Чи можна використовувати деревину для багатоповерхівки?

Вступ

Тимбер був найважливішим будівельним матеріалом тисячоліттями, цінуючи за його доступність, працездатність та природну естетику. Традиційно його використання обмежувалося низькоповерховими структурами через обмеження сили та стійкості до факторів навколишнього середовища. Однак поява інженерних виробів з дерева та сучасних будівельних методів революціонізувало потенційне застосування деревини. Накресливе питання для архітекторів, інженерів та будівельників сьогодні: чи можна використовувати деревину для багатоповерхівки? Ця стаття заглиблюється в доцільність деревини як основного матеріалу в багатоповерхівці, вивчаючи прогрес у галузі деревини, структурних міркувань, регуляторних проблем та інтеграції додаткових систем, таких як Будівництво сталь опалубки.

Історична перспектива деревини в будівництві

Протягом історії деревина була наріжним каменем будівництва в різних культурах. Від традиційних японських пагод, які століттями витримали землетруси, до будинків з деревини з деревини, Вуд продемонстрував неабияку стійкість при правильному використанні. Ці історичні структури демонструють довговічність та довговічність деревини, коли його розробляли та підтримуються належним чином. Однак обмеження традиційної деревини, таких як сприйнятливість до пожежі, занепаду та обмеженої структурної здатності, історично обмежили його використання у високоположних програмах.

Удосконалення технологій деревини

21 століття стало свідком значного прогресу в технології деревини, особливо з розробкою інженерних виробів з дерева. Ці інновації стосуються традиційних обмежень деревини, підвищення його структурних можливостей та розширення придатності для більших та вищих структур.

Перехресний брус (CLT)

Перехресна ламінована деревина-це революційний продукт, що складається з декількох шарів твердих дощок пиломатеріалів, укладених поперечно і склеюється разом із структурними клеями. Це перехрестя забезпечує розмірну стабільність, силу та жорсткість, що робить панелі CLT ідеальними для стін, підлог та дахів як у житлових, так і в комерційних будівлях. Дослідження показали, що панелі CLT демонструють відмінні сейсмічні показники завдяки їх легкій вазі та гнучкості, що робить їх придатними для використання в областях, схильних до землетрусу.

Теплові показники CLT - ще одна суттєва перевага. Натуральні ізоляційні властивості Вуд сприяють енергоефективним будівлям, зменшуючи витрати на опалення та охолодження. Крім того, панелі CLT можуть бути збірні поза межами місця з високою точністю, скорочуючи час будівництва та витрати на оплату праці.

Склеєна ламінована деревина (глулам)

Клеєна ламінована деревина, широко відома як Glulam,-це інженерний виробництво деревини, що містить багатошарові розміри пиломатеріалів, з'єднаних разом з міцними, вологими стійкими клеями. Глуламські промені є універсальними і можуть вироблятися в різних формах і розмірах, включаючи криві та арки, пропонуючи архітектори значну гнучкість дизайну. Коефіцієнт високої сили до ваги Glulam дозволяє проводити довші проміжки без проміжних опорів, що вигідно в конструкціях відкритих планів, які часто спостерігаються в сучасних багатоповерхівних будівлях.

Дослідження показують, що промені глуламу можуть досягти міцності, порівнянної з або навіть перевищенням міцності сталі при вимірюванні з точки зору міцності на одиницю ваги. Це робить Glulam привабливим варіантом для структурних елементів у багатоповерхівці, особливо в поєднанні з іншими матеріалами в гібридних системах.

Структурні властивості та продуктивність

Життєздатність деревини у багатоповерхівних будівлях залежить від його структурних показників при різних навантаженнях та умовах. Основні властивості включають силу, жорсткість, вогневу стійкість та довговічність.

Сила і жорсткість

Інженерні вироби з деревини пропонують посилені механічні властивості завдяки зменшенню природних недосконалостей. Дефекти, такі як вузли та нерівномірне зерно, мінімізуються за допомогою виробничого процесу, що призводить до більш рівномірних та передбачуваних показників. Сучасні методи класифікації міцності, включаючи рейтинг стресу машини та акустичну оцінку, гарантують, що компоненти деревини відповідають суворим стандартам.

Дослідження продемонстрували, що CLT та Glulam можуть ефективно нести навантаження, пов’язані з висококласними будівлями. Наприклад, дослідження, опубліковане в Журналі «Структурна інженерія», підкреслило, що панелі CLT демонструють високу міцність на площину та поза площиною, що робить їх придатними для навантажувальних стін та діафрагм у багатоповерхових структурах.

Пожежна стійкість

На відміну від загального сприйняття, деревина може добре працювати в умовах пожежі через передбачувану поведінку пристосування. Піддаючись пожежі, на поверхні утворюється шар шару, ізолюючи внутрішню деревину і уповільнюючи швидкість горіння. Ця характеристика дозволяє великим членам деревини підтримувати конструкційну цілісність довше, ніж незахищена сталь, яка може швидко втратити міцність при високих температурах.

