האם ניתן להשתמש בעץ לבניינים רבי קומות?

מָבוֹא

עץ היה חומר בנייה חיוני במשך אלפי שנים, המוערך בזמינותו, יכולת העבודה והאסתטיקה הטבעית שלו. באופן מסורתי, השימוש בו הוגבל למבנים נמוכים בגלל מגבלות בחוזק והתנגדות לגורמים סביבתיים. עם זאת, הופעתם של מוצרי עץ מהונדסים וטכניקות בנייה מודרניות חוללה מהפכה ביישומים הפוטנציאליים של עצים. השאלה הדוחקת עבור אדריכלים, מהנדסים ובונים כיום היא: האם ניתן להשתמש בעץ לבניינים רבי קומות? מאמר זה מתעמק בכדאיות העץ כחומר ראשוני בבנייה רבי קומות, בוחן התקדמות בטכנולוגיית עץ, שיקולים מבניים, אתגרים רגולטוריים ושילוב מערכות משלימות כמו כמו עבודות פלדה לבניית בניין.

נקודת מבט היסטורית של עץ בבנייה

לאורך ההיסטוריה, עץ היה אבן יסוד בבנייה על פני תרבויות שונות. החל מפגודות יפניות מסורתיות, שעומדות בפני רעידות אדמה במשך מאות שנים, ועד לבתים ממוסגרים של אירופה, ווד הוכיח חוסן מדהים כאשר הוא נעשה שימוש כראוי. מבנים היסטוריים אלה מראים את אריכות החיים ועמידותו של עץ כאשר הם מתוכננים ומתוחזקים כראוי. עם זאת, המגבלות של עץ מסורתי, כמו רגישות לאש, ריקבון ויכולת מבנית מוגבלת, הגבילו באופן היסטורי את השימוש בו ביישומים רבי קומות.

התקדמות בטכנולוגיית עץ

המאה ה -21 הייתה עדה להתקדמות משמעותית בטכנולוגיית העץ, במיוחד עם פיתוח מוצרי עץ מהונדסים. חידושים אלה מתייחסים למגבלות המסורתיות של העץ, משפרות את יכולותיו המבניות ומרחיבים את התאמתו למבנים גדולים וגבוהים יותר.

עץ צולב (CLT)

עץ צולב-למינציה הוא מוצר מהפכני המורכב משכבות מרובות של לוחות עצים מלאים-מוצקים מוערמים לרוחב ומקשרים יחד עם דבקים מבניים. צילום צולב זה מספק יציבות ממדית, חוזק וקשיחות, מה שהופך לוחות CLT לאידיאליים לקירות, רצפות וגגות בבנייני מגורים וגם מסחריים. מחקרים הראו כי לוחות CLT מראים ביצועים סייסמיים מצוינים בגלל משקלם הקל והגמישות שלהם, מה שהופך אותם מתאימים לשימוש באזורים המועדים לרעידת אדמה.

הביצועים התרמיים של CLT הם יתרון משמעותי נוסף. תכונות הבידוד הטבעיות של ווד תורמות לבניינים חסכוניים באנרגיה, ומפחיתים את עלויות החימום והקירור. בנוסף, ניתן לנקוט לוחות CLT מחוץ לאתר עם דיוק גבוה, ומפחיתים את זמן הבנייה ועלויות העבודה.

עץ למינציה מודבק (גלולם)

עץ למינציה מודבק, הידוע בכינויו Glulam, הוא מוצר עץ מהונדס הכולל שכבות מרובות של עץ ממדי קשור יחד עם דבקים עמידים ועמידים בפני לחות. קרני גלולם הן מגוונות וניתן לייצר אותן בצורות וגדלים שונים, כולל עקומות וקשתות, ומציעות לאדריכלים גמישות בעיצוב ניכר. יחס החוזק הגבוה למשקל של גלולם מאפשר טווחים ארוכים יותר ללא תומכים ביניים, וזה יתרון בעיצובים עם תוכנית פתוחה הנראים לעתים קרובות בבניינים רב קומות.

מחקרים מצביעים על כך שקורות גלולם יכולות להשיג חוזק הדומה או אפילו לעלות על זה של פלדה כאשר הוא נמדד מבחינת חוזק למשקל יחידה. זה הופך את גלולם לאופציה אטרקטיבית לאלמנטים מבניים בבנייה רבי קומות, במיוחד בשילוב עם חומרים אחרים במערכות היברידיות.

