木材は高層ビルに使用できますか？

導入

木材は、数千年にわたって重要な建築材料であり、その利用可能性、作業性、自然の美学に敬意を表しています。従来、その使用は、環境要因に対する強度と抵抗の制限により、低層構造に限定されてきました。ただし、設計された木材製品と最新の建設技術の出現により、木材の潜在的な用途に革命がありました。今日の建築家、エンジニア、ビルダーの緊急の質問は、 材木を高層ビルに使用できますか？ この記事では、木材の高層構造における主要な材料としての木材の実現可能性を掘り下げ、木材技術の進歩、構造上の考慮事項、規制上の課題、および補完的なシステムの統合を調査します。 建物建設鋼の型枠.

建設における木材の歴史的視点

歴史を通じて、木材はさまざまな文化にわたる建設の基礎となっています。何世紀にもわたって地震に耐えてきた伝統的な日本のパゴダから、ヨーロッパの木材枠の家まで、ウッドは適切に利用されたときに顕著な回復力を示しました。これらの歴史的構造は、適切に設計および維持された場合、木材の寿命と耐久性を示しています。ただし、火災、崩壊、限られた構造能力など、従来の木材の制限は、歴史的に高層用途での使用を制限しています。

木材技術の進歩

21世紀は、特にエンジニアリングされた木材製品の開発により、木材技術の大きな進歩を目撃しました。これらの革新は、木材の従来の制限に対処し、その構造能力を高め、より大きくて背の高い構造に対する適合性を拡大します。

架橋材（CLT）

架橋材は、横方向に積み上げられ、構造的接着剤と一緒に結合した、吸い上げられた木材板の複数の層で構成される革新的な製品です。この架橋は、寸法の安定性、強度、剛性を提供し、住宅と商業の両方の建物の壁、床、屋根に最適です。研究により、CLTパネルは軽量と柔軟性のために優れた地震性能を示すことが示されており、地震が発生しやすい地域での使用に適しています。

CLTの熱性能は、もう1つの重要な利点です。木材の自然な絶縁特性は、エネルギー効率の高い建物に貢献し、暖房コストと冷却コストを削減します。さらに、CLTパネルは、高精度でオフサイトでプレハブ化でき、建設時間と人件費を削減できます。

接着層の薄材（glum）

一般にGlulamとして知られている接着層の積層木材は、耐久性のある耐湿性の接着剤と一緒に結合した寸法材木の複数の層を含む工学的木材製品です。 Glumam Beamsは汎用性が高く、曲線やアーチなど、さまざまな形やサイズで製造でき、建築家はかなりの設計の柔軟性を提供します。 Glulamの高強度と重量の比率により、中間サポートのないより長いスパンが可能になります。これは、現代の高層ビルでよく見られるオープンプランデザインで有利です。

研究によると、Glumamビームは、単位重量あたりの強度の観点から測定された場合、鋼の梁に匹敵する、またはそれを超える強度を達成できることが示されています。これにより、特にハイブリッドシステムの他の材料と組み合わせると、高層構造の構造要素にとってGlumamは魅力的なオプションになります。

構造的特性とパフォーマンス

高層ビルでの木材の生存率は、さまざまな負荷と条件下での構造性能を条件としています。重要な特性には、強度、剛性、耐火性、耐久性が含まれます。

強さと剛性

エンジニアリングされた木材製品は、自然の欠陥の減少により、機械的特性を強化します。結び目や不均一な穀物などの欠陥は、製造プロセスを通じて最小限に抑えられ、より均一で予測可能なパフォーマンスが発生します。機械のストレス評価や音響評価を含む最新の強度のグレーディング技術により、木材成分が厳しい基準を満たしていることを確認します。

研究は、CLTとGlumamが高層ビルに関連する荷重を効果的に耐えることができることを実証しています。たとえば、Journal of Structural Engineeringに掲載された研究では、CLTパネルが高い面および面外の強度を示すことを強調しており、それらをマルチストーリー構造の荷重壁や横隔膜に適しています。

耐火性

一般的な認識とは反対に、木材は、その予測可能な充電挙動により、火災条件下でうまく機能する可能性があります。火にさらされると、炭層が表面に形成され、内部の木材が断熱され、燃焼速度が遅くなります。この特性により、大規模な木材のメンバーは、保護されていない鋼よりも長く構造的完全性を維持することができ、高温で迅速に強度を失う可能性があります。