Пожежна стійкість може бути додатково підвищена за допомогою стратегій проектування, таких як великі структурні елементи для врахування обраних або застосування обробки вогню. Відповідність пожежним кодам досягається шляхом виконання випробувань на пожежну стійкість та дотримання вимог до проектування, викладених у будівельних нормах.

Довговічність та екологічна стійкість

На довговічність деревини впливають такі фактори, як волога, комахи та гриби. Інженерні вироби з дерева виготовляються в контрольованих умовах, зменшуючи вміст вологи та гальмуючи ріст організмів розпаду. Захисні покриття та консерванти можуть підвищити стійкість до факторів навколишнього середовища, продовжуючи тривалість життя деревини.

Крім того, належна деталізація дизайну, такі як включення адекватної вентиляції та уникнення водних пасток, є критично важливим для запобігання проблем, пов'язаних з вологою. Використання бар'єрів вологи та контрольованих дренажних систем додатково захищає компоненти деревини у багатоповерхівних будівлях.

Тематичні дослідження багатоповерхової деревини

Кілька піонерських проектів у всьому світі успішно використовували деревину в багатоповерхівці, демонструючи його доцільність та переваги.

Mjøstårnet, Норвегія

Стоячи на 85,4 метра, Mjøstårnet-це 18-поверхова будівля змішаного використання в Брумундалі, Норвегія, завершена в 2019 році. Він має відмінність того, що є однією з найвищих будівель з деревини у світі. Структура використовує стовпчики та балки Glulam, стінки CLT та підлоги, демонструючи можливості деревини у багатоповерхівці. Будівля відповідає всім вимогам конструкційних та пожежних безпеки, включаючи спринклерні системи та стратегічно розміщені пожежні матеріали.

Hoho Tower, Австрія

Вежа Hoho у Відні-це 24-поверхова будівля, яка досягає висоти 84 метрів, завершена в 2019 році. З гібридною будівельною системою, вона поєднує деревину з бетоном для оптимізації продуктивності. Приблизно 75% конструкції - деревина, значно зменшуючи вуглецевий слід будівлі. Використання збірних модулів деревини дозволило швидко конструкції, при цьому один поверх завершується кожні шість днів.

Brock Commons Tallwood House, Канада

Розташований в Університеті Британської Колумбії, Brock Commons House House-це 18-поверхова студентська резиденція, завершена в 2017 році. Будівля використовує гібридну систему з плитами підлоги CLT та стовпчиками глуламу, що підтримується бетонним ядром для бічної стабільності. Процес будівництва був надзвичайно швидким, структура деревини споруджена всього за 70 днів. Проект продемонстрував значне скорочення викидів парникових газів порівняно з традиційним бетонним будівництвом.

Виклики та обмеження

Незважаючи на просування та успішні проекти, необхідно вирішити кілька проблем, щоб повністю реалізувати потенціал деревини в багатоповерхівці.

Регуляторні перешкоди

Будівельні коди та правила можуть поставити значні виклики, оскільки багато хто був розроблений з традиційними матеріалами на увазі і може не вмістити інноваційні технології деревини. Відсутність стандартизованих вказівок для будівель з високим вмістом лісоматеріалів вимагає схвалення, що стосуються проектів, які можуть займати багато часу та дорого. Досягають зусилля щодо оновлення кодів, таких як включення міжнародного будівельного кодексу високих масових будівель з деревини, але широке прийняття є поступовим.

Сприйняття та прийняття ринку

Часто виникає скептицизм щодо виконання деревини, зокрема щодо пожежної безпеки та довговічності. Навчання зацікавлених сторін про властивості інженерної деревини та результати наукових досліджень є вирішальним. Демонстрація успішних тематичних досліджень та надання прозорих даних може допомогти змінити сприйняття та сприяти більш широкому прийняттю в галузі.

Ланцюжок поставок та доступність матеріалів

Наявність високоякісних інженерних виробів з дерева залежить від добре розвиненої ланцюга поставок. У регіонах, де такі промисловості не встановлені, пошукові матеріали можуть бути складними. Інвестиції в місцеві виробничі потужності та навчання кваліфікованої робочої сили необхідні для підтримки зростання багатоповерхової будівництва з деревини.

Інтеграція з конструкцією будівельної сталі

Будівництво багатоповерхівки часто виграє від гібридного підходу, поєднуючи деревину з іншими матеріалами, такими як сталь та бетон. Використання Конструкція будівництва сталі є невід'ємною в цьому процесі. Сталева плалека забезпечує необхідну підтримку для лиття бетонних компонентів, таких як ядра та основи, які доповнюють структуру деревини.

