLTは、すべての積層材が同じ方向に配向されている製品である集成材（グルーラムとして知られる）とは異なります。 [ 3 ]
CLTに似た最初の特許は、1920年代にワシントン州タコマのフランク・J・ウォルシュとロバート・L・ワッツによって初めて開発されました。[ 4 ]しかし、多くの情報源では、最初の特許はフランスで特許が取得された1985年に遡るとされています。[ 5 ] [ 6 ]その後、オーストリアでゲルハルト・シックホーファーが1994年にCLTに関する博士論文研究を発表し、大きな進展がありました。シックホーファーは、研究中に開発した理論を利用して、3つの小規模製材所と製材業者協会と協力してCLTの生産を開始しました。政府からの資金援助を受けて、彼らはテスト用のCLTプレスを手作りし、最初の数枚のパネルを作成することができました。同時に、水圧を利用した最初のプレスシステムが市場に出回り、シックホーファーと彼のチームは、当初CLTで可能と考えられていた能力を超えて考えることができるようになりました。長年にわたる広範な研究の後、シッコファーは商業製品用材料の承認を扱うオーストリアおよびEUの政府機関に結果を提出し、1998年12月に承認されました。その後、グリーンビルディングへの取り組みが顕著になるにつれて、ドイツや他のヨーロッパ諸国で生産とプロジェクトが大幅に増加する時期がすぐに続きました。CLTは北米では普及が遅かったものの、近年勢いを増し始めています。[ 5 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
2024年、オランダでのチェーン全体にわたる協力の結果として、C-CLTが世界に紹介されました。[ 10 ] C-CLT、またはCircular-CLTは、非バージンウッドで作られたCLTです。Circular Cross-Laminated Timberパネル、C-CLTは、オランダで地元で調達された解体木材と廃棄パレットから作られています。外層はアッシュ材でできています。作られた厚い無垢の木製パネルは、欧州の規制に準拠し、CO₂排出量を削減し、もちろん循環型です。低品質の木材が高品質の建築製品になる「アップサイクル」でもあります。プレートは、従来のCLTよりも10〜15%強度があります。[ 11 ] C-CLTは、6月にThe Urban Woodsと呼ばれる近代的な高層ビルで初めて使用されました。[ 10 ] C-CLTは、オランダの包括的な協力の結果です。パレットは、地元のソーシャルエンタープライズによって準備されています。次に板材が作られ、フィンガージョイントで接続され、クロスラミネートされてソリッドパネルになります。アーバンクライメートアーキテクツが設計を行い、アーバンウッズが木材を処理し、それを使って現代的なモジュール式住宅を建設します。TNO研究所の研究者は、金属部品の検出、接着、強度分類など、徹底的な研究を行っています。[ 12 ]
2002年、オーストリアはシックホーファーの研究を利用して、初の国内CLTガイドラインを作成しました。国際欧州技術評価（ETA）は2006年にCLTの特性と設計の規制を開始しました。ヨーロッパにおけるCLTの標準化の取り組みは2008年に始まり、2015年までにCLTの最初の欧州製品規格であるEN 16351が承認されました。また、2015年には、 ANSI/APA PRG 320 [ 13 ]に従ってCLTが国際建築基準に組み込まれ、全米防火協会（NFPA）はCLTやその他の加工木材の防火安全性に関する基準の研究開発を開始しました。[ 14 ] 2021年のIBCの改訂では、集成材建築物にタイプIV-A、タイプIV-B、タイプIV-Cの3つの新しい構造タイプが追加されました。これらの新しいタイプにより、集成材を使用した建物を以前よりも高く、より広い面積に建設することが可能になりました。[ 15 ]
CLTの製造工程は一般的に、一次木材の選定、木材のグループ分け、木材のプレーニング、木材の切断、接着剤の塗布、パネルの積層、組み立てプレス、品質管理とマーキング、出荷の9つのステップに分けられます。[ 1 ]： 77-91
