Kann Holz für Hochhausgebäude verwendet werden?

Einführung

Holz ist seit Jahrtausenden ein wesentlicher Baumaterial, der für seine Verfügbarkeit, Verarbeitbarkeit und natürliche Ästhetik geschätzt wurde. Traditionell war seine Verwendung aufgrund von Einschränkungen der Stärke und des Widerstands gegen Umweltfaktoren auf niedrige Strukturen beschränkt. Das Aufkommen von technischen Holzprodukten und modernen Bautechniken hat jedoch die potenziellen Anwendungen von Holz revolutioniert. Die dringende Frage für Architekten, Ingenieure und Bauherren heute lautet: Kann Holz für Hochhäuser verwendet werden? Dieser Artikel befasst sich mit der Machbarkeit von Holz als Hauptmaterial bei Hochhäusern, untersucht Fortschritte bei Holztechnologie, strukturelle Überlegungen, regulatorische Herausforderungen und die Integration von Komplementärsystemen wie z. B. Baustahlschalung für Bausteine.

Historische Perspektive des Holzbaus im Bauwesen

Im Laufe der Geschichte war Holz ein Eckpfeiler der Konstruktion in verschiedenen Kulturen. Von traditionellen japanischen Pagoden, die seit Jahrhunderten Erdbeben im Erdhäuser entstanden sind, bis hin zu den Holzhäusern Europas hat Holz bei ordnungsgemäßer Nutzung eine bemerkenswerte Belastbarkeit gezeigt. Diese historischen Strukturen zeigen die Langlebigkeit und Haltbarkeit von Holz, wenn sie angemessen gestaltet und gepflegt werden. Die Einschränkungen des traditionellen Holzes, wie z. B. Anfälligkeit für Feuer, Verfall und begrenzte strukturelle Kapazität, haben ihre Verwendung in Hochhäusern historisch eingeschränkt.

Fortschritte in der Holztechnologie

Das 21. Jahrhundert hat erhebliche Fortschritte in der Holztechnologie verzeichnet, insbesondere bei der Entwicklung von technischen Holzprodukten. Diese Innovationen befassen sich mit den traditionellen Einschränkungen von Holz, verbessern ihre strukturellen Fähigkeiten und erweitern seine Eignung für größere und größere Strukturen.

CROD-LAMINATED TOLM (CLT)

Cross-laminiertes Holz ist ein revolutionäres Produkt, das aus mehreren Schichten von soliden Sawn-Holzbrettern besteht, die quer gestapelt und zusammen mit strukturellen Klebstoffen gebunden sind. Diese Vernetzung bietet dimensionale Stabilität, Festigkeit und Starrheit und macht CLT-Paneele ideal für Wände, Böden und Dächer in Wohngebäuden und Gewerbegebäuden. Studien haben gezeigt, dass CLT-Panels aufgrund ihres leichten Gewichts und ihrer Flexibilität eine hervorragende seismische Leistung aufweisen und sie für den Einsatz in Erdbebenanfällen geeignet sind.

Die thermische Leistung von CLT ist ein weiterer bedeutender Vorteil. Die natürlichen Isoliereigenschaften von Wood tragen zu energieeffizienten Gebäuden bei und senken die Heiz- und Kühlkosten. Darüber hinaus können CLT-Panels mit hoher Präzision außerhalb des Standorts vorgefertigt werden, wodurch die Bauzeit und die Arbeitskosten reduziert werden.

Laminiertes Holz (Glulam) geklebt

Klebiges laminiertes Holz, allgemein bekannt als Glulam, ist ein technisches Holzprodukt, das mehrere schäbige Holzschichten zusammen mit dauerhaften, feuchtigkeitsresistenten Klebstoffen besteht. Glulamstrahlen sind vielseitig und können in verschiedenen Formen und Größen hergestellt werden, einschließlich Kurven und Bögen, wodurch Architekten beträchtliche Konstruktionsflexibilität bieten. Das Hochfestigkeit-Gewicht-Verhältnis von Glulam ermöglicht längere Spannweiten ohne Zwischenunterstützung, was bei offenen Plan-Designs, die häufig in modernen Hochhäusern zu sehen sind, vorteilhaft ist.

Untersuchungen zeigen, dass Glulamstrahlen eine Stärke erreichen können, die mit dem von Stahl vergleichbar oder sogar übertreffen kann, wenn sie in Bezug auf die Festigkeit pro Gewicht der Einheiten gemessen werden. Dies macht Glulam zu einer attraktiven Option für Strukturelemente in der Hochhause, insbesondere in Kombination mit anderen Materialien in Hybridsystemen.

