Er hægt að nota timbur fyrir háhýsi?

INNGANGUR

Timbur hefur verið nauðsynlegt byggingarefni í árþúsundir, verðskuldað fyrir framboð þess, vinnuhæfni og náttúrulega fagurfræði. Hefð er fyrir því að notkun þess hefur verið bundin við lághýsi vegna takmarkana á styrk og mótstöðu gegn umhverfisþáttum. Hins vegar hefur tilkoma verkfræðilegra viðarafurða og nútíma byggingartækni gjörbylt hugsanlegum timbri. Brýnar spurningin fyrir arkitekta, verkfræðinga og smiðirnir í dag er: Er hægt að nota timbur fyrir háhýsi? Þessi grein leggur áherslu á hagkvæmni timburs sem aðalefni í háhýsi, kannar framfarir í viðartækni, burðarvirkjum, reglugerðum og samþættingu viðbótarkerfa eins og Bygging byggingarstálforms.

Sögulegt sjónarhorn timburs í byggingu

Í gegnum söguna hefur timbur verið hornsteinn framkvæmda í ýmsum menningarheimum. Frá hefðbundnum japönskum pagódasum, sem hafa staðist jarðskjálftar í aldaraðir, til timburgrindra húsanna í Evrópu, hefur Wood sýnt ótrúlega seiglu þegar það er nýtt. Þessi sögulegu mannvirki sýna langlífi og endingu timburs þegar það er hannað og viðhaldið á viðeigandi hátt. Hins vegar hafa takmarkanir hefðbundins timburs, svo sem næmi fyrir eldi, rotnun og takmörkuðu burðargetu, sögulega takmarkað notkun þess í háhýsi.

Framfarir í timburtækni

21. öldin hefur orðið vitni að umtalsverðum framförum í timburtækni, sérstaklega með þróun verkfræðilegra viðarafurða. Þessar nýjungar fjalla um hefðbundnar takmarkanir á timbri, auka burðargetu þess og auka hæfi þess fyrir stærri og hærri mannvirki.

Krossskipað timbur (CLT)

Krossskipulagt timbur er byltingarkennd vara sem samanstendur af mörgum lögum af föstum sárum timburspjöldum sem staflað er þversum og tengt saman við burðarvirki. Þessi krosslamun veitir víddar stöðugleika, styrk og stífni, sem gerir CLT spjöld tilvalin fyrir veggi, gólf og þök bæði í íbúðarhúsnæði og atvinnuhúsnæði. Rannsóknir hafa sýnt að CLT spjöld sýna framúrskarandi skjálftaárangur vegna léttrar þyngdar og sveigjanleika, sem gerir þau hentug til notkunar á jarðskjálftasvæðum.

Varmaafkoma CLT er annar verulegur kostur. Náttúrulegir einangrunareiginleikar Wood stuðla að orkunýtnum byggingum, draga úr upphitunar- og kælingarkostnaði. Að auki er hægt að forsmíta CLT spjöld utan staðar með mikilli nákvæmni, draga úr byggingartíma og launakostnaði.

Límt lagskipt timbur (glulam)

Límt parketi timbur, almennt þekkt sem Glulam, er verkfræðingur viðarafurð sem samanstendur af mörgum lögum af víddar timbur sem er tengt ásamt varanlegu, rakaþolnum límum. Glulam geislar eru fjölhæfir og hægt er að framleiða þær í ýmsum stærðum og gerðum, þar á meðal ferlum og bogum, sem býður arkitektum talsverðan sveigjanleika í hönnun. Hátt styrk-til-þyngd hlutfall Glulams gerir kleift að lengja lengri spannar án millistigs, sem er hagstæður í opinni hönnun sem oft er séð í nútíma háhýsi.

Rannsóknir benda til þess að glulam geisla geti náð styrk sem er sambærilegur við eða jafnvel farið fram úr stáli þegar þeir eru mældir hvað varðar styrk á hverja þyngd einingar. Þetta gerir Glulam að aðlaðandi valkosti fyrir burðarvirki í háhýsi, sérstaklega þegar það er sameinað öðrum efnum í blendingum.

