Czy można użyć drewna do wieżowców?

Wstęp

Drewno jest niezbędnym materiałem budowlanym od tysiącleci, cenionych za jego dostępność, urabialność i naturalną estetykę. Tradycyjnie jego stosowanie ograniczało się do struktur niskich z powodu ograniczeń siły i odporności na czynniki środowiskowe. Jednak nadejście zaprojektowanych produktów z drewna i nowoczesnych technik budowlanych zrewolucjonizowało potencjalne zastosowania drewna. Portowe pytanie dla architektów, inżynierów i budowniczych jest dziś: czy można użyć drewna do wieżowców? Ten artykuł zagłębia się w wykonalność drewna jako podstawowego materiału w budownictwie wieżowcu, badaniu postępów w zakresie technologii drewna, względy strukturalnych, wyzwań regulacyjnych i integracji systemów uzupełniających się, takich jak systemy uzupełniające Budynek konstrukcji stalowej.

Historyczna perspektywa drewna w budownictwie

W całej historii drewno jest kamieniem węgielnym budowy w różnych kulturach. Od tradycyjnych japońskich pagodów, które od wieków wytrzymały trzęsienia ziemi, po drewniane domy w Europie, Wood wykazał się niezwykłą odpornością, gdy jest odpowiednio wykorzystywany. Te historyczne struktury pokazują długowieczność i trwałość drewna, gdy są odpowiednio zaprojektowane i utrzymywane. Jednak ograniczenia tradycyjnego drewna, takie jak podatność na pożar, rozkład i ograniczona zdolność strukturalna, historycznie ograniczyły jego stosowanie w wysokich zastosowaniach.

Postępy w technologii drewna

W XXI wieku był świadkiem znaczących postępów w technologii drewna, szczególnie w przypadku rozwoju produktów drewna zaprojektowanych. Te innowacje dotyczą tradycyjnych ograniczeń drewna, zwiększając jego możliwości strukturalne i rozszerzając jego przydatność do większych i wyższych konstrukcji.

Drewno krzyżowe (CLT)

Drewno krzyżowe jest rewolucyjnym produktem składającym się z wielu warstw solidnych płyt drewna stałych ułożonych krzyżowo i związanymi z klejami strukturalnymi. Ta lękinacja krzyżowa zapewnia stabilność wymiarową, siłę i sztywność, dzięki czemu panele CLT są idealne do ścian, podłóg i dachów w budynkach mieszkalnych i komercyjnych. Badania wykazały, że panele CLT wykazują doskonałą wydajność sejsmiczną ze względu na ich lekką wagę i elastyczność, dzięki czemu są odpowiednie do stosowania w regionach podatnych na trzęsienie ziemi.

Wydajność termiczna CLT jest kolejną znaczącą zaletą. Naturalne właściwości izolacyjne Wooda przyczyniają się do energooszczędnych budynków, zmniejszając koszty ogrzewania i chłodzenia. Ponadto panele CLT mogą być prefabrykowane poza miejscem z dużą precyzją, skracając czas budowy i koszty pracy.

Przyklejone drewno laminowane (Glulam)

Drewno laminowane przyklejone, powszechnie znane jako Glulam, jest produktem drewna inżynieryjnym zawierającym wiele warstw wymiarowych drewna związanych z trwałymi, odpornymi na wilgoć kle z klejem. Belki Glulam są wszechstronne i mogą być wytwarzane w różnych kształtach i rozmiarach, w tym krzywe i łuki, oferując architektom znaczną elastyczność projektowania. Wysoki stosunek wytrzymałości do masy Glulama pozwala na dłuższe rozpiętości bez pośredników, co jest korzystne w projektach otwartych planów często obserwowanych w nowoczesnych budynkach wieżowców.

Badania wskazują, że wiązki Glulam mogą osiągnąć siłę porównywalną lub nawet przewyższając siłę stali, gdy mierzono ich siłę na jednostkę. To sprawia, że ​​Glulam jest atrakcyjną opcją dla elementów konstrukcyjnych w budownictwie wieżowców, szczególnie w połączeniu z innymi materiałami w systemach hybrydowych.

