Rakennusteollisuudessa kiinnitetään yhä enemmän huomiota hiilidioksidipäästöjä vähentävään suunnitteluun, joten ratkaisuja, joissa puu yhdistetään teräkseen tai muihin materiaaleihin, etsitään yhä useammin hybridimalleina. Me Buro Happoldilla otamme tämän huomioon ja tuemme...
Puu tarjoaa monipuolisuutta ja erinomaista seismisyyttä, teräs lujuutta ja liitoksia. Molempien materiaalien yhdistäminen hankkeessasi on usein tehokkain tapa saavuttaa optimaaliset tulokset.
Sopeutumiskyky
Hybridirakenteiden suorituskyky on usein parempi kuin pelkän puun, mutta niiden onnistuminen riippuu usein useista tekijöistä, kuten siitä, miten hyvin komponentit on liitetty toisiinsa ja onko niitä testattu riittävästi. Koska tämänkaltaiset suunnitteluprosessit ovat monimutkaisia ja aikaa vieviä, suunnittelijoiden tulisi käyttää riittävästi aikaa tehokkaan liitosjärjestelmän kehittämiseen ja testaamiseen kuormituksille, joita ne kohtaavat todellisissa sovelluksissa.
Kun rakennusten omistajat keskittyvät yhä enemmän vähentämään hiilijalanjälkeään, rakennesuunnittelun ammattilaiset ovat pyrkineet tehokkaisiin rakenteisiin, joissa käytetään vähemmän energiaa, mikä on tärkeä rakennesuunnittelun tavoite. Yksi menetelmä tämän tavoitteen saavuttamiseksi on CLT-lattialaattojen ja teräsrunkojen yhdistäminen. Tämän tavoitteen saavuttamiseksi tehokkaammin tässä tutkimuksessa arvioitiin, mitkä CLT:n ja teräksen hybridilattian poikkileikkaukset tarjoavat optimaalisen tehokkuuden, kun niitä arvioitiin tuotantovaiheen kasvihuonekaasupäästöjen vähentämistä koskevien useiden päätöskriteerien perusteella.
Jotta tämä toimisi tehokkaasti, hybridikomponenttien kantavuus on maksimoitava. Näin ollen testattiin erilaisia menetelmiä, joilla pyrittiin lisäämään puun ja teräksen välistä sidosta. Liimat osoittautuivat ihanteelliseksi menetelmäksi näiden materiaalien liittämiseen toisiinsa verrattuna tappikiinnikkeisiin ja rei'itettyihin metallilevykiinnikkeisiin (PMPF). Materiaalien välisen sidoksen lujuuden arvioimiseksi käytettiin pienikokoisia näytteitä; liimasidokset osoittautuivat jopa 82%:n verran paremmiksi verrattuna sekä tappikiinnikkeisiin että PMPF-kiinnikkeisiin, minkä tuloksena hybridiosan maksimikuormituskapasiteetti oli 82%:n verran leikkauskapasiteettia!
Puu- ja hybridirakentamisen kysynnän kasvaessa rakennusten omistajat, suunnitteluryhmät ja toimivaltaiset viranomaiset sopeutuvat nopeasti. Tässä ennalta nauhoitetussa webinaarissa tarkastellaan innovatiivisia hankkeita, joissa puun ja teräksen hybridijärjestelmät maksimoivat kummankin materiaalin edut; keskustellaan myös joistakin haasteista, jotka liittyvät hybridielementtien sisällyttämiseen korkeisiin puurakennuksiin, sekä ratkaisuista.
Energiatehokkuus
Puuta ja terästä tai muita materiaaleja yhdistävien hybridimallien käyttö johtaa energiatehokkaampiin rakennuksiin. Tämä lähestymistapa yhdistää rakenteellisen tehokkuuden ja puun tarjoaman lämmön ja joustavuuden sekä lisää kestävyyttä seismisiä tai tuulen aiheuttamia vaaroja vastaan. Hybridirakentaminen auttaa myös vähentämään rakennusten sisältämää hiiltä.