תכונות מבניות וביצועים

הכדאיות של העץ בבניינים רבי קומות מותנה בביצועיו המבניים תחת עומסים ותנאים שונים. מאפייני המפתח כוללים חוזק, קשיחות, עמידות בפני אש ועמידות.

כוח ונוקשות

מוצרי עץ מהונדסים מציעים תכונות מכניות משופרות עקב צמצום הפגמים הטבעיים. פגמים כמו קשרים ודגנים לא אחידים ממוזערים בתהליך הייצור, וכתוצאה מכך ביצועים אחידים יותר וצפויים יותר. טכניקות דירוג חוזק מודרניות, כולל דירוג מתח מכונות והערכה אקוסטית, מבטיחות כי רכיבי עץ עומדים בסטנדרטים קפדניים.

מחקרים הראו כי CLT ו- Glulam יכולים לשאת ביעילות את העומסים הקשורים לבניינים רבי קומות. לדוגמה, מחקר שפורסם בכתב העת להנדסת מבנים הדגיש כי לוחות CLT מציגים חוזק גבוה במטוס וחוזק מחוץ למטוס, מה שהופך אותם למתאימים לקירות וסרעפות נושאות עומס במבנים רב-קומתיים.

התנגדות אש

בניגוד לתפיסות הנפוצות, עץ יכול לבצע ביצועים טובים בתנאי אש בגלל התנהגותו הצפויה הצפויה. כאשר הוא נחשף לאש, נוצרת שכבת חרדה על פני השטח, מבודדת את העץ הפנימי ומאטה את קצב הבעירה. מאפיין זה מאפשר לחברי עץ גדולים לשמור על שלמות מבנית ארוכה יותר מפלדה לא מוגנת, מה שעלול לאבד כוח במהירות בטמפרטורות גבוהות.

ניתן לשפר עוד יותר את עמידות האש באמצעות אסטרטגיות תכנון, כגון אלמנטים מבניים מוגזמים בכדי להסביר או ליישם טיפולים מעכבי אש. עמידה בקודי אש מושגת על ידי ביצוע בדיקות עמידות בפני אש והקפדה על דרישות תכנון מרשם המפורטות בתקנות הבנייה.

עמידות והתנגדות סביבתית

העמידות של העץ מושפעת מגורמים כמו לחות, חרקים ופטריות. מוצרי עץ מהונדסים מיוצרים בתנאים מבוקרים, ומפחיתים את תכולת הלחות ומעכבים את צמיחתם של אורגניזמים ריקבון. ציפויים מגנים וחומרים משמרים יכולים לשפר את ההתנגדות לגורמים סביבתיים, ולהרחיב את אורך החיים של מבני עץ.

בנוסף, פירוט תכנון נכון, כגון שילוב אוורור נאות והימנעות ממלכודות מים, הוא קריטי במניעת בעיות הקשורות ללחות. השימוש במחסומי לחות ומערכות ניקוז מבוקרות מגן עוד יותר על רכיבי עץ בבניינים רבי קומות.

מחקרי מקרה של בנייני עץ רבי קומות

מספר פרויקטים חלוציים ברחבי העולם השתמשו בהצלחה בעץ בבנייה רבי קומות, והדגימו את כדאיותו ויתרונותיו.

Mjøstårnet, נורווגיה

Mjøstårnet, שעומד על 85.4 מטר, הוא בניין לשימוש מעורב בן 18 קומות בברומונדדל, נורבגיה, שהושלם בשנת 2019. הוא מחזיק בהבחנה של היותו אחד מבנייני העץ הגבוהים בעולם. המבנה מנצל עמודי גלולם וקורות, קירות CLT ורצפות, ומציג את יכולותיו של עצים בהקשר גבוה. הבניין עונה על כל דרישות הבטיחות המבניות והאש, הכולל מערכות ממטרה וחומרים עמידים לאש באסטרטגיה.

מגדל הוהו, אוסטריה

מגדל הוהו בוינה הוא בניין בן 24 קומות המגיע לגובה של 84 מטר, שהושלם בשנת 2019. הכולל מערכת בנייה היברידית, הוא משלב עץ עם בטון כדי לייעל את הביצועים. בערך 75% מהמבנה הוא עץ, ומפחית משמעותית את טביעת הרגל של הבניין. השימוש במודולי עץ טרומיים אפשרו לבנייה מהירה, כאשר קומה אחת הושלמה כל שישה ימים.