木材の一次選定段階では、木材の含水率（MC）チェックと目視等級付けが行われます。用途によっては、構造試験（E等級）も実施される場合があります。含水率チェックは、一般的に使用される木材はMCが19%以下で届くことがありますが、CLT用の木材は収縮による内部応力を避けるために製造時にMCが約12%である必要があるため実施されます。このテストは、隣接する木材のMCの差が5%を超えないようにするためにも行われます。MCチェックを行うには、さまざまな手持ち式またはライン上の装置を使用できます。表面レベルだけでなく木材内部の含水率をチェックするため、精度が異なるものもあります。このような装置の精度を向上させるための研究開発が継続的に行われています。製造施設の温度も、木材の品質を確保するために、このプロセス全体を通してチェックされ、維持されます。目視等級付けは、木材の反りが接着ラインの耐圧に影響を与えないようにするために行われます。また、木材の劣化、樹皮による木材の欠陥、または丸太の湾曲による木材の欠損が、利用可能な接着面を大幅に減少させないことも保証します。製品が E クラス CLT とみなされるには、垂直層については目視等級を考慮する必要があり、平行層については E 等級 (木材の平均剛性) によって決定する必要があります。垂直層と平行層の両方に目視等級が使用される場合、製品は V クラスに分類されます。[ 1 ]
木材の選定結果を用いて、グループ化のステップでは、さまざまなカテゴリの木材がグループ化されるようにします。主強度方向と副強度方向に使用される木材は、主にMCと目視等級に基づいてグループ化されます。主強度方向では、パネルの制限を決定できるように、すべての木材が同じ工学的特性を持つ必要があります。同様に、副強度方向のすべての木材は、単一の特性セットを持つ必要があります。高品質の木材は、ファスナーが取り付けられる領域用に確保してファスナーの効果を最大化するようにグループ化することもできます。美観上の目的で、パネルの最外層が視覚的に魅力的になるように、一部の木材は別にされます。[ 1 ]どちらのカテゴリにも当てはまらない木材は、合板や集成材などの別の製品に使用される場合があります。
プレーニング工程は木材の表面を改善し、酸化を抑制することで接着剤の効果を高めます。 上面と下面から2.5mm切り取られ、 平らな面を確保するために、側面から3.8 mmが切り落とされます。 [ 16 ]木材の端に許容幅の許容範囲があるため接着しない場合は、上面と下面のみをプレーナー加工します。プレーナー加工により、木材全体の乾燥のばらつきにより、木材の含水率が上昇する可能性があります。このような場合は、接着の適性を評価し、再調整が必要になる場合があります。[ 1 ]
木材は、用途や顧客の具体的なニーズに応じて、一定の長さに切断されます。平行層と垂直層の両方に同じ仕様が必要な場合は、縦方向の層から切り出した端材を使用して横方向の層を作成することができます。
接着剤の塗布は、木材の表面に影響を与える問題を避けるため、プレーニング後すぐに行われます。接着剤の塗布は、通常、スルーフィード方式またはサイドバイサイドノズル方式のいずれかで行われます。スルーフィード方式では、押出機ヘッドが木材に沿って平行な接着剤の糸を気密システムで分配し、接着強度に影響を与える可能性のある接着剤の隙間を回避します。これは通常、フェノールレゾルシノールホルムアルデヒド（PRF）接着剤またはポリウレタン反応性（PUR）接着剤に使用されます。PUR接着剤の場合、硬化を促進するために木材の層にミストを噴霧することがあります。サイドバイサイドノズル方式は、事前に成形されたCLT層に一般的に使用され、木材の長さに沿って移動するビームに沿ってノズルを設置し、接着剤を塗布します。追加の製造コストを避けるため、接着剤は通常、木材の上面と下面にのみ塗布されますが、必要に応じてエッジ接着を行うこともできます。[ 1 ]
次にパネルの積層作業が行われ、組み立てプレスに備えて個々の木材片を並べて配置します。ANSI/APA PRG 320 の規定では、接着を効果的に行うために、層間の表面積の少なくとも 80% が接着されている必要があります。この基準を満たすために、製造業者は木材を最も効率的に配置する方法を見つける必要があります。接着剤を塗布してから圧力をかけるまでの時間は組み立て時間と呼ばれ、使用する接着剤の種類によって定められた時間内に収まる必要があります。
組み立てプレスでは、真空プレスまたは油圧プレスを使用して接着プロセスを完了します。真空プレスでは、約14.5 ポンド/平方インチ (0.100 MPa)の圧力が発生しますが、反りの可能性や表面の不規則性に対処するには十分でない場合があります。これに対応するために、木材の収縮緩和を長手方向に切断することができます。これらの緩和により、木材内の応力が解放され、乾燥によるひび割れのリスクが軽減されます。ただし、接着面積とパネルの強度に大きな影響が及ばないように、最大幅と深さを設定する必要があります。真空プレスは、一度に複数の CLT パネルをプレスでき、曲面要素にも使用できるため、状況によってはより有益となる場合があります。[ 17 ]一方、油圧プレスは、40 ～ 80 ポンド/平方インチ (280 ～ 550 kPa)の範囲のより大きな圧力を発生させ、パネルの特定の面に適用します。このため、パネルは垂直および側面のクランププレスの両方を受ける必要がある場合があります。[ 1 ]