Eräässä hybridisuunnittelussa liimapuuta yhdistetään teräskylkipalkkeihin hybridirunkorakenteen muodostamiseksi. Teräs antaa jäykkyyttä ja lujuutta, joita tarvitaan hoikkien puujalkojen tukemiseen. Hybridijärjestelmä tarjoaa taloudellisen ratkaisun, joka on sekä yksinkertainen että monipuolisesti sovellettavissa. Puutavara ei aina toimi optimaalisesti teräksen kanssa, joten tämä on otettava huomioon suunnittelussa. On esimerkiksi ratkaisevaa, että puupalkit sijoitetaan lähelle yläkannattajaa (puristuksessa), kun taas teräs pysyy alakannattajassa (vetona). Lisäksi liitokset on suunniteltava siten, että vältetään lämpölaajenemisaukkojen syntyminen osien välille. On myös erittäin tärkeää työskennellä sellaisten valmistajien kanssa, jotka ymmärtävät sekä puun että teräksen valmistusprosesseja, koska niiden liitosdetaljit poikkeavat merkittävästi AESS-standardeista.
Rakennuspuuta on käytetty rakennusalalla jo pitkään, mutta vasta viime aikoina se on yleistynyt materiaalina suurten rakenteiden rakentamisessa. Tämä suuntaus johtuu sen eduista betoniin ja teräkseen verrattuna: yksi näistä eduista on sen monipuolisuus monimutkaisten muotojen luomisessa ilman, että kustannukset nousevat merkittävästi. Suunnitellun puutavaran ansiosta arkkitehdit voivat toteuttaa visionsa ja samalla säästää kustannuksissa.
Puutavaralla on monia etuja: se varastoi hiiltä ja on uusiutuvien luonnonvarojen lähde; sen esteettiset ominaisuudet ovat terästä ja betonia paremmat; puutavarasta puuttuu kuitenkin osa jäykkyydestä ja lujuudesta, jota korkeat rakennukset tarvitsevat - siksi insinöörit yhdistävät usein puutavaraa muihin materiaaleihin, jotka tarjoavat enemmän jäykkyyttä tai kantavuutta kuin sen omat materiaalit voivat tarjota.
Yleisin tapa liimata puutavaraa teräkseen on liimaaminen. Erilaisia menetelmiä on testattu, mukaan lukien tappikiinnikkeet ja rei'itetyt metallilevykiinnikkeet (PMPF). Äskettäin tehdyssä tutkimuksessa todettiin, että liimaliitokset ovat puun ja teräksen hybridiprofiileissa ylivoimaisia verrattuna tappeihin (vetolujuus on jopa 9 kertaa suurempi) ja PMPF-kiinnikkeisiin (5,55 kertaa suurempi leikkauskapasiteetti kuin tappeilla). Lisäksi teräs-puuhybridirakennukset voivat vähentää päällysrakenteen sisältämää hiiltä jopa 5-35% verrattuna teräsbetonirakennuksiin.
Joustavuus
Hybridirakenteet tarjoavat enemmän joustavuutta kuin yhden materiaalin rakenteet, sillä niissä hyödynnetään tarvittaessa puun edullisia ominaisuuksia ja käytetään tarvittaessa muita materiaaleja. CLT-lattiat (ristiinliimattu puu) voivat vähentää hiilidioksidipäästöjä, kun taas teräsristikot voivat parantaa seismistä suorituskykyä. Useiden materiaalien samanaikainen käyttö mahdollistaa hybridimallien suunnittelun, jossa kestävyys ja lujuus ovat tasapainossa, mikä on otettava huomioon ympäristötietoisissa hankkeissa.
Hybridirakentaminen on nopeasti kehittyvä rakennustekniikan ala, ja uusia teknisiä ratkaisuja luodaan jatkuvasti markkinoiden vaatimusten täyttämiseksi. Peikko julkaisi hiljattain standardoidun valikoiman puutavaran ja teräksen välisiä liitostarvikkeita, joiden tarkoituksena on yksinkertaistaa hybridirakenteiden suunnittelua, jolloin luotettavien hybridirakenteiden luominen on insinööreille huomattavasti helpompaa.
Monet asiantuntijat kuitenkin myöntävät, että hybridirakenteiden laajempaan käyttöönottoon liittyy haasteita, erityisesti Australiassa, jossa puusta teräkseen rakennetut korkeat rakennukset eivät ole yleistyneet. Näiden vaikeuksien torjumiseksi tutkijat toteuttavat useita kokeita, joiden tarkoituksena on tutkia Australian mahdollisuuksia puu-teräs-hybridirakentamisessa.
Eräs tällainen koe koskee hybridi-teräs-puupalkkien suorituskyvyn testaamista. Näissä tutkimuksissa arvioidaan niiden taivutuskestävyyttä, kantavuutta ja liimatyyppien, koon/sijainnin/tyypin jne. vaikutuksia, jotta voidaan kehittää tehokkaampia rakennesuunnitelmia teräs-puurakenteisia hybridirakennuksia varten Australiassa.