耐火性は、充電を説明したり、火災後治療を適用したりするために、構造要素を特大化するなどの設計戦略を通じてさらに強化することができます。火災コードのコンプライアンスは、耐火性テストを実施し、建築規制で概説されている規範的な設計要件を順守することで達成されます。

耐久性と環境抵抗

木材の耐久性は、水分、昆虫、菌類などの要因の影響を受けます。設計された木材製品は、制御された条件下で製造されており、水分含有量を減らし、腐敗生物の成長を阻害します。保護コーティングと防腐剤は、環境要因に対する耐性を高め、木材構造の寿命を延ばすことができます。

さらに、適切な換気の組み込みや水道の避けを避けるなど、適切な設計の詳細は、水分関連の問題を防ぐために重要です。水分障壁と制御された排水システムの使用は、高層ビルの木材成分をさらに保護します。

高層材の建物のケーススタディ

世界中のいくつかの先駆的なプロジェクトは、高層建設で木材をうまく利用しており、その実現可能性と利点を実証しています。

Mjøstårnet、ノルウェー

85.4メートルに立つMjøstårnetは、2019年に完成したノルウェーのブルムンダルにある18階建ての混合使用ビルです。世界で最も高い木材の建物の1つであるという区別があります。構造は、グルラムの柱と梁、CLTの壁、床を利用して、高層コンテキストで木材の能力を紹介します。建物は、スプリンクラーシステムと戦略的に配置された耐火性材料を組み込んだすべての構造および火災安全要件を満たしています。

オーストリアのホーホタワー

ウィーンのホーホタワーは、高さ84メートルに達する24階建ての建物で、2019年に完成しました。ハイブリッド建設システムを備えた木材とコンクリートを組み合わせて、パフォーマンスを最適化します。構造の約75％は木材であり、建物の二酸化炭素排出量を大幅に削減しています。プレハブ木材モジュールの使用により、迅速な建設が可能になり、6日ごとに1階が完成しました。

ブロックコモンズトールウッドハウス、カナダ

ブリティッシュコロンビア大学に位置するブロックコモンズトールウッドハウスは、2017年に完成した18階建ての学生居住地です。建物は、横方向の安定性のためにコンクリートコアによってサポートされているCLT床スラブとGlumamコラムを備えたハイブリッドシステムを利用しています。建設プロセスは非常に迅速で、木材構造はわずか70日で建てられました。このプロジェクトは、従来のコンクリート構造と比較して、温室効果ガス排出量の大幅な削減を実証しました。

課題と制限

進歩と成功したプロジェクトにもかかわらず、高層建設における木材の可能性を完全に実現するために、いくつかの課題に対処する必要があります。

規制のハードル

建築基準と規制は、従来の材料を念頭に置いて開発され、革新的な木材技術に対応していない可能性があるため、大きな課題を引き起こす可能性があります。木材の高層ビルの標準化されたガイドラインの欠如には、プロジェクト固有の承認が必要であり、時間がかかり、費用がかかる場合があります。国際建築基準がより高い大量材木を含めるなど、コードを更新する努力が進行中ですが、広範な採用は徐々にです。

認識と市場の受け入れ

特に火災の安全性と耐久性に関しては、木材のパフォーマンスに関してしばしば懐疑論があります。エンジニアリングされた木材の特性と科学的研究の結果について利害関係者を教育することが重要です。成功したケーススタディを実証し、透明なデータを提供することは、認識を変えるのに役立ち、業界内のより広範な受け入れを促進することができます。

サプライチェーンと材料の可用性

高品質のエンジニアリング木材製品の入手可能性は、よく発達したサプライチェーンに依存します。そのような産業が確立されていない地域では、材料の調達が困難になる可能性があります。地元の製造施設への投資と訓練熟練労働者は、木材の高層建設の成長をサポートするために必要です。

建物の建設鋼の型枠との統合

高層ビルの建設は、多くの場合、ハイブリッドアプローチの恩恵を受け、木材と鋼やコンクリートなどの他の材料を組み合わせています。の使用 建物の建設鋼の型枠は 、このプロセスに不可欠です。スチールフォームワークは、木材構造を補完するコアや基礎などのコンクリートコンポーネントを鋳造するために必要なサポートを提供します。