Strukturelle Eigenschaften und Leistung

Die Lebensfähigkeit von Holz in Hochhausgebäuden hängt von seiner strukturellen Leistung unter verschiedenen Lasten und Bedingungen ab. Zu den wichtigsten Eigenschaften gehören Stärke, Steifheit, Feuerwiderstand und Haltbarkeit.

Festigkeit und Steifheit

Technische Holzprodukte bieten aufgrund der Verringerung natürlicher Unvollkommenheiten verbesserte mechanische Eigenschaften. Defekte wie Knoten und ungleichmäßiges Getreide werden durch den Herstellungsprozess minimiert, was zu einer gleichmäßigeren und vorhersehbaren Leistung führt. Moderne Festigkeitstechniken, einschließlich maschineller Stressbewertung und akustischer Bewertung, stellen sicher, dass Holzkomponenten strenge Standards entsprechen.

Studien haben gezeigt, dass CLT und Glulam die mit Hochhäusern verbundenen Lasten effektiv tragen können. Beispielsweise hat eine im Journal of Structural Engineering veröffentlichte Studie hervorgehoben, dass CLT-Panels eine hohe In-Ebene und keine Stärke außerhalb der Ebene aufweisen, was sie für tragende Wände und Zwerchfell in mehrstöckigen Strukturen geeignet macht.

Feuerwiderstand

Entgegen der allgemeinen Wahrnehmungen kann Holz aufgrund seines vorhersehbaren Verkostungsverhaltens gut unter Brandbedingungen abschneiden. Wenn es dem Feuer ausgesetzt ist, bildet sich eine Schichtschicht auf der Oberfläche, isoliert das Innenholz und verlangsamt die Verbrennungsrate. Dieses Merkmal ermöglicht es großen Holzmitgliedern, die strukturelle Integrität länger aufrechtzuerhalten als ungeschützter Stahl, was bei hohen Temperaturen schnell die Festigkeit verlieren kann.

Brandwiderstand kann durch Entwurfsstrategien weiter verbessert werden, wie z. Die Einhaltung von Brandcodes wird durch Durchführung von Brandwiderstandstests und der Einhaltung von vorgeschriebenen Entwurfsanforderungen erreicht, die in den Gebäudevorschriften beschrieben werden.

Haltbarkeit und Umweltbeständigkeit

Die Haltbarkeit von Holz wird durch Faktoren wie Feuchtigkeit, Insekten und Pilze beeinflusst. Technische Holzprodukte werden unter kontrollierten Bedingungen hergestellt, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt reduziert und das Wachstum von Zerfallorganismen hemmt. Schutzbeschichtungen und Konservierungsmittel können die Resistenz gegen Umweltfaktoren verbessern und die Lebensdauer von Holzstrukturen verlängern.

Darüber hinaus ist die ordnungsgemäße Entwurfsdetails, z. B. die Einbeziehung einer angemessenen Belüftung und das Vermeiden von Wasserfallen, von entscheidender Bedeutung, um feuchtigkeitsbedingte Probleme zu verhindern. Die Verwendung von Feuchtigkeitsbarrieren und kontrollierten Entwässerungssystemen schützt die Holzkomponenten in Hochhäusern weiter.

Fallstudien von Hochhausgebäuden

Mehrere Pionierprojekte auf der ganzen Welt haben Holz im Hochhaus erfolgreich erfolgreich genutzt, was deren Machbarkeit und Vorteile demonstriert.

Mjøstårnet, Norwegen

Mjøstårnet steht bei 85,4 Metern und ist ein 18-stöckiges Gebäude mit gemischtem Gebrauch in Brumunddal, Norwegen, das 2019 fertiggestellt wurde. Es hat die Auszeichnung, eines der höchsten Holzgebäude der Welt zu sein. Die Struktur verwendet Glulamsäulen und Strahlen, CLT-Wände und -böden, wobei die Fähigkeiten von Timber in einem Hochhausekontext präsentiert werden. Das Gebäude erfüllt alle strukturellen und Brandschutzanforderungen, die Sprinklersysteme und strategisch platzierte feuerfeste Materialien enthält.

Hoho Tower, Österreich

Der Hoho-Turm in Wien ist ein 24-stöckiges Gebäude, das eine Höhe von 84 Metern erreicht und 2019 abgeschlossen wurde. Mit einem Hybridkonstruktionssystem kombiniert er Holz mit Beton zur Optimierung der Leistung. Ungefähr 75% der Struktur sind Holz, wodurch der CO2 -Fußabdruck des Gebäudes erheblich reduziert wird. Die Verwendung von vorgefertigten Holzmodulen ermöglichte einen schnellen Bau, wobei alle sechs Tage eine Etage abgeschlossen wurden.