組み立てプレスが完了すると、CLTパネルは品質管理機械加工を受けます。サンダーを使用して各パネルを所定の厚さまで研磨し、公差は 厚さは1mm、またはプロジェクトで指定されている場合はそれ以下です。その後、CLTパネルは多軸数値制御機に移され、ドア、窓、接合部、接続部などの精密な切断が行われます。この段階で必要となる軽微な補修は手作業で行われます。
ANSI/APA PRG 320 の要件を満たし、正しい製品が指定され、納品され、設置されたことを保証するため、CLT パネルにはさまざまな情報を識別するためのマーキングが必要です。これには、グレード、厚さ、工場名、代理店名またはロゴ、ANSI/APA PRG 320 シンボル、製造業者の指定、およびカスタム パネルの場合は上面の刻印が含まれます。これらのマーキングは、より長い部材が現場に納品され切断されたときにも必要な情報が表示されるように、 8 フィート (2.4 m)以下の間隔で刻印する必要があります。さらに、荷重の主な方向と接続を受け入れるように設計されたゾーンを示すマーキングを追加することもできます。輸送中および建設中は、CLT パネルの構造的完全性を維持するために、天候から保護する必要があります。[ 1 ]
建築材料として、CLTには数多くの利点があります。
CLTにはいくつかの欠点もあります。
CLTは世界中の様々な建築物で使用されています。
2016年9月、ロンドンのチェルシー・カレッジ・オブ・アーツに、広葉樹CLTパネルを使用した世界初の木造メガチューブ構造物が建設されました。全長35メートル（115フィート）の「スマイル」は、建築家アリソン・ブルックスが設計し、アラップがアメリカ広葉樹輸出協議会と共同で設計し、ロンドン・デザイン・フェスティバルのために建設されました。この構造物は、中央で床に接する笑顔の形をした湾曲したチューブで、最大60人を収容できます。[ 31 ]
ロンドンのハックニーにある住宅ビル、シュタットハウスは、2009年に建設され、階段やエレベーターシャフトを含め、CLTフレームのみを使用して建設された最初の建物でした。9階建てで高さ30メートル（98フィート）のこの建物は、建設当時、世界で最も高いCLTビルでした。[ 32 ]
2012年、オーストラリアのメルボルンにあるアパートメント複合施設「フォルテ・リビング」は、 CLTのみでフレームが組まれた最も高い合板建築物となった。この建物は10階建てで、高さは32メートル（105フィート）強である。このプロジェクトに必要な759枚のCLTパネルは、オーストリアで栽培・伐採されたヨーロッパ産トウヒ材を使用してオーストリアで製造された。[ 33 ]
2022年、ウィスコンシン州ミルウォーキーのアセントMKEビルは、CLTコンポーネントを使用した最も高い高層ビルとなった。25階建て、高さ86.6メートル（284フィート）のアセントは、コンクリート、鉄骨、集成材コンポーネントに依存している。CLTは主に各階のスラブの作成に使用された。[ 34 ]
カナダ、ケベック州ミスティシニにあるミスティシニ橋は、ウパチクス峠を横断する全長160メートル（520フィート）の橋です。スタンテック社が設計し、2014年に完成したミスティシニ橋は、橋の主要構造部材として地元産のCLTパネルと集成材の桁を使用しています。[ 35 ]この橋は、第48回コンサルティングエンジニアリング会社協会（ACEC）の交通部門における全国優秀賞や、エンジニアリング・ア・ベター・カナダ賞など、数々の賞を受賞しています。[ 36 ]
2022年12月現在、設計段階にあるCLT（クロスラミネートティンバー）橋の拡大図が示されています。 もともと2020年にポール・コックセッジによって提案されたこの橋は、南アフリカのケープタウンにあるリースベック川に架かる予定です。コックセッジは、この地域では外来種であるユーカリの木からCLTを製造する計画です。[ 37 ]
グレンウッドは、オレゴン州スプリングフィールドの大規模再開発計画の一環として建設されたCLT（クロスラミネートティンバー）構造の駐車場です。2022年12月現在、建設工事が進行中です。 しかし、完成すれば4階建てで360台分の駐車スペースが確保される予定です。CLTを雨から守りつつ露出させるために、重なり合うガラスパネルでできたファサードが設置されます。[ 38 ]
