Vai kokmateriālus var izmantot daudzstāvu ēkām?

Ievads

Kokmateriāli ir bijuši būtisks būvmateriāli gadu tūkstošiem, kas tiek vērtēti ar tā pieejamību, apstrādājamību un dabisko estētiku. Tradicionāli tā izmantošana ir ierobežota ar mazstāvu struktūrām, pateicoties spēka un izturības pret vides faktoriem ierobežojumiem. Tomēr inženierijas inženierijas izstrādājumu un mūsdienu celtniecības paņēmienu parādīšanās ir mainījusi iespējamo kokmateriālu pielietojumu. Aktuālais jautājums arhitektiem, inženieriem un celtniekiem šodien ir: vai kokmateriālus var izmantot augstceltnēm? Šajā rakstā ir iekļauta kokmateriālu kā primārā materiāla iespējamība daudzstāvu būvniecībā, izpētīt progresu koka tehnoloģijās, strukturālos apsvērumus, normatīvos izaicinājumus un tādu papildinošu sistēmu integrāciju, piemēram, Ēka būvniecības tērauda formas darbi.

Kokmateriālu vēsturiskā perspektīva būvniecībā

Vēstures laikā kokmateriāli ir bijis būvniecības stūrakmens dažādās kultūrās. Sākot no tradicionālajām japāņu pagodām, kuras gadsimtiem ilgi izturēja zemestrīces, līdz Eiropas kokmateriālu rāmju mājām, Vuds ir parādījis ievērojamu noturību, ja to pareizi izmanto. Šīs vēsturiskās struktūras demonstrē kokmateriālu ilgmūžību un izturību, kad to izstrādā un uztur atbilstoši. Tomēr tradicionālo kokmateriālu ierobežojumi, piemēram, jutība pret uguni, sabrukšanu un ierobežotām strukturālajām spējām, vēsturiski ir ierobežojuši tā izmantošanu augstceltnēs.

Progresu kokmateriālu tehnoloģijas

21. gadsimts ir pieredzējis ievērojamus sasniegumus kokmateriālu tehnoloģijās, īpaši izstrādājot inženierijas izstrādājumus. Šie jauninājumi pievēršas tradicionālajiem kokmateriālu ierobežojumiem, uzlabojot tā strukturālās spējas un paplašinot tā piemērotību lielākām un garākām struktūrām.

Cross-laminēti kokmateriāli (CLT)

Cross-laminēti kokmateriāli ir revolucionārs produkts, kas sastāv no vairākiem cietu zāģmateriālu dēļu slāņiem, kas sakrauti šķērsām un savienoti kopā ar strukturālām līmēm. Šī krusteniskā laminācija nodrošina izmēru stabilitāti, izturību un stingrību, padarot CLT paneļus ideāli piemērotas sienām, grīdām un jumtiem gan dzīvojamās, gan komerciālajās ēkās. Pētījumi liecina, ka CLT paneļiem ir lieliska seismiskā veiktspēja to vieglā svara un elastības dēļ, padarot tos piemērotus lietošanai zemestrīces pakļautajos reģionos.

CLT siltuma veiktspēja ir vēl viena būtiska priekšrocība. Koka dabiskās izolācijas īpašības veicina energoefektīvas ēkas, samazinot apkuri un dzesēšanas izmaksas. Turklāt CLT paneļus var saliekt ārpus teritorijas ar lielu precizitāti, samazinot celtniecības laiku un darbaspēka izmaksas.

Līmēti laminēti kokmateriāli (glulam)

Līmēti laminēti kokmateriāli, ko parasti sauc par glulamu, ir inženierijas koka produkts, kas satur vairākus izmēru zāģmateriālu slāņus, kas savienoti kopā ar izturīgām, mitrumam izturīgām līmēm. Glulama stari ir daudzpusīgi, un tos var ražot dažādās formās un izmēros, ieskaitot līknes un arkas, kas arhitektiem piedāvā ievērojamu dizaina elastību. Glulama augstās izturības un svara attiecība ļauj ilgāk noteiktos diapazonos bez vidējiem balstiem, kas ir izdevīgi atvērtā plāna dizainparaugos, kas bieži tiek novēroti mūsdienu daudzstāvu ēkās.

Pētījumi norāda, ka glulama stari var sasniegt stiprumu, kas ir salīdzināms ar vai pat pārsniedz tēraudu, ja to mēra pēc stipruma uz svara vienību. Tas padara Glulam par pievilcīgu iespēju strukturāliem elementiem daudzstāvu konstrukcijā, it īpaši, ja to apvieno ar citiem materiāliem hibrīdu sistēmās.