בית ברוק קומונס בית טלווד, קנדה

בית ברוק קומונס טלווד, הממוקם באוניברסיטת קולומביה הבריטית, הוא בית סטודנטים בן 18 קומות שהושלם בשנת 2017. הבניין משתמש במערכת היברידית עם לוחות רצפת CLT ועמודי גלולם, הנתמכת על ידי ליבת בטון ליציבות לרוחב. תהליך הבנייה היה מהיר להפליא, כאשר מבנה העץ הוקם תוך 70 יום בלבד. הפרויקט הדגים ירידה משמעותית בפליטות גזי החממה בהשוואה לבניית בטון מסורתית.

אתגרים ומגבלות

למרות ההתקדמות והפרויקטים המוצלחים, יש לטפל במספר אתגרים כדי לממש באופן מלא את הפוטנציאל של העץ בבנייה רבי קומות.

מכשולים רגולטוריים

בניית קודי ותקנות יכולים להוות אתגרים משמעותיים, שכן רבים פותחו עם חומרים מסורתיים בראש ועשויים להתאים לטכנולוגיות עץ חדשניות. היעדר ההנחיות הסטנדרטיות לבנייני קומות עץ מחייב אישורים ספציפיים לפרויקט, שיכולים להיות זמן רב ויקר. נערכים מאמצים לעדכון קודים, כמו הכללת קוד הבניין הבינלאומי של בנייני עץ המונים גבוהים יותר, אך אימוץ נרחב הוא הדרגתי.

תפיסה וקבלת שוק

לעיתים קרובות קיימת ספקנות ביחס לביצועיו של טימבר, במיוחד בנוגע לבטיחות אש ועמידות. חינוך בעלי עניין לגבי תכונות העץ המהונדס ותוצאות מחקרים מדעיים הוא קריטי. הפגנת מחקרי מקרה מוצלחים ומתן נתונים שקופים יכולה לסייע בהעברת תפיסות ולעודד קבלה רחבה יותר בענף.

שרשרת אספקה ​​וזמינות חומרים

הזמינות של מוצרי עץ מהונדסים באיכות גבוהה תלויה בשרשרת אספקה ​​מפותחת. באזורים שבהם לא נקבעים תעשיות כאלה, חומרי המקור יכולים להיות מאתגרים. השקעה במתקני ייצור מקומיים והכשרה מיומנת היא הכרחית כדי לתמוך בצמיחת הבנייה הגבוהה של העץ.

שילוב עם עבודות פלדה לבניית בניין

בניית בניינים רבי קומות נהנית לעתים קרובות מגישה היברידית, המשלבת עץ עם חומרים אחרים כמו פלדה ובטון. השימוש ב עבודות פלדה לבניית בנייה היא אינטגרלית בתהליך זה. עבודות פלדה מספקות את התמיכה הדרושה ליציקת רכיבי בטון, כגון ליבות ויסודות, המשלימים את מבנה העץ.

יתרונות של עבודות פלדה בבנייני עץ

עבודות פלדה מציעות כוח, עמידות ודיוק, החיוניים לגימורי בטון איכותיים ויושרה מבנית. אופיו המודולרי מאפשר גמישות בעיצוב והרכבה יעילה ופירוק. בעת בניית מבנים היברידיים, עבודות פלדה מבטיחות היווצרות מדויקת של אלמנטים בטון המתממשקים בצורה חלקה עם רכיבי עץ.

לדוגמה, השימוש בטפסות פלדה ביצירת ליבות בטון משפר את היציבות הרוחבית של הבניין, החשוב במיוחד במבנים רבי קומות הנתונים לכוחות רוח וסייסמיים. השילוב של תכונות המשקל הקלות של העץ עם המסה והנוקשות של בטון מביא לביצועים מבניים מיטביים.

מקרה מקרה: טכניקות בנייה היברידיות

בבניית בית ברוק קומונס טלווד, שילוב העץ עם בטון ופלדה היה מרכזי. ליבות הבטון נבנו באמצעות מערכות עבודת פלדה מתקדמות, מה שמבטיח דיוק וחוסן מבני. לאחר מכן הותקנו רצפות העץ והעמודים ביעילות, תוך ניצול מהירות של רכיבי עץ טרומיים.

שיתוף הפעולה בין מערכות בנייה שונות מדגיש את חשיבות טפסות הפלדה בהשגת הסבילות והיישור הנדרשים הנדרשים בבניינים רבי קומות. זה גם מדגים איך עבודות פלדה לבניית בנייה תורמות לשילוב מוצלח של עץ ובטון.