Uppbyggingareiginleikar og frammistaða

Lífvænleiki timburs í háhýsum er háð burðarvirkni þess við ýmis álag og aðstæður. Lykileiginleikar fela í sér styrk, stífni, brunaviðnám og endingu.

Styrkur og stífni

Verkfræðilega timburvörur bjóða upp á aukna vélrænni eiginleika vegna minnkunar náttúrulegra ófullkomleika. Gallar eins og hnútar og ójafnt korn eru lágmörkuð með framleiðsluferlinu, sem leiðir til einsleitari og fyrirsjáanlegri afköst. Nútíma styrkingaraðferðir, þ.mt streitueinkunn vélar og hljóðeinangrun, tryggja að timburþættir uppfylli strangar staðla.

Rannsóknir hafa sýnt fram á að CLT og Glulam geta í raun borið álagið sem tengist háhýsi. Sem dæmi má nefna að rannsókn sem birt var í Journal of Structural Engineering benti á að CLT spjöld sýna háa styrk í plani og utan plan, sem gerir þau hentug fyrir veggi álags og þindar í fjölbýli.

Eldþol

Andstætt algengum skynjun getur timbur staðið sig vel við eldsskilyrði vegna fyrirsjáanlegrar bleikjuhegðunar. Þegar það er útsett fyrir eldi myndast bleikjulag á yfirborðið, einangrar innri viðinn og hægir á brennsluhraða. Þetta einkenni gerir stórum timburmeðlimum kleift að viðhalda byggingarheiðarleika lengur en óvarið stál, sem getur misst styrk hratt við hátt hitastig.

Hægt er að auka eldspýtu enn frekar með hönnunaraðferðum, svo sem að ofmeta burðarþætti til að gera grein fyrir bleikju eða beita eldvarnarmeðferðum. Fylgni við brunakóða er náð með því að framkvæma brunaviðnámspróf og fylgja ávísandi hönnunarkröfum sem lýst er í byggingarreglugerðum.

Endingu og umhverfisþol

Endingu timburs hefur áhrif á þætti eins og raka, skordýr og sveppi. Verkfræðilega viðarafurðir eru framleiddar við stjórnaðar aðstæður, draga úr rakainnihaldi og hindra vöxt rotnunarlífvera. Verndandi húðun og rotvarnarefni geta aukið mótstöðu gegn umhverfisþáttum og lengt líftíma timburbygginga.

Að auki er viðeigandi hönnun á hönnun, svo sem að fella fullnægjandi loftræstingu og forðast vatnsgildrur, mikilvæg til að koma í veg fyrir rakatengd vandamál. Notkun rakahindrana og stjórnað frárennsliskerfi verndar timburhluta enn frekar í háhýsi.

Málsrannsóknir á háhýsi timburbygginga

Nokkur brautryðjandi verkefni um allan heim hafa nýtt timbur í háhýsi og sýnt fram á hagkvæmni þess og ávinning.

Mjøstårnet, Noregur

Mjøstårnet er 185,4 metrar og er 18 hæða blandað notkun í Brumunddal, Noregi, lokið árið 2019. Það heldur þeim greinarmun að vera ein hæsta timburbygging í heiminum. Uppbyggingin notar glulam súlur og geisla, CLT veggi og gólf og sýnir getu timburs í háhýsi. Byggingin uppfyllir allar kröfur um skipulag og brunavarnir, innlimir sprinklerkerfi og settir beitt eldþolið efni.

Hoho Tower, Austurríki

Hoho turninn í Vín er 24 hæða bygging sem nær 84 metra hæð, lokið árið 2019. Með blendinga byggingarkerfi sameinar það timbri með steypu til að hámarka afköst. Um það bil 75% af mannvirkinu er timbur og dregur verulega úr kolefnisspor hússins. Notkun forsmíðaðra timbureininga gerði kleift að gera skjótar framkvæmdir og einni hæð er lokið á sex daga fresti.