Переваги сталевої опалубки в будівлях деревини

Сталева плалека пропонує міцність, довговічність та точність, які є важливими для високоякісної бетонної обробки та структурної цілісності. Його модульна природа дозволяє гнучкість у проектуванні та ефективній збірці та розбиранні. Під час побудови гібридних будівель сталева опалубка забезпечує точне утворення бетонних елементів, які безперешкодно взаємодіють з компонентами деревини.

Наприклад, використання сталевої опалубки у формуванні бетонних сердечників підвищує бічну стабільність будівлі, що особливо важливо для висотних конструкцій, підданих вітровим та сейсмічним силам. Поєднання легких властивостей деревини з масою та жорсткістю бетону призводить до оптимізованих структурних показників.

Тематичне дослідження: Гібридні методи будівництва

У будівництві будинку Tallwood Brock Commons інтеграція деревини з бетоном та сталь була ключовою. Бетонні ядра були побудовані за допомогою вдосконалених сталевих систем, забезпечуючи точну та конструкційну надійність. Потім були ефективно встановлені підлоги з деревини та стовпчики, що використовують швидкість збірних компонентів деревини.

Співпраця між різними будівельними системами підкреслює важливість сталевої опалубки для досягнення необхідних допусків та вирівнювання, необхідних у багатоповерхівних будівлях. Це також демонструє, як Конструкція будівництва сталі сприяє успішній інтеграції деревини та бетону.

Екологічні та економічні міркування

Екологічні переваги використання деревини в будівництві є значущими. Деревина - це відновлюваний ресурс, а стійко керовані ліси можуть секвеструвати вуглекислий газ з атмосфери. Будинки з деревини діють як вуглецеві магазини, замикаючи вуглець на термін експлуатації структури.

Зменшення вуглецю

Дослідження оцінки життєвого циклу показали, що будівлі деревини можуть мати значно нижчий слід вуглецю порівняно з тими, побудованими зі звичайними матеріалами. Виробництво сталі та бетону є енергоємним і генерує значні викиди парникових газів. Заміна цих матеріалів на деревину, де можливі, може сприяти глобальним зусиллям для пом'якшення змін клімату.

Економічна ефективність

Забірність компонентів деревини призводить до швидшого часу будівництва та скорочення витрат на оплату праці. Точне виробництво в контрольованих умовах мінімізує відходи та покращує якість. Коротші графіки будівництва зменшують витрати на фінансування та дозволяють попередньо розміщувати, підвищуючи загальну економічну життєздатність проекту.

Більше того, легша вага дерев’яних конструкцій може зменшити вимоги до фундаменту, що призводить до економії витрат, особливо в ділянках з поганими ґрунтовими умовами. Простота модифікації та пристосованість будівель з деревини також може продовжити термін корисного використання, забезпечуючи довгострокові економічні вигоди.

Майбутні світогляди та інновації

Майбутнє деревини в багатоповерхівці виглядає багатообіцяючим, з постійними дослідженнями та технологічними розробками, готовими до подолання існуючих проблем. Інновації в матеріалозахисних науках, таких як розробка модифікованих виробів з дерева з посиленими властивостями, розширюють можливості використання деревини.

Технологічний прогрес

Нові технології, такі як гібридні композити з деревини та наноцелюлозні матеріали, пропонують покращену міцність, довговічність та пожежну стійкість. Інструменти цифрового дизайну та моделювання інформації про будівництво (BIM) полегшують планування та координацію складних конструкцій деревини, зменшуючи помилки та оптимізуючи використання ресурсів.

Політика та стандартизація

Зусилля щодо оновлення будівельних кодів та розробки міжнародних стандартів для багатоповерхівки на дереві набирають обертів. Співпраця між зацікавленими сторонами, дослідниками та регуляторними органами має важливе значення для встановлення керівних принципів, які забезпечують безпеку, сприяючи інноваціям.

Освіта та навчання

Інвестиції в програми освіти та навчання для архітекторів, інженерів та будівельних фахівців мають вирішальне значення. Вдосконалення знань та навичок, пов'язаних з дизайном та будівництвом деревини, підтримає зростання галузі та сприятиме прийняттю найкращих практик.

Висновок

На закінчення, Timber став життєздатним матеріалом для багатоповерхової будівництва, завдяки значним прогресом в галузі інженерних виробів з дерева та будівельних технологій. Хоча проблеми залишаються, особливо щодо регуляторних рамок та прийняття ринку, успішні проекти у всьому світі демонструють потенціал деревини. Інтеграція додаткових систем, таких як Конструкція будівництва сталі , підвищує ефективність будівництва та конструктивні показники.

Екологічні та економічні вигоди деревини в поєднанні з його можливостями ефективності роблять його привабливим варіантом для сталого міського розвитку. Оскільки галузь продовжує впроваджувати інновації та вирішувати існуючі виклики, Timber готовий відігравати значну роль у формуванні Skylines майбутнього.