Strukturālās īpašības un veiktspēja

Kokmateriālu dzīvotspēja daudzstāvu ēkās ir atkarīga no tā strukturālās veiktspējas dažādās slodzēs un apstākļos. Galvenās īpašības ir izturība, stingrība, ugunsizturība un izturība.

Spēks un stingrība

Inženierijas kokmateriālu produkti piedāvā uzlabotas mehāniskās īpašības dabisko nepilnību samazināšanas dēļ. Izgatavošanas procesā tiek samazināti tādi defekti kā mezgli un nevienmērīgi graudi, iegūstot vienveidīgāku un paredzamāku veiktspēju. Mūsdienu izturības šķirošanas paņēmieni, ieskaitot mašīnu stresa novērtēšanu un akustisko novērtējumu, nodrošina, ka kokmateriālu komponenti atbilst stingriem standartiem.

Pētījumi parādīja, ka CLT un Glulam var efektīvi uzņemt slodzes, kas saistītas ar daudzstāvu ēkām. Piemēram, pētījumā, kas publicēts žurnālā Strukturālajā inženierijā, tika uzsvērts, ka CLT paneļiem ir augsta līmeņa un ārpus plaknes izturība, padarot tos piemērotus daudzstāvu slodzes sienām un diafragmām daudzstāvu struktūrās.

Ugunsizturība

Pretstatā kopējam priekšstatam, kokmateriāli var labi darboties ugunsgrēka apstākļos, pateicoties tā paredzamajai charring uzvedībai. Kad tas ir pakļauts ugunsgrēkam, uz virsmas veidojas char slānis, izolējot iekšējo koksni un palēninot sadegšanas ātrumu. Šis raksturlielums ļauj lieliem kokmateriālu locekļiem saglabāt strukturālo integritāti ilgāk nekā neaizsargāts tērauds, kas augstā temperatūrā var ātri zaudēt izturību.

Ugunsgrēka izturību var vēl vairāk uzlabot, izmantojot projektēšanas stratēģijas, piemēram, strukturālo elementu lielumu, lai ņemtu vērā ugunsgrēku aizturēšanas ārstēšanu vai piemērošanu. Ugunsdzēsības kodeksu ievērošana tiek panākta, veicot ugunsizturības testus un ievērojot preskriptu projektēšanas prasības, kas izklāstītas būvnosacījumos.

Izturība un izturība pret vidi

Kokmateriālu izturību ietekmē tādi faktori kā mitrums, kukaiņi un sēnītes. Inženiertehniskie koka izstrādājumi tiek ražoti kontrolētos apstākļos, samazinot mitruma saturu un kavējot sabrukšanas organismu augšanu. Aizsardzības pārklājumi un konservanti var uzlabot izturību pret vides faktoriem, paplašinot kokmateriālu struktūru kalpošanas laiku.

Turklāt pareiza dizaina detaļas, piemēram, atbilstošas ​​ventilācijas un izvairīšanās no ūdens slazdu iekļaušanas, ir kritiska, lai novērstu ar mitrumu saistītus jautājumus. Mitruma barjeru un kontrolētu kanalizācijas sistēmu izmantošana vēl vairāk aizsargā kokmateriālu komponentus daudzstāvu ēkās.

Augstceltņu kokmateriālu ēku gadījumu izpēte

Vairāki novatoriski projekti visā pasaulē ir veiksmīgi izmantojuši kokmateriālus daudzstāvu būvniecībā, demonstrējot tā iespējamību un ieguvumus.

Mjøstårnet, Norvēģija

Stāvot 85,4 metru attālumā, Mjøstårnet ir 18 stāvu jaukta lietojuma ēka Brumunddalā, Norvēģijā, pabeigta 2019. gadā. Tam ir atšķirība, ka tā ir viena no augstākajām kokmateriālu ēkām pasaulē. Struktūrā tiek izmantotas glulama kolonnas un sijas, CLT sienas un grīdas, kas demonstrē kokmateriālu iespējas daudzstāvu kontekstā. Ēka atbilst visām konstrukcijas un ugunsdrošības prasībām, iekļaujot sprinkleru sistēmas un stratēģiski novietotus ugunsizturīgus materiālus.

Hoho tornis, Austrija

Hoho tornis Vīnē ir 24 stāvu ēka, kas sasniedz 84 metru augstumu, kas pabeigta 2019. gadā. Ar hibrīda konstrukcijas sistēmu tas apvieno timber ar betonu, lai optimizētu veiktspēju. Aptuveni 75% no konstrukcijas ir kokmateriāli, ievērojami samazinot ēkas oglekļa pēdu. Saliekamo kokmateriālu moduļu izmantošana ļāva ātri būvēt, un viens stāvs tiek pabeigts ik pēc sešām dienām.