Open PlatformとJAJA Architectsは、2020年にデンマークのオーフスにパークアンドプレイガレージを建設する計画で設計コンペに勝利しました。このガレージは、構造にCLTを使用するだけでなく、ガレージをプランターやその他の緑で囲み、単に車を停める場所以上の空間として利用することを促進しています。6階建てで700台分の駐車スペースがあり、充電ステーションやカープール専用スペースなど、環境に優しい交通手段を促進するために特別に設計されたスペースもあります。この施設は、デンマークが2050年までにカーボンニュートラルを達成するという目標を支援するために設計されました。 [ 39 ]
CLTはモジュール式建築にも適した候補として認識されている。[ 40 ]シリコンバレーを拠点とするモジュール式建築のスタートアップ企業Katerraは、2019年にワシントン州スポケーンに23,000平方メートル（250,000平方フィート）のモジュール式建築用CLT工場を開設した[ 41 ]。また、一部の政治家は、シアトルなどの都市の住宅危機に対処するために、プレハブ式のモジュール式CLT建築の使用を呼びかけていた。[ 42 ]
ダイソン・インスティテュート・ビレッジは、ダイソン工学技術研究所の学生寮として、2019年にイングランドのマルムズベリー郊外に建設されました。この村は、ロンドンの建築事務所ウィルキンソンエアによって、積み重ねられたスタジオアパートメントモジュールとして設計され、モントリオールのハビタット67をモデルにしています。ポッドはCLTで構築され、各ポッドはアルミニウムで覆われています。[ 43 ]
新規かつ再生可能な建築材料として、クロスラミネートティンバー（CLT）の適用需要は大幅に増加しています。しかし、CLTの機械的特性は十分に解明されていません。このセクションでは、主にCLTの圧縮強度と耐震挙動に関する研究について説明します。圧縮強度のセクションでは、CLT層の数と開口部の形状がCLTパネルに与える影響を分析します。一方、CLTの耐震挙動は、材料の耐震せん断能力を評価する振動台試験によって評価されます。 [ 44 ]
機械的特性の概要は、Pina ら[ 45 ]および Sato ら[ 46 ]の研究に基づいています。
クロスラミネートティンバー（CLT）は、持続可能性、コスト効率、施工の容易さなど、数多くの利点から建設業界で人気が高まっているエンジニアリング木材製品です。CLTパネルの設計と構築においては、機械的特性、特に圧縮強度が重要な要素となります。CLTパネルの層数は圧縮強度に直接影響し、一般的に層数が多いほど強度が高くなります。ただし、CLTパネルの厚さを一定に保つ場合、層数が多いほど座屈耐力は低下します。[ 45 ]また、CLTパネルの開口部の形状も圧縮強度に影響を与え、開口部が大きいほど強度が低下します。さらに、荷重方向に対して垂直に配置された長方形の開口部は、荷重方向と平行に配置された開口部と比較して、重要な荷重変化を受けた際の耐力低下に対する感度が低くなります。[ 45 ]最適な機械的特性を実現するには、CLTパネルの設計と構築において、層数と開口部の形状の両方を慎重に検討することが重要です。
クロスラミネートティンバー（CLT）の耐震挙動は、活発な研究開発分野である。研究によると、CLTは高い剛性と強度、延性、エネルギー散逸能力により、優れた耐震性能を有することが示されている。[ 46 ]
クロスラミネートティンバー（CLT）は、責任ある方法で伐採できる再生可能な木材から作られているため、持続可能な素材と考えられています。CLTの製造は、コンクリートや鉄鋼などの従来の材料よりも温室効果ガスの排出量が少なく、エネルギー消費量も少ないため、環境にも優しいです。CLTは二酸化炭素を吸収・貯蔵するため、建物のカーボンフットプリントの削減にも役立ちます。 [ 47 ]軽量でプレハブ式の設計により、廃棄物を最小限に抑え、建設効率を向上させます。最後に、CLTは耐久性があり長持ちし、耐用年数は100年以上と予測されているため、持続可能な建築の有望な選択肢となっています。
クロスラミネートティンバー（CLT）は線形弾性挙動を示すと仮定されることが多いが、実際にはその性能は必ずしも線形ではなく、非線形的な観点から検討する必要がある。さらに、異なる層間の接合部は必ずしも完全に接着されるとは限らず、木材の含水率も時間とともに変化する。また、開口部の形状の違いがCLTの強度に及ぼす影響についてもさらなる調査が必要であり、境界条件は必ずしも単純支持とは限らない。これらの要因は、実際の用途におけるCLTの挙動と性能を検討する際に考慮する必要がある。
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