Brock Commons Tallwood House, Kanada

Das Brock Commons Tallwood House befindet sich an der University of British Columbia und ist eine 18-stöckige Studentenwohnung, die 2017 abgeschlossen wurde. Das Gebäude verwendet ein Hybridsystem mit CLT-Bodenplatten und Glulam-Säulen, die von einem Betonkern für die laterale Stabilität unterstützt werden. Der Bauprozess war bemerkenswert schnell, wobei die Holzstruktur in nur 70 Tagen errichtet wurde. Das Projekt zeigte eine signifikante Verringerung der Treibhausgasemissionen im Vergleich zu traditioneller Betonkonstruktion.

Herausforderungen und Einschränkungen

Trotz der Fortschritte und erfolgreichen Projekte müssen mehrere Herausforderungen begegnet werden, um das Potenzial von Holz in Hochhäusern vollständig auszuschöpfen.

Regulatorische Hürden

Bauvorschriften und -vorschriften können erhebliche Herausforderungen stellen, da viele mit traditionellen Materialien entwickelt wurden und möglicherweise keine innovativen Holztechnologien aufnehmen. Das Fehlen standardisierter Richtlinien für Holzhochgebäude erfordert projektspezifische Genehmigungen, die zeitaufwändig und kostspielig sein können. Es sind Anstrengungen unternommen, um Codes zu aktualisieren, wie beispielsweise die Aufnahme größerer Massenholzgebäude durch die internationale Baukodex, aber die weit verbreitete Akzeptanz ist allmählich.

Wahrnehmung und Marktakzeptanz

Es gibt oft Skepsis gegenüber Timbers Leistung, insbesondere in Bezug auf Brandschutz und Haltbarkeit. Die Aufklärung der Stakeholder über die Eigenschaften von technischem Holz und die Ergebnisse wissenschaftlicher Studien ist entscheidend. Das Nachweis erfolgreicher Fallstudien und die Bereitstellung transparenter Daten kann dazu beitragen, die Wahrnehmung zu verändern und eine breitere Akzeptanz innerhalb der Branche zu fördern.

Lieferkette und Materialverfügbarkeit

Die Verfügbarkeit hochwertiger Holzprodukte hängt von einer gut entwickelten Lieferkette ab. In Regionen, in denen solche Branchen nicht etabliert sind, können Beschaffungsmaterialien eine Herausforderung sein. Investitionen in lokale Fertigungseinrichtungen und Schulungen für qualifizierte Arbeitskräfte sind erforderlich, um das Wachstum des Hochhauss von Holz zu unterstützen.

Integration mit Baustahlschalung

Der Bau von Hochhäusern profitiert häufig von einem hybriden Ansatz und kombiniert Holz mit anderen Materialien wie Stahl und Beton. Die Verwendung von Der Bau von Baustahlschalken ist in diesem Prozess ein wesentlicher Bestandteil. Die Stahlschalung bietet die notwendige Unterstützung für das Gießen von Betonkomponenten wie Kerne und Fundamenten, die die Holzstruktur ergänzen.

Vorteile von Stahlschalungen in Holzgebäuden

Die Stahlschalung bietet Stärke, Haltbarkeit und Präzision, die für hochwertige Betonplätze und strukturelle Integrität unerlässlich sind. Seine modulare Natur ermöglicht Flexibilität bei Design und effizienter Montage und Demontage. Beim Bau von Hybridgebäuden sorgt die Stahlschalung für die genaue Bildung von Betonelementen, die nahtlos mit Holzkomponenten zusammenhängen.

Beispielsweise verbessert die Verwendung von Stahlschalungen bei der Bildung von Betonkernen die laterale Stabilität des Gebäudes, was in Hochhäusern, die Wind- und seismische Kräfte ausgesetzt sind, besonders wichtig ist. Die Kombination der leichten Eigenschaften von Timber mit der Masse und Steifheit von Beton führt zu einer optimierten strukturellen Leistung.

Fallstudie: Hybridkonstruktionstechniken

Beim Bau des Brock Commons Tallwood House war die Integration von Holz mit Beton und Stahl entscheidend. Die Betonkerne wurden unter Verwendung fortschrittlicher Stahlschalentsysteme konstruiert, um Präzision und strukturelle Robustheit zu gewährleisten. Die Holzböden und -säulen wurden dann effizient installiert, wodurch die Geschwindigkeit der vorgefertigten Holzkomponenten profitierte.