Brock Commons Tallwood House, Kanāda

Brock Commons Tallwood House, kas atrodas Britu Kolumbijas universitātē, ir 18 stāvu studentu dzīvesvieta, kas pabeigta 2017. gadā. Ēkā tiek izmantota hibrīda sistēma ar CLT grīdas plātnēm un glulama kolonnām, ko atbalsta konkrēts kodols sānu stabilitātei. Būvniecības process bija ārkārtīgi ātrs, un kokmateriālu struktūra tika uzcelta tikai 70 dienu laikā. Projekts parādīja ievērojamu siltumnīcefekta gāzu emisiju samazinājumu salīdzinājumā ar tradicionālo betona konstrukciju.

Izaicinājumi un ierobežojumi

Neskatoties uz sasniegumiem un veiksmīgiem projektiem, ir jārisina vairāki izaicinājumi, lai pilnībā realizētu kokmateriālu potenciālu daudzstāvu būvniecībā.

Normatīvie šķēršļi

Būvvielu kodeksi un noteikumi var radīt ievērojamas problēmas, jo daudzi tika izstrādāti, paturot prātā tradicionālos materiālus, un tie var neatbilst novatoriskām kokmateriālu tehnoloģijām. Standartizētu vadlīniju trūkumam par kokmateriālu augstceltnēm ir nepieciešami projektam specifiski apstiprinājumi, kas var būt laikietilpīgi un dārgi. Tiek veikti centieni atjaunināt kodus, piemēram, Starptautiskā būvnormatīva iekļaušana garākajās masu kokmateriālu ēkās, bet plaša pieņemšana notiek pakāpeniski.

Uztvere un tirgus pieņemšana

Bieži vien ir skepse attiecībā uz kokmateriālu sniegumu, īpaši attiecībā uz ugunsdrošību un izturību. Ieinteresēto personu izglītošana par inženierijas koka īpašībām un zinātnisko pētījumu rezultātiem ir ļoti svarīgi. Veiksmīgu gadījumu izpētes demonstrēšana un caurspīdīgu datu sniegšana var palīdzēt mainīt uztveri un veicināt plašāku atzīšanu nozarē.

Piegādes ķēde un materiālu pieejamība

Augstas kvalitātes inženierijas izstrādājumu pieejamība ir atkarīga no labi attīstītas piegādes ķēdes. Reģionos, kur šādas nozares nav izveidotas, materiāli var būt izaicinoši. Lai atbalstītu kokmateriālu daudzstāvu celtniecības izaugsmi, ir nepieciešami ieguldījumi vietējās ražošanas iestādēs un kvalificēta darbaspēka apmācība.

Integrācija ar ēkas celtniecības tērauda veidlapām

Augsta līmeņa ēku celtniecība bieži gūst labumu no hibrīda pieejas, apvienojot kokmateriālus ar citiem materiāliem, piemēram, tēraudu un betonu. Izmantot Ēkas būvniecības tērauda veidlapas ir neatņemamas šajā procesā. Tērauda veidlapas nodrošina nepieciešamo atbalstu betona komponentu, piemēram, serdeņu un pamatiem, kas papildina kokmateriālu struktūru.

Tērauda veidņu priekšrocības kokmateriālu ēkās

Tērauda veidlapas piedāvā izturību, izturību un precizitāti, kas ir būtiska augstas kvalitātes betona apdarei un konstrukcijas integritātei. Tā modulārā raksturs ļauj elastīgi veidot dizainu un efektīvu montāžu un demontāžu. Veidojot hibrīdas ēkas, tērauda veidlapas nodrošina precīzu betona elementu veidošanos, kas nemanāmi saskaras ar kokmateriālu komponentiem.

Piemēram, tērauda veidņu izmantošana betona serdeņu veidošanā uzlabo ēkas sānu stabilitāti, kas ir īpaši svarīga augstceltnēs, kas pakļautas vēja un seismiskajiem spēkiem. Kokmateriālu vieglo īpašību kombinācija ar betona masu un stīvumu rada optimizētu struktūras veiktspēju.

Gadījuma izpēte: hibrīda būvniecības paņēmieni

Brock Commons Tallwood mājas celtniecībā kokmateriālu ar betonu un tēraudu integrācija bija galvenā. Betona serdeņi tika izveidoti, izmantojot uzlabotas tērauda veidņu sistēmas, nodrošinot precizitāti un strukturālu noturību. Pēc tam kokmateriālu grīdas un kolonnas tika efektīvi uzstādītas, gūstot labumu no saliekamo kokmateriālu komponentu ātruma.

Sadarbība starp dažādām būvniecības sistēmām uzsver tērauda veidņu nozīmi, lai sasniegtu nepieciešamās pielaides un izlīdzināšanas, kas vajadzīgas augstceltnēs. Tas arī parāda, kā Ēkas celtniecības tērauda veidlapas veicina veiksmīgu kokmateriālu un betona integrāciju.