Właściwości strukturalne i wydajność

Żywotność drewna w wysokich budynkach jest uzależniona od jego wydajności strukturalnej w różnych obciążeniach i warunkach. Kluczowe właściwości obejmują wytrzymałość, sztywność, odporność na ogień i trwałość.

Siła i sztywność

Produkty drewna zaprojektowane oferują ulepszone właściwości mechaniczne ze względu na zmniejszenie naturalnych niedoskonałości. Wady takie jak węzły i nierównomierne ziarno są minimalizowane w procesie produkcyjnym, co powoduje bardziej jednolite i przewidywalne wydajność. Nowoczesne techniki oceny siły, w tym ocena stresu maszynowego i ocena akustyczna, zapewniają, że elementy drewna spełniają rygorystyczne standardy.

Badania wykazały, że CLT i GLULAM mogą skutecznie nosić obciążenia związane z budynkami o wysokim wieżowcu. Na przykład badanie opublikowane w Journal of Structural Engineering wykazało, że panele CLT wykazują wysoką wytrzymałość w płaszczyźnie i poza płaszczyzną, co czyni je odpowiednim do ścian i przeponowych obciążenia w strukturach wielopiętrowych.

Opór ogniowy

W przeciwieństwie do powszechnych postrzegania, drewno może działać dobrze w warunkach pożarowych ze względu na przewidywalne zachowanie zwęglowe. Po wystawieniu na ogień warstwa char tworzy na powierzchni, izolując drewno wewnętrzne i spowalniając szybkość spalania. Ta cecha pozwala dużym członkom drewna na utrzymanie integralności strukturalnej dłużej niż stal bez zabezpieczenia, co może szybko stracić siłę w wysokich temperaturach.

Odporność na ogień można dodatkowo zwiększyć poprzez strategie projektowe, takie jak ponadwymiarowe elementy strukturalne, aby uwzględnić zwęglanie lub stosowanie zabiegów ognioodpornych. Zgodność z kodami przeciwpożarowymi osiąga się poprzez przeprowadzenie testów odporności na ogień i przestrzeganie nakazowych wymagań projektowych przedstawionych w przepisach budowlanych.

Trwałość i odporność na środowisko

Na trwałość drewna wpływają czynniki takie jak wilgoć, owady i grzyby. Produkty drewna zaprojektowane są wytwarzane w kontrolowanych warunkach, zmniejszając zawartość wilgoci i hamuje wzrost organizmów rozkładu. Powłoki ochronne i konserwatywa mogą zwiększyć odporność na czynniki środowiskowe, przedłużając żywotność struktur drewna.

Ponadto odpowiednie detale projektowe, takie jak włączenie odpowiedniej wentylacji i unikanie pułapek wodnych, ma kluczowe znaczenie w zapobieganiu problemom związanym z wilgocią. Zastosowanie barier wilgoci i kontrolowanych systemów drenażowych dalej chroni drewniane elementy w wieżowcach.

Studia przypadków wieżowców drewnianych budynków

Kilka pionierskich projektów na całym świecie z powodzeniem wykorzystało drewno w budownictwie wieżowców, wykazując jego wykonalność i korzyści.

Mjøstårnet, Norwegia

Mjøstårnet stojąc na 85,4 metra to 18-piętrowy budynek o mieszanym przeznaczeniu w Brumunddal w Norwegii, ukończony w 2019 r.. Posiada to, że jest jednym z najwyższych budynków z drewna na świecie. Struktura wykorzystuje kolumny i wiązki Glulam, ściany CLT i podłogi, prezentując możliwości drewna w wieżowcu. Budynek spełnia wszystkie wymagania dotyczące bezpieczeństwa strukturalnego i pożarowego, zawierające systemy zraszaczy i strategicznie umieszczone materiały odporne na pożar.

Hoho Tower, Austria

Hoho Tower w Wiedniu to 24-piętrowy budynek osiągający 84 metry wysokości, ukończony w 2019 r.. Uprawiający hybrydowy system budowy, łączy drewno z betonem, aby zoptymalizować wydajność. Około 75% konstrukcji to drewno, co znacznie zmniejsza ślad węglowy budynku. Zastosowanie prefabrykowanych modułów drewnianych pozwoliło na szybką budowę, przy czym jedno piętro zostało ukończone co sześć dni.