Die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Bausystemen unterstreicht die Bedeutung der Stahlschalung für die erforderlichen Toleranzen und Ausrichtungen, die in Hochhäusern erforderlich sind. Es zeigt auch wie Baustahlschalung für Bausteine ​​trägt zur erfolgreichen Integration von Holz und Beton bei.

Umwelt- und wirtschaftliche Überlegungen

Die Umweltvorteile der Verwendung von Holz im Bau sind erheblich. Wood ist eine erneuerbare Ressource, und nachhaltig verwaltete Wälder können Kohlendioxid von der Atmosphäre abschwächen. Holzgebäude fungieren als Kohlenstoffspeicher und sperren Kohlenstoff für die Lebensdauer der Struktur.

CO2 -Fußabdruckreduzierung

Studien zur Bewertung des Lebenszyklus haben gezeigt, dass Holzgebäude im Vergleich zu denjenigen, die mit herkömmlichen Materialien erstellt wurden, einen wesentlich geringeren CO2 -Fußabdruck haben können. Die Produktion von Stahl und Beton ist energieintensiv und erzeugt erhebliche Treibhausgasemissionen. Das Ersetzen dieser Materialien durch Holz, bei dem machbar zu sein kann, kann zu globalen Bemühungen zur Minderung des Klimawandels beitragen.

Wirtschaftliche Effizienz

Die Präfabrikation von Holzkomponenten führt zu schnelleren Bauzeiten und reduzierten Arbeitskosten. Die Präzisionsherstellung in kontrollierten Umgebungen minimiert Abfall und verbessert die Qualität. Kürzere Baupläne senken die Finanzierungskosten und ermöglichen eine frühere Belegung, wodurch die allgemeine Wirtschaftlichkeit des Projekts verbessert wird.

Darüber hinaus kann das leichtere Gewicht der Holzstrukturen die Grundlage des Fundaments verringern und zu Kosteneinsparungen führen, insbesondere an Standorten mit schlechten Bodenbedingungen. Die einfache Veränderung und Anpassungsfähigkeit von Holzgebäuden kann auch ihre Nutzungsdauer verlängern und langfristige wirtschaftliche Vorteile bieten.

Zukünftige Aussichten und Innovationen

Die Zukunft des Holzes in Hochhäusern sieht vielversprechend aus, wobei fortlaufende Forschungen und technologische Entwicklungen vorhandenen Herausforderungen bewältigen. Innovationen in der Materialwissenschaft, wie die Entwicklung modifizierter Holzprodukte mit verbesserten Eigenschaften, erweitern die Möglichkeiten des Holzgebrauchs.

Technologische Fortschritte

Aufstrebende Technologien wie hybride Holzverbundwerkstoffe und Nanokellulosematerialien bieten eine verbesserte Festigkeit, Haltbarkeit und Brandbeständigkeit. Digitale Design -Tools und Gebäudeinformationsmodellierung (BIM) erleichtern die Planung und Koordination der komplexen Holzstrukturen, reduzieren die Fehler und die Optimierung der Ressourcenverwendung.

Politik und Standardisierung

Die Bemühungen, Bauvorschriften zu aktualisieren und internationale Standards für das Hochhaus von Holz zu entwickeln, gewinnen an Dynamik. Die Zusammenarbeit zwischen den Interessengruppen, Forschern und Regulierungsbehörden der Branche ist wichtig, um Richtlinien festzulegen, die Sicherheit gewährleisten und gleichzeitig die Innovation fördern.

Schul-und Berufsbildung

Das Investieren in Bildungs- und Schulungsprogramme für Architekten, Ingenieure und Bauprofis ist entscheidend. Die Verbesserung des Wissens und der Fähigkeiten im Zusammenhang mit Holzdesign und -bauer wird das Wachstum der Branche unterstützen und die Einführung von Best Practices fördern.

Abschluss

Zusammenfassend hat sich Timber dank erheblicher Fortschritte bei technischen Holzprodukten und Bautechnologien als tragfähiges Material für Hochhäuser entwickelt. Während sich die Herausforderungen noch in Bezug auf regulatorische Rahmenbedingungen und Marktakzeptanz befinden, zeigen erfolgreiche Projekte weltweit das Potenzial von Timber. Die Integration von komplementären Systemen wie z. Baustahlschalung verbessert die Bauwirksamkeit und die strukturelle Leistung.

Die ökologischen und wirtschaftlichen Vorteile von Holz in Kombination mit seinen Leistungsfähigkeiten machen es zu einer attraktiven Option für eine nachhaltige Stadtentwicklung. Da die Branche weiterhin innovativ ist und bestehende Herausforderungen angehen, spielt Timber eine wichtige Rolle bei der Gestaltung der Skylines der Zukunft.