Med den stigende opmærksomhed i byggebranchen på design med reduceret CO2-udledning bliver hybriddesigns, der kombinerer træ med stål eller andre materialer, i stigende grad efterspurgt som løsninger. Hos Buro Happold tager vi dette til efterretning og støtter...
Træ giver både alsidighed og fremragende seismisk ydeevne; stål giver styrke og forbindelser. At kombinere begge materialer til dit projekt er ofte den mest effektive måde at opnå optimale resultater på.
Tilpasningsevne
Hybriddesigns leverer ofte højere ydeevne end træ alene, men deres succes afhænger ofte af flere faktorer, herunder hvor godt komponenterne er forbundet, og om de er blevet testet tilstrækkeligt. På grund af den kompleksitet og det tidsforbrug, der er forbundet med designprocesser som denne, bør designere tage sig den nødvendige tid til at udvikle et effektivt forbindelsessystem og teste for de belastninger, de vil blive udsat for i den virkelige verden.
I takt med at bygningsejere fokuserer mere på at reducere deres CO2-fodaftryk, har bygningsingeniører søgt efter effektive designs med lavere energiforbrug som et vigtigt mål for konstruktionsdesign. En metode til at nå dette mål er at kombinere gulvpaneler af krydslamineret træ (CLT) med stålrammer. For at hjælpe med at opfylde dette mål mere effektivt vurderede denne undersøgelse, hvilke CLT-til-stål-hybridgulvtværsnit der gav optimal effektivitet, når de blev evalueret i forhold til flere beslutningskriterier for reduktion af drivhusgasemissioner i produktionsfasen.
For at dette skal fungere effektivt, skal hybridkomponenternes bæreevne maksimeres. Derfor blev der afprøvet forskellige metoder til at øge bindingen mellem træ og stål. Klæbestoffer viste sig at være en ideel metode til at sammenføje disse materialer sammenlignet med dyvelbefæstelser og stansede metalpladebefæstelser (PMPF), hvor små prøver blev brugt til at evaluere bindingsstyrken mellem materialerne; klæbestoffer viste sig at være overlegne med op til 82% sammenlignet med både dyvelbefæstelser og PMPF-fastgørelser, hvilket resulterede i en maksimal belastningskapacitet på 82% forskydningskapacitet for hybridkomponenten!
Efterhånden som efterspørgslen efter træ- og hybriddesign stiger, tilpasser bygningsejere, designteams og myndigheder med jurisdiktion sig hurtigt. Dette forudindspillede webinar vil udforske innovative projekter, hvor hybride træ/stål-systemer maksimerer hvert materiales fordele; der vil også blive diskuteret nogle af de udfordringer, der er forbundet med at inkludere hybride elementer i høje træbygninger, samt løsninger.
Energieffektivitet
Brug af hybriddesign, der kombinerer træ med stål eller andre materialer, resulterer i mere energieffektive bygninger. Denne tilgang kombinerer strukturel effektivitet med den varme og fleksibilitet, som træ giver, samt øget modstandsdygtighed over for jordskælv og vind. Hybridkonstruktion hjælper også med at sænke det indbyggede kulstof i bygninger.
En hybrid designtilgang involverer kombinationen af limtræ og stålribber for at danne en hybrid fagværkskonstruktion. Stål giver den stivhed og styrke, der er nødvendig for at understøtte slanke træelementer. Et hybridsystem er en økonomisk løsning, som er både enkel og alsidig at anvende. Træ fungerer ikke altid optimalt sammen med stål, og derfor skal der tages højde for det i planlægningen. Det er f.eks. vigtigt, at træelementerne placeres i nærheden af den øverste akkord (under tryk), mens stålet forbliver i den nederste akkord (under træk). Desuden skal forbindelserne designes, så man undgår, at der opstår varmeudvidelseshuller mellem komponenterne. Det er også meget vigtigt at arbejde med fabrikanter, der forstår både træ- og stålfremstillingsprocesser, da deres forbindelsesdetaljer adskiller sig væsentligt fra AESS-standarderne.
Konstrueret træ har længe været brugt i byggebranchen, men det er først for nylig, at det har vundet indpas som det foretrukne materiale til store konstruktioner. Denne tendens kan spores tilbage til dets fordele i forhold til beton og stål: Blandt disse fordele er dets alsidighed til at skabe indviklede former uden at øge omkostningerne væsentligt. Konstrueret træ giver arkitekter mulighed for at opnå deres vision og samtidig spare på omkostningerne.
Træ har mange fordele: kulstoflagring og status som vedvarende ressource; dets æstetiske kvaliteter overgår stål og beton; men træ mangler noget af den stivhed og styrke, som højhuse har brug for - derfor kombinerer ingeniører ofte træ med andre materialer, der giver mere stivhed eller bæreevne, end materialerne i sig selv kan tilbyde.
Den mest udbredte metode til limning af træ til stål er med lim. Forskellige metoder er blevet testet, herunder fastgørelseselementer af dyveltypen og udstansede metalplader (PMPF). En nylig undersøgelse konkluderede, at klæbeforbindelser giver den bedste ydeevne i træ-stål-hybridsektioner sammenlignet med dyvler (trækstyrken er op til 9 gange større) og PMPF'er (5,55 gange større forskydningskapacitet end dyvler). Desuden kan hybridbygninger af stål og træ reducere kulstofindholdet i overbygningen med op til 5-35% sammenlignet med bygninger af stål og beton.