Brock Commons Tallwood House, Kanada

Położony na University of British Columbia, Brock Commons Tallwood House jest 18-piętrową rezydencją studencką ukończoną w 2017 roku. Budynek wykorzystuje system hybrydowy z płytami podłogowymi CLT i kolumnami Glulam, wspieranymi przez betonowy rdzeń dla stabilności bocznej. Proces budowy był niezwykle szybki, a struktura drewna została wzniesiona w ciągu zaledwie 70 dni. Projekt wykazał znaczne zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych w porównaniu z tradycyjną konstrukcją betonową.

Wyzwania i ograniczenia

Pomimo postępów i udanych projektów należy rozwiązać kilka wyzwań, aby w pełni zrealizować potencjał drewna w budownictwie wieżowców.

Przeszkody regulacyjne

Kodeks budowlany i przepisy mogą stanowić poważne wyzwania, ponieważ wiele zostało opracowanych z myślą o tradycyjnych materiałach i może nie uwzględniać innowacyjnych technologii drewna. Brak znormalizowanych wytycznych dotyczących wieżowców drewnianych wymaga zatwierdzeń specyficznych dla projektu, które mogą być czasochłonne i kosztowne. Trwają wysiłki w celu aktualizacji kodów, takich jak włączenie międzynarodowego kodeksu budowlanego przez wyższe masowe budynki drewna, ale powszechne przyjęcie jest stopniowe.

Postrzeganie i akceptacja rynku

Często istnieje sceptycyzm co do wydajności Timber, szczególnie w zakresie bezpieczeństwa pożarowego i trwałości. Kluczowe jest edukacja zainteresowanych stron na temat nieruchomości opracowanego drewna i wyników badań naukowych. Wykazanie udanych studiów przypadków i dostarczanie przejrzystych danych może pomóc w zmianie postrzegania i zachęcić do szerszej akceptacji w branży.

Dostępność łańcucha dostaw i materiału

Dostępność wysokiej jakości opracowanych produktów z drewna zależy od dobrze rozwiniętego łańcucha dostaw. W regionach, w których takie branże nie są ustanawiane, materiały pozyskiwania mogą być trudne. Inwestycje w lokalne placówki produkcyjne i wykwalifikowana robota jest konieczna, aby wesprzeć rozwój budowy drewna.

Integracja z budownictwem stali szalunki

Budowa wieżowców często korzysta z hybrydowego podejścia, łączące drewno z innymi materiałami, takimi jak stal i beton. Użycie Budowa stalowa konstrukcja jest integralna w tym procesie. Stal Sformerzy zapewnia niezbędne wsparcie dla odlewania betonowych komponentów, takich jak rdzenie i fundamenty, które uzupełniają strukturę drewna.

Zalety stalowych szalunki w budynkach drewnianych

Stalowanie stalowe oferują siłę, trwałość i precyzję, które są niezbędne dla wysokiej jakości konkretnych wykończeń i integralności strukturalnej. Jego modułowy charakter pozwala na elastyczność projektowania oraz wydajnego montażu i demontażu. Podczas konstruowania budynków hybrydowych stalowe szalunki zapewnia dokładne tworzenie konkretnych elementów, które bezproblemowo łączą się z drewnianymi komponentami.

Na przykład zastosowanie stalowych szalunki w tworzeniu betonowych rdzeni zwiększa stabilność boczną budynku, co jest szczególnie ważne w wieżowców poddanych siłom wiatrowym i sejsmicznym. Połączenie lekkich właściwości drewna z masą i sztywnością betonu powoduje zoptymalizowane wydajność strukturalną.

Studium przypadku: hybrydowe techniki budowy

Podczas budowy Brock Commons Tallwood House integracja drewna z betonem i stalą była kluczowa. Betonowe rdzenie skonstruowano przy użyciu zaawansowanych stalowych systemów szalunki, zapewniając precyzję i solidność strukturalną. Drewniane podłogi i kolumny zostały następnie skutecznie zainstalowane, wykorzystując prędkość prefabrykowanych drewnianych komponentów.

Współpraca między różnymi systemami budowlanymi podkreśla znaczenie szalu stalowego w osiąganiu niezbędnych tolerancji i wyrównania wymaganych w wieżowcach. To także pokazuje, jak Budowa stalowa konstrukcja przyczynia się do udanej integracji drewna i betonu.