木材建物の鋼鉄製作の利点

スチールフォームワークは、高品質のコンクリート仕上げと構造的完全性に不可欠な強度、耐久性、および精度を提供します。そのモジュラー性は、設計と効率的なアセンブリと分解の柔軟性を可能にします。ハイブリッドビルを建設するとき、スチールフォームワークは、木材コンポーネントとシームレスにインターフェイスするコンクリート要素の正確な形成を保証します。

たとえば、コンクリートコアの形成における鋼製の型枠を使用すると、建物の横方向の安定性が向上します。これは、風と地震力にさらされる高層構造で特に重要です。木材の軽量特性とコンクリートの質量と剛性の組み合わせは、最適化された構造性能をもたらします。

ケーススタディ：ハイブリッド建設技術

ブロックコモンズトールウッドハウスの建設では、木材とコンクリートおよび鋼の統合が極めて重要でした。コンクリートコアは、高度な鋼製型枠システムを使用して構築され、精度と構造の堅牢性を確保しました。その後、木材の床と柱が効率的に設置され、プレハブ木材成分の速度を活用しました。

異なる建設システム間のコラボレーションは、高層ビルで必要な許容範囲とアライメントを達成する上で鋼鉄の型枠の重要性を強調しています。また、その方法も示しています 建物の建設鋼の型枠は、 木材とコンクリートの統合の成功に貢献しています。

環境および経済的考慮事項

建設で木材を使用することの環境上の利点は重要です。木材は再生可能な資源であり、持続可能な管理された森林は大気から二酸化炭素を隔離することができます。木材の建物は炭素店として機能し、構造物の寿命のために炭素を閉じ込めます。

二酸化炭素排出量の削減

ライフサイクル評価の研究では、木材の建物は、従来の材料で構築されたものと比較して、実質的に炭素排出量が少ないことが示されています。鋼とコンクリートの生産はエネルギー集約型であり、大幅な温室効果ガス排出量を生み出します。これらの材料を、実行可能な材料を、気候変動を緩和するための世界的な努力に貢献できる木材に置き換えます。

経済効率

木材成分のプレハブは、建設時間の速さと人件費の削減につながります。制御された環境での精密な製造は、廃棄物を最小限に抑え、品質を向上させます。建設スケジュールの短縮により、資金調達コストが削減され、早期の占有率が可能になり、プロジェクトの全体的な経済的実行可能性が向上します。

さらに、木材構造の軽量により、基礎要件を減らし、特に土壌条件が悪いサイトでコスト削減につながる可能性があります。木材の建物の修正と適応性の容易さも耐用年数を延ばし、長期的な経済的利益をもたらします。

将来の見通しと革新

高層建設における木材の将来は、既存の課題を克服する態勢を整えている継続的な研究と技術開発により、有望に見えます。材料科学の革新は、特性が強化された修正された木材製品の開発など、木材の使用の可能性を拡大しています。

技術の進歩

ハイブリッド木材複合材料やナノセルロース材料などの新興技術は、強度、耐久性、耐火性の改善を提供します。デジタル設計ツールと建築情報モデリング（BIM）は、複雑な木材構造の計画と調整、エラーの削減、リソースの使用の最適化を促進します。

ポリシーと標準化

建築基準を更新し、木材の高層建設のための国際基準を開発する努力が勢いを増しています。業界の利害関係者、研究者、規制機関間の協力は、イノベーションを促進しながら安全性を確保するガイドラインを確立するために不可欠です。

教育とトレーニング

建築家、エンジニア、建設の専門家向けの教育およびトレーニングプログラムへの投資が非常に重要です。木材の設計と建設に関連する知識とスキルの向上は、業界の成長をサポートし、ベストプラクティスの採用を促進します。

結論

結論として、材木は、工学的な木材製品と建設技術の大幅な進歩のおかげで、高層建設のための実行可能な材料として浮上しています。特に規制の枠組みと市場の受け入れに関する課題は残っていますが、世界中の成功したプロジェクトは木材の可能性を示しています。次のような補完的なシステムの統合 建物の建設鋼の型枠は、建設効率と構造性能を向上させます。

木材の環境的および経済的利益は、そのパフォーマンス能力と組み合わせて、持続可能な都市開発にとって魅力的な選択肢となっています。業界が既存の課題を革新し、対処し続けているため、ティンバーは将来のスカイラインを形作る上で重要な役割を果たす態勢を整えています。