Brock Commons Tallwood House, Kanada

Brock Commons Tallwood House er staðsett í University of British Columbia, og er 18 hæða búsetu námsmanna sem lokið var árið 2017. Byggingin notar blendingakerfi með CLT gólfplötum og glulam dálkum, studd af steypu kjarna fyrir stöðugleika hliðar. Byggingarferlið var ótrúlega skjótt og timburbyggingin reist á aðeins 70 dögum. Verkefnið sýndi verulega lækkun á losun gróðurhúsalofttegunda samanborið við hefðbundnar steypuframkvæmdir.

Áskoranir og takmarkanir

Þrátt fyrir framfarir og árangursrík verkefni verður að takast á við nokkrar áskoranir til að gera sér að fullu grein fyrir möguleikum timburs í háhýsi.

Reglugerðarhindranir

Að byggja upp kóða og reglugerðir geta skapað verulegar áskoranir, þar sem margir voru þróaðir með hefðbundið efni í huga og mega ekki koma til móts við nýstárlega timburtækni. Skortur á stöðluðum leiðbeiningum um háhýsi timburs krefst verkefnasértækra samþykki, sem getur verið tímafrekt og kostnaðarsamt. Viðleitni er í gangi til að uppfæra kóða, svo sem að alþjóðlegu byggingarkóðinn er tekinn upp á hærri fjöldasvæðum, en víðtæk ættleiðing er smám saman.

Skynjun og markaðssamþykki

Oft er tortryggni varðandi frammistöðu timburs, sérstaklega varðandi brunaöryggi og endingu. Að mennta hagsmunaaðila um eiginleika verkfræðilegs viðar og niðurstöður vísindarannsókna skiptir sköpum. Sýna árangursríkar dæmisögur og veita gagnsæ gögn getur hjálpað til við að breyta skynjun og hvetja til víðtækari samþykkis innan greinarinnar.

Framboðskeðja og efnislegt framboð

Aðgengi að hágæða verkfræðilegum viðarafurðum fer eftir vel þróaðri framboðskeðju. Á svæðum þar sem slíkar atvinnugreinar eru ekki staðfestar geta uppspretta efni verið krefjandi. Fjárfesting í staðbundinni framleiðsluaðstöðu og þjálfun þjálfað vinnuafl er nauðsynleg til að styðja við vöxt háhýsi.

Sameining við byggingarbyggingarstálform

Bygging háhýsi byggir oft nýtur góðs af blendingum og sameinar timbur og önnur efni eins og stál og steypu. Notkun Formverk byggingar stál er ómissandi í þessu ferli. Stálformgerð veitir nauðsynlegan stuðning við steypu steypta hluti, svo sem kjarna og undirstöður, sem bæta við timburbygginguna.

Kostir stálforms í timburbyggingum

Stálformgerð býður upp á styrk, endingu og nákvæmni, sem eru nauðsynleg fyrir hágæða steypuáferð og uppbyggingu. Modular eðli þess gerir ráð fyrir sveigjanleika í hönnun og skilvirkri samsetningu og sundurliðun. Þegar smíði blendinga byggingar tryggir stálformgerð nákvæma myndun steypuþátta sem tengjast óaðfinnanlega við timburhluta.

Til dæmis eykur notkun stálforms við myndun steypukjarna hliðarstöðugleika hússins, sem er sérstaklega mikilvæg í háhýsi sem er háð vind- og skjálftaöflum. Samsetningin af léttum eiginleikum timburs með massa og stífni steypu leiðir til hámarks burðarvirkni.

Málsrannsókn: Hybrid smíði tækni

Við smíði Brock Commons Tallwood hússins var samþætting timburs við steypu og stál lykilatriði. Steypukjarnar voru smíðaðar með háþróaðri stálformakerfi, sem tryggðu nákvæmni og burðarvirki. Timburgólfin og súlurnar voru síðan sett upp á skilvirkan hátt og nýttu hraðann á forsmíðuðum timburhlutum.

Samstarf mismunandi byggingarkerfa dregur fram mikilvægi stálforms við að ná nauðsynlegum vikmörkum og röðun sem krafist er í háhýsi. Það sýnir líka hvernig Formverk byggingar stál stuðlar að árangursríkri samþættingu timburs og steypu.