Względy środowiskowe i ekonomiczne

Korzyści środowiskowe wynikające z korzystania z drewna w budownictwie są znaczące. Drewno jest zasobem odnawialnym, a lasy zarządzane w sposób zrównoważony może sekwestrować dwutlenek węgla z atmosfery. Drewniane budynki działają jak sklepy węglowe, blokując węgiel dla okresu życia struktury.

Redukcja śladu węglowego

Badania oceny cyklu życia wykazały, że budynki drewna mogą mieć znacznie niższy ślad węglowy w porównaniu z tymi zbudowanymi z konwencjonalnymi materiałami. Produkcja stali i betonu jest energooszczędna i generuje znaczące emisje gazów cieplarnianych. Zastąpienie tych materiałów drewnem, w których możliwe może przyczynić się do globalnych wysiłków w celu złagodzenia zmian klimatu.

Efektywność gospodarcza

Prefabrykowanie składników drewna prowadzi do szybszych czasów budowy i obniżenia kosztów pracy. Precyzyjna produkcja w kontrolowanych środowiskach minimalizuje odpady i poprawia jakość. Krótsze harmonogramy budowy obniżają koszty finansowania i pozwalają na wcześniejsze obłożenie, zwiększając ogólną rentowność ekonomiczną projektu.

Ponadto lżejsza masa struktur drewnianych może zmniejszyć wymagania podkładowe, co prowadzi do oszczędności kosztów, szczególnie w miejscach o złych warunkach glebowych. Łatwość modyfikacji i możliwości adaptacji budynków drewnianych może również przedłużyć ich okres użytkowania, zapewniając długoterminowe korzyści ekonomiczne.

Przyszłe perspektywy i innowacje

Przyszłość drewna w budownictwie wieżowców wygląda obiecująco, a trwające badania i rozwój technologiczny jest gotowy przezwyciężyć istniejące wyzwania. Innowacje w dziedzinie materiałów, takie jak rozwój zmodyfikowanych produktów z drewna o ulepszonych nieruchomości, rozszerzają możliwości używania drewna.

Postęp technologiczny

Pojawiające się technologie, takie jak hybrydowe kompozyty drewna i materiały nano-komórek, oferują lepszą wytrzymałość, trwałość i odporność na ogień. Cyfrowe narzędzia projektowe i modelowanie informacji o budynku (BIM) ułatwiają planowanie i koordynację złożonych struktur drewna, zmniejszając błędy i optymalizację wykorzystania zasobów.

Polityka i standaryzacja

Wysiłki na rzecz aktualizacji kodów budowlanych i opracowania międzynarodowych standardów budownictwa drewna nabierają rozpędu. Współpraca między zainteresowanymi stronami, badaczami i organami regulacyjnymi jest niezbędne do ustalenia wytycznych, które zapewniają bezpieczeństwo przy promowaniu innowacji.

Edukacja i szkolenie

Inwestowanie w programy edukacyjne i szkoleniowe dla architektów, inżynierów i specjalistów budowlanych ma kluczowe znaczenie. Zwiększenie wiedzy i umiejętności związanych z projektowaniem drewna i budowy będzie wspierać rozwój branży i zachęcić do przyjęcia najlepszych praktyk.

Wniosek

Podsumowując, drewno pojawiło się jako opłacalny materiał do budownictwa wieżowca, dzięki znacznym postępowi w opracowanych produktach i technologiach budowlanych. Podczas gdy pozostają wyzwania, szczególnie dotyczące ram regulacyjnych i akceptacji rynku, udane projekty na całym świecie pokazują potencjał drewna. Integracja systemów uzupełniających, takich jak Budowa stalowa budowlana , zwiększa efektywność budowy i wydajność strukturalną.

Korzyści środowiskowe i ekonomiczne drewna, w połączeniu z możliwościami wydajności, sprawiają, że jest to atrakcyjna opcja dla zrównoważonego rozwoju miast. Ponieważ branża nadal wprowadza innowacje i zajmują się istniejącymi wyzwaniami, drewno jest w stanie odgrywać znaczącą rolę w kształtowaniu Skylininów przyszłości.