Fleksibilitet
Hybriddesigns giver større fleksibilitet end design med kun ét materiale ved at udnytte træets gavnlige egenskaber, når det er nødvendigt, og anvende andre materialer, når det er nødvendigt. CLT-gulve (krydslamineret træ) kan reducere CO2-udledningen, mens stålspær kan forbedre den seismiske ydeevne; ved at bruge flere materialer samtidig kan hybriddesigns afbalancere bæredygtighed med styrke - noget, som miljøbevidste projekter skal tage højde for.
Hybridkonstruktion er et område inden for konstruktionsteknik, der er i rivende udvikling, og der udvikles hele tiden nye tekniske løsninger for at imødekomme markedets krav. Peikko har for nylig lanceret et standardiseret sortiment af træ-til-stål-forbindelser, der er designet til at gøre det enklere at designe hybridkonstruktioner, hvilket gør det meget nemmere for ingeniører at skabe pålidelige hybridkonstruktioner.
Men mange eksperter erkender, at der er udfordringer forbundet med en bredere anvendelse af hybridkonstruktioner, især i Australien, hvor højhuse af træ og stål ikke er blevet udbredt. For at imødegå disse vanskeligheder gennemfører forskere flere eksperimenter, der er designet til at udforske Australiens potentiale for hybridkonstruktion af træ og stål.
Et af disse eksperimenter omfatter test af hybridbjælker af stål og træ. Disse bjælker består af lameller af radiatafyr og douglasgran, der er limet til indkapslede stålsektioner, og undersøgelserne evaluerer deres bøjningsmodstand, bæreevne og påvirkninger fra limtyper, størrelse/placering/type osv. for at udvikle mere effektive konstruktionsdesigns til hybride stål-træbygninger i Australien.
Denne forskning kan have en enorm transformerende effekt på, hvordan højhuse designes i Australien. Målet er at reducere deres globale opvarmningspotentiale (GWP) ved at mindske brugen af beton.
Byggebranchen er vidne til et internationalt skift i retning af hybride byggeteknikker i stål og træ til højhuse, drevet af forskellige faktorer, herunder dominerende geografi, bygningsfunktion, højdeovervejelser og andre variabler.
Bæredygtighed
I takt med at byggemetoderne udvikler sig i retning af mere miljøvenlige tilgange, er træ blevet et eftertragtet byggemateriale med både miljømæssige og arkitektoniske fordele. Desværre begrænser dets styrke og holdbarhed, hvor meget træ kan bruges i visse projekter; for at maksimere brugen i sådanne tilfælde vender mange designteams sig mod hybridstrukturer, som kombinerer fordelene ved massivt træ med stål- eller betonstyrke for at skabe den perfekte hybridstruktur.
Hybriddesigns kan også give betydelige fordele i forhold til bæredygtighed. Ved at anvende forskellige materialer sammen kan man reducere den samlede CO2-udledning og forbedre energieffektiviteten, samtidig med at man opnår fleksibilitet, tilpasningsevne og omkostningsbesparelser. At kombinere træ med beton som byggemateriale kan reducere byggeomkostningerne og fremskynde byggeprocessen; men det er vigtigt, at der vælges passende kombinationer af materialer for at beskytte bygningernes strukturelle integritet.
Hybridbygninger giver mere end CO2-besparelser; de kan også give øget modstandsdygtighed over for jordskælv sammenlignet med traditionelle stål-betonkonstruktioner. Et nyligt studie undersøgte seks banebrydende casestudier af hybridkonstruktioner, der kombinerer stålrammer og træspær til jordskælvsbestandige formål. Resultaterne viser, at hybridkonstruktioner giver mere miljøvenlige alternativer, samtidig med at de opfylder alle seismiske krav i AEC-koden.
Træbyggeri går årtusinder tilbage; dets nylige genopblomstring er drevet af øget opmærksomhed på bæredygtig praksis og lavere CO2-udledning. Nu vender flere byggefirmaer sig mod træ som en del af en plan om at bekæmpe klimaforandringer og samtidig skabe sundere miljøer.
Microsoft og Gensler har i samarbejde med Thornton Tomasetti for nylig udført forskning, der viser, hvordan brug af bæredygtigt træ kan sænke et datacenters CO2-fodaftryk betydeligt sammenlignet med konventionel stålkonstruktion og 65 procent sammenlignet med præfabrikeret betonkonstruktion. Når det kombineres med innovative tekniske løsninger og omhyggelig teamplanlægning, er hybridbyggeri en attraktiv mulighed for bygherrer, der ønsker at minimere miljøpåvirkningen fra deres projekt.
Træ er et ideelt materiale til højtydende bygninger, men dets styrker og svagheder skal overvejes nøje under designet. Ingeniører skal forstå dets styrker (stivhed, holdbarhed), svagheder (permeabilitet) og miljøpåvirkninger, før de går i gang med at bruge det. Hybridbyggeri er blevet en stadig mere populær løsning, der samler forskellige fordele ved forskellige materialer for at skabe unikke strukturer med varig visuel appel og funktionalitet.