Vides un ekonomiskie apsvērumi

Kokmateriālu izmantošanas ieguvumi videi videi būvniecībā ir nozīmīgi. Koks ir atjaunojams resurss, un ilgtspējīgi pārvaldīti meži var atdalīt oglekļa dioksīdu no atmosfēras. Kokmateriālu ēkas darbojas kā oglekļa krājumi, aizslēdzot oglekli konstrukcijas dzīvībai.

Oglekļa pēdas nospieduma samazināšana

Dzīves cikla novērtēšanas pētījumi parādīja, ka kokmateriālu ēkām var būt ievērojami zemāka oglekļa nospiedums, salīdzinot ar tām, kas izgatavotas ar parastajiem materiāliem. Tērauda un betona ražošana ir energoietilpīga un rada ievērojamas siltumnīcefekta gāzu emisijas. Aizstājot šos materiālus ar kokmateriāliem, kur iespējamie var veicināt globālos centienus mazināt klimata pārmaiņas.

Ekonomiskā efektivitāte

Kokmateriālu komponentu saliekamība noved pie ātrāka būvniecības laikiem un samazinātas darbaspēka izmaksas. Precizitātes ražošana kontrolētā vidē samazina atkritumus un uzlabo kvalitāti. Īsāki būvniecības grafiki samazina finansēšanas izmaksas un ļauj veikt agrāku noslogojumu, uzlabojot projekta kopējo ekonomisko dzīvotspēju.

Turklāt kokmateriālu konstrukciju vieglāks svars var samazināt pamata prasības, izraisot izmaksu ietaupījumus, jo īpaši vietās ar sliktiem augsnes apstākļiem. Kokmateriālu ēku modifikācijas un pielāgošanās ērtība var arī pagarināt to lietderīgās lietošanas laiku, nodrošinot ilgtermiņa ekonomiskos ieguvumus.

Turpmākās perspektīvas un jauninājumi

Kokmateriālu nākotne daudzstāvu būvniecībā izskatās daudzsološa, un pastāvīgi pētījumi un tehnoloģiskā attīstība ir gatava pārvarēt esošos izaicinājumus. Inovācijas materiālu zinātnē, piemēram, modificētu koka izstrādājumu izstrāde ar uzlabotām īpašībām, paplašina kokmateriālu izmantošanas iespējas.

Tehnoloģiskie sasniegumi

Jaunās tehnoloģijas, piemēram, hibrīdu kokmateriālu kompozītmateriāli un nano-celulozes materiāli, piedāvā uzlabotu izturību, izturību un ugunsizturību. Digitālie dizaina rīki un ēkas informācijas modelēšana (BIM) atvieglo sarežģītu kokmateriālu struktūru plānošanu un koordināciju, samazinot kļūdas un optimizējot resursus.

Politika un standartizācija

Centieni atjaunināt būvnormatīvus un attīstīt starptautiskos kokmateriālu augstceltņu standartus arvien vairāk. Lai izveidotu vadlīnijas, kas nodrošina drošību, veicinot inovācijas, ir būtiska sadarbība starp nozares ieinteresētajām personām, pētniekiem un normatīvajām institūcijām.

Izglītība un apmācība

Ir ļoti svarīgi ieguldīt arhitektu, inženieru un būvniecības speciālistu izglītības un apmācības programmās. Zināšanu un prasmju uzlabošana, kas saistīta ar kokmateriālu projektēšanu un celtniecību, atbalstīs nozares izaugsmi un veicinās labākās prakses pieņemšanu.

Secinājums

Noslēgumā, pateicoties ievērojamiem sasniegumiem inženierijas izstrādājumos un celtniecības tehnoloģijās, kokmateriāli ir kļuvuši par dzīvotspējīgu daudzstāvu būvniecības materiālu. Kaut arī joprojām ir izaicinājumi, jo īpaši attiecībā uz normatīvajiem ietvariem un tirgus pieņemšanu, veiksmīgi projekti visā pasaulē demonstrē kokmateriālu potenciālu. Papildu sistēmu, piemēram, integrācija Ēku būvniecības tērauda veidlapas , uzlabo būvniecības efektivitāti un konstrukcijas veiktspēju.

Kokmateriālu vides un ekonomiskie ieguvumi apvienojumā ar tās darbības iespējām padara to par pievilcīgu iespēju ilgtspējīgai pilsētu attīstībai. Tā kā nozare turpina ieviest jauninājumus un risināt esošos izaicinājumus, kokmateriāli ir gatavi spēlēt nozīmīgu lomu nākotnes taustiņu veidošanā.