Umhverfis- og efnahagsleg sjónarmið

Umhverfisávinningur af því að nota timbur í byggingu er verulegur. Wood er endurnýjanleg auðlind og skógar á sjálfbæran hátt geta bent á koltvísýring úr andrúmsloftinu. Timburbyggingar virka sem kolefnisgeymslur og læsa kolefni fyrir líftíma mannvirkisins.

Lækkun kolefnis fótspor

Rannsóknir á mat á lífsferli hafa sýnt að timburbyggingar geta haft verulega lægra kolefnisspor samanborið við þær sem smíðaðar voru með hefðbundnum efnum. Framleiðsla á stáli og steypu er orkufrek og býr til umtalsverða losun gróðurhúsalofttegunda. Skipt er um þessi efni með timbri þar sem framkvæmanlegt getur stuðlað að alþjóðlegri viðleitni til að draga úr loftslagsbreytingum.

Efnahagsleg skilvirkni

Forsmíði timburþátta leiðir til hraðari byggingartíma og minni launakostnaðar. Nákvæmni framleiðslu í stjórnað umhverfi lágmarkar úrgang og bætir gæði. Styttri byggingaráætlanir draga úr fjármögnunarkostnaði og gera ráð fyrir fyrri umráð og auka heildar efnahagslega hagkvæmni verkefnisins.

Ennfremur getur léttari þyngd timburbygginga dregið úr grunnkröfum, sem leitt til sparnaðar kostnaðar, sérstaklega á stöðum með lélegar jarðvegsaðstæður. Auðvelt er að breyta og aðlögunarhæfni timburbygginga getur einnig framlengt nýtingartíma þeirra og veitt langtíma efnahagslegan ávinning.

Framtíðarhorfur og nýjungar

Framtíð timburs í háhýsi lítur efnileg út, með áframhaldandi rannsóknum og tækniþróun sem er reiðubúin til að vinna bug á núverandi áskorunum. Nýjungar í efnisvísindum, svo sem þróun breyttra viðarafurða með auknum eiginleikum, auka möguleika á timburnotkun.

Tækniframfarir

Ný tækni eins og blendingur timbursamsetningar og nanó-frumuefni bjóða upp á betri styrk, endingu og brunaviðnám. Stafræn hönnunarverkfæri og byggingarupplýsingar (BIM) auðvelda skipulagningu og samhæfingu flókinna timburbygginga, draga úr villum og hámarka notkun auðlinda.

Stefna og stöðlun

Viðleitni til að uppfæra byggingarkóða og þróa alþjóðlega staðla fyrir háhýsi timburs er að öðlast skriðþunga. Samstarf milli hagsmunaaðila, vísindamanna og eftirlitsaðila í iðnaði er nauðsynleg til að setja leiðbeiningar sem tryggja öryggi meðan þeir stuðla að nýsköpun.

Menntun og þjálfun

Að fjárfesta í menntunar- og þjálfunaráætlunum fyrir arkitekta, verkfræðinga og sérfræðinga í byggingu skiptir sköpum. Að auka þekkingu og færni sem tengist timburhönnun og smíði mun styðja við vöxt iðnaðarins og hvetja til notkunar bestu starfshátta.

Niðurstaða

Að lokum hefur timbur komið fram sem raunhæft efni fyrir háhýsi, þökk sé verulegum framförum í verkfræðilegum viðarafurðum og byggingartækni. Þó að áskoranir séu enn, sérstaklega varðandi reglugerðaramma og markaðssamþykkt, sýna árangursrík verkefni um allan heim möguleika Timber. Samþætting viðbótarkerfa, svo sem Byggingar byggingarstálforms , eykur skilvirkni byggingar og burðarvirki.

Umhverfis- og efnahagslegur ávinningur af timbri, ásamt frammistöðu getu þess, gerir það að aðlaðandi valkosti fyrir sjálfbæra þéttbýlisþróun. Þegar iðnaðurinn heldur áfram að nýsköpun og takast á við núverandi áskoranir, er timbur í stakk búið til að gegna mikilvægu hlutverki við mótun skýlína framtíðarinnar.