שיקולים סביבתיים וכלכליים

היתרונות הסביבתיים של שימוש בעץ בבנייה הם משמעותיים. ווד הוא משאב מתחדש, ויערות מנוהלים בר -קיימא יכולים לרצף פחמן דו חמצני מהאטמוספרה. בנייני עץ משמשים כחנויות פחמן, ונועלים פחמן לחיי המבנה.

הפחתת טביעת רגל פחמן

מחקרי הערכת מחזור החיים הראו כי לבנייני עץ יכולים להיות טביעת רגל פחמן נמוכה משמעותית בהשוואה לאלה שנבנו בחומרים קונבנציונליים. ייצור פלדה ובטון עתירי אנרגיה ומייצר פליטות גזי חממה משמעותיות. החלפת חומרים אלה בעץ כאשר אפשרי יכול לתרום למאמצים גלובליים להפחתת שינויי אקלים.

יעילות כלכלית

טרומי רכיבי עץ מובילים לזמני בנייה מהירים יותר ולהפחתת עלויות העבודה. ייצור דיוק בסביבות מבוקרות ממזער את הפסולת ומשפר את האיכות. לוחות זמנים של בנייה קצרים יותר מפחיתים את עלויות המימון ומאפשרים תפוסה מוקדמת יותר, תוך שיפור הכדאיות הכלכלית הכוללת של הפרויקט.

יתר על כן, המשקל הקל יותר של מבני עץ יכול להפחית את דרישות היסוד, מה שמוביל לחיסכון בעלויות, במיוחד באתרים עם תנאי אדמה ירודים. קלות השינוי ויכולת ההסתגלות של מבני עץ יכולה גם להרחיב את חייהם השימושיים, ולספק יתרונות כלכליים לטווח הארוך.

השקפות וחידושים עתידיים

עתיד העץ בבנייה רבי קומות נראה מבטיח, עם מחקר מתמשך והתפתחויות טכנולוגיות המוכנות להתגבר על האתגרים הקיימים. חידושים במדע חומרים, כמו פיתוח מוצרי עץ שונה עם תכונות משופרות, מרחיבים את האפשרויות של שימוש בעץ.

התקדמות טכנולוגית

טכנולוגיות מתעוררות כמו מרוכבים עץ היברידיים וחומרי ננו-תאית מציעים חוזק משופר, עמידות ועמידות אש. כלים לעיצוב דיגיטלי ומודלים של מידע על בניין (BIM) מאפשרים תכנון ותיאום של מבני עץ מורכבים, הפחתת שגיאות ומיטב שימוש במשאבים.

מדיניות וסטנדרטיזציה

המאמצים לעדכון קודי בנייה ופיתוח סטנדרטים בינלאומיים לבניית קומות עץ עוזרות תאוצה. שיתוף פעולה בין בעלי עניין בתעשייה, חוקרים וגופי רגולציה הוא חיוני לקביעת הנחיות המבטיחות בטיחות תוך קידום חדשנות.

חינוך והכשרה

השקעה בתוכניות חינוך והכשרה לאדריכלים, מהנדסים ואנשי מקצוע בתחום הבנייה היא מכריעה. שיפור הידע והמיומנויות הקשורים לתכנון ובניית עץ יתמוך בצמיחת הענף ויעודד אימוץ שיטות עבודה מומלצות.

מַסְקָנָה

לסיכום, טימבר התגלה כחומר בר-קיימא לבנייה רבי קומות, בזכות התקדמות משמעותית במוצרי עץ מהונדסים וטכנולוגיות בנייה. אמנם נותרו אתגרים, במיוחד ביחס למסגרות רגולטוריות וקבלת שוק, אך פרויקטים מצליחים ברחבי העולם מפגינים את הפוטנציאל של טימבר. שילוב מערכות משלימות, כגון בניית עבודות פלדה לבנייה , משפרת את יעילות הבנייה ואת הביצועים המבניים.

היתרונות הסביבתיים והכלכליים של עץ, בשילוב עם יכולות הביצועים שלו, הופכים אותו לאופציה אטרקטיבית לפיתוח עירוני בר -קיימא. כאשר התעשייה ממשיכה לחדש ולהתמודד עם אתגרים קיימים, עץ מוכן למלא תפקיד משמעותי בעיצוב הסקייליות של העתיד.