Tutkimuksella voi olla valtava muutosvaikutus siihen, miten korkeat rakennukset suunnitellaan Australiassa. Tavoitteena on vähentää niiden ilmaston lämpenemispotentiaalia (GWP) vähentämällä betonin käyttöä.
Rakennusteollisuudessa on kansainvälisesti havaittavissa siirtyminen korkeissa rakennuksissa käytettäviin hybridi-teräs-puurakennustekniikoihin, mikä johtuu useista tekijöistä, kuten vallitsevasta maantieteellisestä sijainnista, rakennuksen käyttötarkoituksesta, korkeusnäkökohdista ja muista muuttujista.
Kestävä kehitys
Rakentamiskäytäntöjen kehittyessä kohti ympäristöystävällisempiä lähestymistapoja puutavara on noussut halutuksi rakennusmateriaaliksi, jolla on sekä ympäristö- että arkkitehtonisia etuja. Valitettavasti puutavaran lujuus ja kestävyys rajoittavat sen hyödyntämistä tietyissä hankkeissa. Jotta puutavaraa voitaisiin käyttää mahdollisimman paljon tällaisissa tapauksissa, monet suunnitteluryhmät ovat siirtyneet hybridirakenteisiin, joissa yhdistyvät massapuun edut ja teräksen tai betonin lujuus täydellisen hybridirakenteen luomiseksi.
Hybridirakenteet voivat myös tarjota merkittäviä etuja kestävyyden kannalta. Eri materiaalien yhdistäminen voi vähentää kokonaishiilipäästöjä ja parantaa energiatehokkuutta sekä tarjota joustavuutta, mukautuvuutta ja kustannussäästöjä. Puun ja betonirakennusmateriaalin yhdistäminen voi alentaa rakennuskustannuksia ja nopeuttaa rakennusprosessia; on kuitenkin olennaista, että rakennusten rakenteellisen eheyden turvaamiseksi valitaan asianmukaiset materiaaliyhdistelmät.
Hybridirakennukset tuovat muutakin kuin hiilensäästöjä; ne voivat myös tarjota paremman seismisen kestävyyden verrattuna perinteisiin teräsbetonirakenteisiin. Tuoreessa tutkimuksessa tarkasteltiin kuutta uraauurtavaa tapaustutkimusta hybridirakenteista, joissa yhdistetään teräsrunko- ja puurunkorakentamista maanjäristyksenkestävyystarkoituksessa. Tulokset osoittavat, että hybridirakenteet tarjoavat ympäristöystävällisempiä vaihtoehtoja ja täyttävät samalla kaikki AEC-koodin seismiset vaatimukset.
Puurakentaminen on peräisin vuosituhansien takaa, ja sen viimeaikainen elpyminen johtuu siitä, että kestäviin käytäntöihin ja pienempiin hiilidioksidipäästöihin kiinnitetään yhä enemmän huomiota. Nyt yhä useammat rakennusyritykset käyttävät puuta osana suunnitelmaa ilmastonmuutoksen torjumiseksi ja terveellisempien ympäristöjen luomiseksi.
Microsoft ja Gensler tekivät hiljattain yhdessä Thornton Tomasettin kanssa tutkimuksen, joka osoitti, että kestävän puun käyttö voi pienentää datakeskuksen hiilijalanjälkeä merkittävästi verrattuna perinteiseen teräsrakentamiseen ja 65 prosenttia verrattuna betonielementtirakentamiseen. Kun hybridirakentaminen yhdistetään innovatiivisiin suunnitteluratkaisuihin ja huolelliseen tiimisuunnitteluun, se on houkutteleva vaihtoehto rakentajille, jotka haluavat minimoida hankkeensa ympäristövaikutukset.
Puu on ihanteellinen materiaali tehokkaisiin rakennuksiin, mutta sen vahvuudet ja heikkoudet on otettava huomioon huolellisesti suunnittelussa. Insinöörien on ymmärrettävä sen vahvuudet (jäykkyys, kestävyys), heikkoudet (läpäisevyys) ja ympäristövaikutukset, ennen kuin ne otetaan käyttöön. Hybridirakentamisesta on tullut yhä suositumpi ratkaisu, jossa yhdistetään eri materiaalien eri edut ja tuotetaan ainutlaatuisia rakenteita, jotka ovat visuaalisesti ja toiminnallisesti kestäviä.
